一种锅炉除氧器排空汽回收系统及方法

技术领域

本发明涉及蒸汽回收技术领域，具体涉及一种锅炉除氧器排空汽回收系统及方法。

背景技术

卷烟生产企业中有很多公司使用的锅炉是立式直流水管天然气锅炉，软化水经由水泵送至锅炉盘管，再经燃烧室加热至相应温度(略高于对应压力下的饱和蒸汽温度)后，在汽水分离器中进行汽-水两相分离，分离出的饱和蒸汽携带了其总热焓值70％的热量送往用汽部门，而剩余下的高温疏水经适度排污后则被送往除氧水罐(水箱)进行重复再利用。

汽水分离器形成的高温疏水其温度与运行设定压力有关，按照一般生产供汽压力约1.08MPa,其疏水温度约190℃。这部分高温疏水送至除氧器后会有一部分二次蒸汽闪蒸而出约0.12kg/h，由于除氧器(水箱)需与外界大气相连通，这部分热能与水只能以水蒸汽形式排放，形成浪费。故需要一种设计，在满足安全、可靠、经济的前提下最大可能将这部分“浪费”进行回收再利用。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种锅炉除氧器排空汽回收系统及方法，选用换热器对蒸汽进行冷却回收，所述换热器的一侧为汽循环管路，另一侧为水循环管路，通过水循环对汽循环侧的蒸汽换热冷却以回收，实现降低能耗的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

本申请提供一种锅炉除氧器排空汽回收方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立锅炉除氧器排空汽回收系统，选用换热器对蒸汽进行冷却回收，所述换热器的一侧为汽循环管路，另一侧为水循环管路，通过水循环对汽循环侧的蒸汽换热冷却；

步骤S2：对换热器进行计算选型，具体步骤如下：

步骤S2-1：计算换热器传热面积

通过对汽循环管路进行分析获得所需的蒸汽参数，通过对水循环管路分析获得所需的水侧参数，计算获得换热器的总传热面积；

步骤S2-2：计算换热器的蒸汽进出口管径和水侧进出口管径

通过蒸汽参数计算确定蒸汽侧的进出口管径，通过水侧参数计算确定水侧的进出口管径；

步骤S2-3：根据S2-1和S2-2计算所得的数据，选择合适的换热器；

步骤S3：通过水侧水流量的参数以选择合适的水泵；

步骤S4：结合现场情况安装锅炉除氧器排空汽回收系统，设备、敷设管道。

进一步的，步骤S1中，所述汽循环管路包括进汽管路和出汽管路，所述进汽管路的一端连通有除氧器，其另一端与换热器的蒸汽进口连通，所述出汽管路的一端连通有中间水箱，其另一端与换热器的蒸汽出口连通，所述出汽管路上还连通设置有排空管路，所述排空管路上设置有排空阀，其出口与外界连通；

所述水循环管路的两端分别与换热器的进水口和出水口连通形成循环，所述水循环管路上沿着水流动方向依次设置有蓄热水箱和水泵。

进一步的，所述蒸汽和水在换热器内的流动方式为逆向流动。

进一步的，所述蒸汽参数包括测量获得的蒸汽压力P、蒸汽温度T、饱和蒸汽温度t'

所述水侧参数包括水进口温度t'

进一步的，所述蒸汽为饱和蒸汽，其在换热的过程中包括冷凝段和过冷段；

步骤S2-1中，首先分别计算冷凝段和过冷段的对数温差，再分别计算冷凝段和过冷段的传热面积，最后获得换热器的总传热面积。

进一步的，所述换热器的水进出口管径的计算公式：

其中，

DN

V

所述换热器的蒸汽进出口管径相等，其中，蒸汽进口管径的计算公式：

B

DN

其中，

B

E——换热器的效率；

DN

N

V

v

进一步的，所述水泵和换热器进水口之间的管路上依次设置有截止阀Ⅰ、截止阀Ⅱ和截止阀Ⅲ，所述截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ之间的管路上连通设置有外供水分水器，用于向外供给升温后的水，所述截止阀Ⅱ和截止阀Ⅲ之间的管路上连通设置有补水管路，用于给水循环管路补水。

进一步的，所述进汽管路上设置有截止阀Ⅳ，所述出汽管路上位于中间水箱的一端设置有截止阀Ⅴ。

进一步的，所述截止阀Ⅰ-Ⅴ均为单向截止阀。

本申请同时提供一种锅炉除氧器排空汽回收系统，该系统应用于上述任一项所述的锅炉除氧器排空汽回收系统中，包括换热器、位于换热器一侧的汽循环管路和位于换热器另一侧的水循环管路；

所述汽循环管路包括进汽管路和出汽管路，所述进汽管路的一端连通有除氧器，其另一端与换热器的蒸汽进口连通，所述出汽管路的一端连通有中间水箱，其另一端与换热器的蒸汽出口连通，所述出汽管路上还连通设置有排空管路，所述排空管路上设置有排空阀，其出口与外界连通；

所述水循环管路的两端分别与换热器的进水口和出水口连通形成循环，所述水循环管路上沿着水流动方向依次设置有蓄热水箱和水泵。

本发明带来的有益效果有：

本申请提供一种锅炉除氧器排空汽回收系统及方法，建立锅炉除氧器排空汽回收系统，选用换热器对蒸汽进行冷却回收，所述换热器的一侧为汽循环管路，另一侧为水循环管路，通过水循环对汽循环侧的蒸汽换热冷却，再通过计算选择合适的换热器和水泵，最后结合现场情况安装锅炉除氧器排空汽回收系统，设备、敷设管道，实现了对除氧器原排空蒸汽进行冷却，并将冷却后的冷凝水进行回收利用，实现了降低能耗的目的。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，

附图1是本申请的锅炉除氧器排空汽回收系统的结构示意图。

图中：1、除氧器；2、换热器；3、中间水箱；4、储热水箱；5、水泵；6、外供水分水器；7、补水管路；8、排空阀；9、截止阀Ⅰ；10、截止阀Ⅱ；11、截止阀Ⅲ；12、截止阀Ⅳ；13、截止阀Ⅴ。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上侧”、“下侧”、“上端”、“两端”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种锅炉除氧器排空汽回收方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立锅炉除氧器排空汽回收系统，选用换热器对蒸汽进行冷却回收，所述换热器的一侧为汽循环管路，另一侧为水循环管路，通过水循环对汽循环侧的蒸汽换热冷却；

步骤S2：对换热器进行计算选型，具体步骤如下：

步骤S2-1：计算换热器传热面积

通过对汽循环管路进行分析获得所需的蒸汽参数，通过对水循环管路分析获得所需的水侧参数，计算获得换热器的总传热面积；

步骤S2-2：计算换热器的蒸汽进出口管径和水侧进出口管径

通过蒸汽参数计算确定蒸汽侧的进出口管径，通过水侧参数计算确定水侧的进出口管径；

步骤S2-3：根据S2-1和S2-2计算所得的数据，选择合适的换热器；

步骤S3：通过水侧水流量的参数，以选择合适的水泵；

步骤S4：结合现场情况安装锅炉除氧器排空汽回收系统，设备、敷设管道。

参阅图1，在步骤S1中，所述汽循环管路包括进汽管路和出汽管路，所述进汽管路的一端连通有除氧器1，其另一端与换热器2的蒸汽进口连通，所述出汽管路的一端连通有中间水箱3，其另一端与换热器2的蒸汽出口连通，所述出汽管路上还连通设置有排空管路，所述排空管路上设置有排空阀8，其出口与外界连通。因为蒸汽在换热完成后仍有可能有少量剩余的蒸汽排出，所以需要通过排空阀8排出。

所述水循环管路的两端分别与换热器2的进水口和出水口连通形成循环，所述水循环管路上沿着水流动方向依次设置有蓄热水箱和水泵5。

所述水泵5和换热器2进水口之间的管路上依次设置有截止阀Ⅰ9、截止阀Ⅱ10和截止阀Ⅲ11，所述截止阀Ⅰ9和截止阀Ⅱ10之间的管路上连通设置有外供水分水器6，用于向外供给升温后的水。所述截止阀Ⅱ10和截止阀Ⅲ11之间的管路上连通设置有补水管路7，用于给水循环管路补水。所述进汽管路上设置有截止阀Ⅳ12，所述出汽管路上位于中间水箱3的一端设置有截止阀Ⅴ13。所述截止阀Ⅰ-Ⅴ均为单向截止阀，在正常生产时，处于常开状态，停产后会关闭。

所述蒸汽参数包括通过压力表测量获得的蒸汽压力P、通过温度表测量获得的蒸汽温度T和饱和蒸汽温度t'

所述水侧参数包括水进口温度t'

所述蒸汽和水在换热器内的流动方式为逆向流动，所述蒸汽为饱和蒸汽，其在换热的过程中包括冷凝段和过冷段。

在步骤S2-1中，首先分别计算冷凝段和过冷段的对数温差，再分别计算冷凝段和过冷段的传热面积，最后获得换热器的总传热面积，具体计算过程如下：

(1)对数温差计算

所述蒸汽为饱和蒸汽，其在换热的过程中包括冷凝段和过冷段；

在冷凝段中，

冷凝段蒸汽进口温度＝冷凝段蒸汽出口温度：t'

冷凝段水进口温度：t'

冷凝段水出口温度：t"

在过冷段中，

过冷段蒸汽进口温度＝冷凝段蒸汽出口温度：t'

过冷段蒸汽出口温度：t"

过冷段水进口温度：t'

过冷段水出口温度：t'

计算公式如下：

冷凝段对数温差：ΔTm

过冷段对数温差：ΔTm

其中，

ΔT1＝t'

(2)换热面积计算

冷凝段的传热面积的计算公式：

Q

F

其中，

Q

Gt——水流量(t/h)；

F

C——单位换算系数；

ΔTm

K

过冷段的传热面积的计算公式：

Q

F

其中，

Q

Gt——水流量(t/h)；

F

C——单位换算系数；

ΔTm

K

(3)换热器的总传热面积：F

其中，

DN

V

所述换热器的蒸汽进出口管径相等，其中，蒸汽进口管径的计算公式：

B

DN

其中，

B

E——换热器的效率；

DN

N

V

v

在步骤S3中，进行水泵选型的计算公式：

H

其中，

H

P——轴功率(KW)；

η——泵的效率(％)；

Gt——水流量(t/h)。

Gt为已知的预设参数，可通过再预设P、η、H

实施例2

参阅图1，本实施例提供一种锅炉除氧器排空汽回收系统，该系统应用于权利要求实施例1中任一项所述的锅炉除氧器排空汽回收系统中，包括换热器2、位于换热器2一侧的汽循环管路和位于换热器2另一侧的水循环管路。

所述汽循环管路包括进汽管路和出汽管路，所述进汽管路的一端连通有除氧器1，其另一端与换热器2的蒸汽进口连通，所述出汽管路的一端连通有中间水箱3，其另一端与换热器2的蒸汽出口连通，所述出汽管路上还连通设置有排空管路，所述排空管路上设置有排空阀8，其出口与外界连通。

所述水循环管路的两端分别与换热器2的进水口和出水口连通形成循环，所述水循环管路上沿着水流动方向依次设置有蓄热水箱和水泵5。

所述水泵5和换热器2进水口之间的管路上依次设置有截止阀Ⅰ9、截止阀Ⅱ10和截止阀Ⅲ11，所述截止阀Ⅰ9和截止阀Ⅱ10之间的管路上连通设置有外供水分水器6，用于向外供给升温后的水。所述截止阀Ⅱ10和截止阀Ⅲ11之间的管路上连通设置有补水管路7，用于给水循环管路补水。所述进汽管路上设置有截止阀Ⅳ12，所述出汽管路上位于中间水箱3的一端设置有截止阀Ⅴ13。所述截止阀Ⅰ-Ⅴ均为单向截止阀。

应用实施例

在实际生产中，步骤S2-1和步骤S2-2的应用案例：

已知参数值如下：

首先，计算换热器的总传热面积，具体过程如下：

(1)对数温差计算

所述蒸汽为饱和蒸汽，其在换热的过程中包括冷凝段和过冷段；

在冷凝段中，

冷凝段蒸汽进口温度＝冷凝段蒸汽出口温度：t'

冷凝段水进口温度：

t'

冷凝段水出口温度：

t"

在过冷段中，

过冷段蒸汽进口温度＝冷凝段蒸汽出口温度：t'

过冷段蒸汽出口温度：t"

过冷段水进口温度：t'

过冷段水出口温度：t'

计算公式如下：

ΔT1＝t'

冷凝段对数温差：

ΔTm

过冷段对数温差：

ΔTm

(2)换热面积计算

冷凝段的传热面积的计算公式：

Q

F

其中，K

过冷段的传热面积的计算公式：

Q

F

其中，K

(3)换热器的总传热面积：

F

其中，裕量F选用10％。

其次，计算换热器的水进出口管径(公称直径)，具体过程如下：

因此，在实际应用中，水进出口管径选用DN50。其中，V

B

DN

因此，在实际应用中，蒸汽进出口管径选用DN25。

其中，

E为换热器的效率，取值0.98，可根据实际情况进行调整；

N

V

在本实施例中，通过水流量Gt＝2t/h去选择合适的水泵型号，选用水泵扬程大概是30米左右的水泵。

本锅炉除氧器排空汽回收系统投用后的使用效果：

原除氧排空管道向外排出熊熊热汽的现象已完全消失。仅在寒冬可见排空管口有微微轻汽飘出，且排空管温度＜50℃，属正常排气现象。此外，储热水箱内(锅炉给水)温度由原来平均8℃提高至30℃，上升22℃，待水箱保温后，升温幅度将更为明显。

热能理论计算：年平均理想换热量331.0KWh均可全部回收，331KWh×3600×0.239/9000×70％≈22.0立方/小时。

公司锅炉运行时间约为：180×24+185×16＝7280。

保守折算天然气量约为：7280×22＝16.0万立方，约54万元。

公司正常生产期间，经连续两周记录冷凝水水表数据。

日均(24h)回收冷凝水约4吨，即0.17t/h，年7280×0.17≈1213吨，按每吨软化水制造成本7元计算约8491元。

应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。