过热蒸汽喷水降温装置及自动调节控制系统

刘德泼，陈 军，陆建军，马葛君，仇文倩

（江苏金通灵流体机械科技股份有限公司，江苏 南通 226001）

机械蒸汽再压缩（MVR）技术被广泛应用于食品加工、化工、纸业、盐场、制药等领域，其工作过程是将从分离器出来的低温、低压二次蒸汽经过压缩机压缩，蒸汽的温度和压力提高，热焓增加，然后进入换热器给物料加热，蒸汽放出热量，冷凝成水，物料吸热，形成二次蒸汽，重复以上过程。二次蒸汽状态为饱和状态，经过压缩之后，变成过热态，如果直接进入换热器，过热蒸汽先降温变成饱和蒸汽，再发生相变，换热效率低，换热面积利用率下降。

为了提高换热效率，在MVR系统中，通常采用喷水降温方式，进入换热器前将过热蒸汽变成饱和蒸汽。目前主要通过手动控制喷水降温水量，操作复杂、控制精度低、容易造成少喷或过喷问题。本文利用PLC控制技术，由手动控制改成自动化控制，不需人员操作，根据现场工况条件变化，比如蒸汽压力、冷却水水温等，自动调节喷水量，避免了少喷和过喷的问题出现。

1 喷水降温装置组成

采用变频调节方式，喷水降温装置组成如图1所示。

图1 喷水降温装置图

喷水降温装置主要包括过滤器、变频水泵、压力表、安全阀、雾化喷嘴、铂热电阻和压力变送器等部件组成，冷却水采用软水，可防止长时间使用后结垢，造成雾化喷嘴效果差问题。经过水泵提高压力，将冷却水送到喷嘴后进行雾化，冷却水以雾状与过热蒸汽混合吸热蒸发，从而达到降低过热蒸汽温度的目的。

2 喷水降温自动调节控制系统

喷水降温控制原理是根据压力变送器检测蒸汽压力P值，自动计算该压力P值对应的饱和温度T0；与铂热电阻检测值T进行比较，控制T－T0值在2～4℃。如果高于4℃，则说明蒸汽过热度高，提升水泵频率，即增大喷水量；反之，如果低于2℃，则说明蒸汽已接近或已是饱和态，避免冷凝水的形成，降低水泵频率，即减少喷水量。通过实时的压力和温度监测，自动调节水泵的频率，降低了人员的操作难度。现场环境恶劣，可将喷水降温系统设置了就地和远程控制两种方式，在中控室也可对现场的水泵进行自动调节控制，改善了现场操作人员环境和劳动强度。

由于饱和水蒸汽压力值与温度值一一对应，如果采用查表法，则程序执行时间长、准确性差。结合MVR系统使用情况，正常饱和温度在30～200℃，可选取该段数据，利用拟合公式软件，根据压力值直接计算得饱和温度，程序简单，拟合公式如下：

式（1）中：T0为饱和水蒸气温度，℃；P为压力值，kPa。

3 喷水降温在实际工程中的应用

3.1 设计参数

浓缩硫酸钠溶液某MVR系统项目，设计条件，蒸汽质量流量30 t/h，出气压力（绝对压力）为158.4 kPa，过热蒸汽温度为153℃，冷却水温度为113℃。

3.2 冷却水量计算

根据热平衡原理，即冷却水完全蒸发吸收的热量等于过热蒸汽放出的热量。平衡公式如下：

式（2）中：M0为冷却水质量流量；H1为饱和汽比焓；H0为饱和水比焓；M1为水蒸汽质量流量；H2为过热蒸汽比焓。

根据水蒸汽特性软件查询，H1=2 695.6 kj/kg；H0=474.07 kj/kg；H2=2 778.35 kj/kg。计算得M0=1.117 t/h，考虑到负荷、蒸发量变化、喷嘴的雾化效果，喷水量取20%裕量，即所需冷却水量位1.341 t/h。

3.3 管径选择

根据《火力发电厂汽水管道设计技术规定》中“离心泵出口管道及其他压力管道”推荐的管道介质流速为2～3 m/s，对于直径小、介质参数低的管道，宜采用较低值，且为开式系统，流速选取为2 m/s，计算得管道直径为15.4 mm。

3.4 雾化喷嘴和水泵选择

选用实心喷嘴，喷雾形状为圆锥形，雾化效果好，结构紧凑，安装方便。考虑雾化效果，控制进喷嘴处冷却水压力在0.3～0.5 MPa。根据流量和压力选择喷嘴型号为3/8PZ172121QZ5，喷射角度121°；同样，根据流量和压力选择水泵型号为CDM1-10。

3.5 喷水降温使用效果

通过喷水降温自动调节控制系统，实测过热蒸汽经过喷水降温后能达到微过热状态，过热度基本在3℃左右，达到了设计要求，运行稳定，同时，根据现场实际情况，可设定过热温度，程序界面友好，自动化程度高，大大减轻了操作者工作量。

4 结束语

该套装置的铂热电阻所在的位置应尽量靠近换热器，这样能使冷却水充分蒸发，提高控制精度。随着能源成本的上升，高效能量回收设备将成为今后发展的趋势。喷水降温自动调节控制系统有效地解决了MVR系统中因过热蒸汽导致的换热面积的浪费问题，实践证明，其能随着工况的变化自动调节，设备简单，调节灵活，成本低。

参考文献：

［1］姜志方，王孝军，等.高炉煤气喷水降温控制系统［J］.仪表技术与传感器，2011（12）：61-63.

［2］朱国宇.湿法烟气脱硫装置喷水降温方案设计［J］.电力科技与环保，2013，29（05）：8-10.