摘要：本文分析了西安印鈔廠(chǎng)用汽及熱電廠(chǎng)供汽狀況，簡(jiǎn)述了蒸汽減壓系統、蒸汽減溫系統、廠(chǎng)區熱力管網(wǎng)改造和凝結水綜合利用設計思路及優(yōu)化方案，并對集中供熱系統進(jìn)行了效益分析。

　　關(guān)鍵詞：蒸汽 溫度 壓力 流量

　　１、概況

　　西安印鈔廠(chǎng)原由自備鍋爐房供應廠(chǎng)區熱力，安裝有兩臺SZL10-1.27-P型燃煤鏈條鍋爐，冬季運行兩臺鍋爐，夏季運行一臺鍋爐，冬季最大蒸汽流量15t/h，夏季最大蒸汽流量4.14t/h.因西安市西郊熱電廠(chǎng)建成投產(chǎn)，熱電廠(chǎng)集中供熱管道已敷設至西安印鈔廠(chǎng)圍墻外，為減少環(huán)境污染、提高企業(yè)經(jīng)濟效益，決定采用熱電廠(chǎng)蒸汽對廠(chǎng)區進(jìn)行集中供熱。

　　熱電廠(chǎng)供汽為壓力0.65-0.92Mpa、溫度170-220℃的過(guò)熱蒸汽，熱電廠(chǎng)不回收凝結水。因廠(chǎng)區用汽設備使用壓力0.6Mpa、溫度164.9℃的飽和蒸汽，故熱電廠(chǎng)過(guò)熱蒸汽需經(jīng)減溫減壓后方可使用。進(jìn)戶(hù)熱力管道及計量裝置由熱電廠(chǎng)設計施工，減溫減壓裝置及廠(chǎng)區熱力管網(wǎng)和凝結水回收利用改造由西安印鈔廠(chǎng)設計施工。

　　2 、供汽用汽狀況西安印鈔廠(chǎng)主要用汽點(diǎn)為：

　　熱交換站、凹印污水處理站、浴室、空調加濕器、溴化鋰吸收式制冷機，生產(chǎn)為兩班制，用汽流量變化較大，為保障設計成功，對西安印鈔廠(chǎng)用汽流量和熱電廠(chǎng)供汽情況進(jìn)行了詳細的調研，分析了冬季和夏季日24小時(shí)運行情況。

　　熱電廠(chǎng)供汽溫度在170-223℃范圍內波動(dòng)，熱電廠(chǎng)供汽壓力在0.65-0.92Mpa范圍內波動(dòng)，印鈔廠(chǎng)用汽流量在0.2-15t/h范圍內波動(dòng)，熱電廠(chǎng)供汽壓力、溫度及西安印鈔廠(chǎng)用汽流量波動(dòng)范圍較大，給蒸汽減溫減壓系統的設計帶來(lái)了較大的難度，查閱了國內多家減溫減壓器生產(chǎn)廠(chǎng)家產(chǎn)品樣本，其減溫減壓特性不能滿(mǎn)足我廠(chǎng)技術(shù)要求，主要反映在流量變化范圍，我廠(chǎng)蒸汽流量在0.2t/h-15t/h范圍內變化，變化幅度為1.3%-100%，目前生產(chǎn)的減溫減壓器其壓力、溫度可在20%-100%流量范圍內控制，超過(guò)流量范圍則溫度、壓力失控，即流量小于3t/h則不能滿(mǎn)足生產(chǎn)控制工藝要求。因此需自行設計蒸汽減溫減壓系統。

　　3、蒸汽減壓方案

　　蒸汽減壓是通過(guò)流體在閥門(mén)中節流實(shí)現的，流體通過(guò)減壓閥時(shí)的流動(dòng)過(guò)程為絕熱節流過(guò)程，這種過(guò)程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動(dòng)，對于過(guò)熱蒸汽，節流后焓值不變，溫度有所降低，比容和熵都有所增加。目前工程上通常采用機械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽調節閥對蒸汽進(jìn)行減壓。

　　3.1機械式蒸汽減壓閥機械式蒸汽減壓閥靠調節閥芯與閥座流通截面積以穩定閥后壓力的穩定，阿姆斯壯公司生產(chǎn)的GP2000型蒸汽減壓閥為先導式隔膜減壓閥，由壓力反饋管把閥后壓力傳遞至膜盒，膜盒產(chǎn)生位移使閥芯與閥座流通截面積改變而維持閥后壓力穩定在一定范圍內，機械式蒸汽減壓閥有以下特點(diǎn)：

　　a、閥門(mén)阻力較大，閥門(mén)前后最小壓降ΔP≥0.1Mpa，如閥門(mén)前壓力為0.65 Mpa時(shí)閥后壓力為0.55 Mpa，不能滿(mǎn)足我廠(chǎng)供汽要求。

　　b、閥門(mén)在小流量下后端壓力變化較小，在小流量大壓差工況下減壓效果較好。

　　c、閥門(mén)在大流量情況下閥后壓力下降較大。

　　3.2蒸汽電動(dòng)調節閥

　　3.2.1蒸汽壓力電動(dòng)調節系統工作原理由壓力傳感器將閥后壓力信號轉換成4-20MA電流信號送至PID調節器，在PID調節器內設定閥后壓力，由PID調節器經(jīng)過(guò)計算向電動(dòng)蒸汽調節閥輸出4-20MA控制信號，控制閥門(mén)開(kāi)啟度，以維持閥后壓力穩定。

　　3.2.2電動(dòng)蒸汽調節閥的工作流量特性調節閥的工作流量特性是指調節閥在前后壓差隨流量變化的工作條件下，調節閥相對開(kāi)度與相對流量之間的關(guān)系。由于熱電廠(chǎng)供汽壓力不穩定，當熱電廠(chǎng)供汽壓力為0.65MPa時(shí)，閥后壓力需要調節至0.6MPa則閥門(mén)全開(kāi)時(shí)壓降為0.05MPa，閥后的壓力用以克服全廠(chǎng)供熱系統管道及設備阻力，閥門(mén)的S值為0.083（S為閥權度，表示調節閥全開(kāi)時(shí)壓降占該支路全部壓降的百分數），這時(shí)閥門(mén)的工作流量偏離理想流量特性。電動(dòng)調節閥具有以下特點(diǎn)：

　　a.在蒸汽流量較小時(shí)（<1.5t/h）電動(dòng)調節閥不能精確控制流量和閥后壓力。

　　b.在蒸汽流量較大時(shí)（>5t/h）電動(dòng)調節閥控制蒸汽流量和閥后壓力較為精確。

　　c. 蒸汽電動(dòng)調節閥開(kāi)度較大時(shí)阻力較小，壓降<0.05Mpa. 3.2.3蒸汽電動(dòng)調節閥選型為合理選定調節閥，應正確計算調節閥的流通能力，否則會(huì )使調節閥的口徑選得過(guò)大或過(guò)小。如果口徑選得過(guò)大，不僅浪費投資，而且會(huì )使閥門(mén)經(jīng)常處于小開(kāi)度位置，從而造成調節品質(zhì)下降。反之，如果口徑選得過(guò)小，即使閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)，也不能適應最大負荷的需要，使調節系統失靈。

　　流通能力的定義是：當閥門(mén)全開(kāi)，閥兩端的壓力降為0.1Mpa，流體的密度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調節閥的流量。用符號C來(lái)表示，單位為m³/h.對于蒸汽C值按下式計算：C=λGMAX/（ρ2（P1-P2））1/2式中：λ——流量系數，m⁴/（kg*h），取10 GMAX——蒸汽流量，kg/hρ2——閥后蒸汽密度，kg/m3 P1——閥前蒸汽絕對壓力，Pa P2——閥后蒸汽絕對壓力，Pa按照上式，GMAX蒸汽流量取15000kg/h，ρ2閥后蒸汽密度查過(guò)熱蒸汽密度表得出3.65kg/m³，P1閥前蒸汽絕對壓力取7.5*105Pa，P2閥后蒸汽絕對壓力取7.0*105Pa，代入上式得，C=351.12m³/h.根據C值，查閱閥門(mén)樣本，選擇DN150電動(dòng)蒸汽調節閥，閥門(mén)最大流量系數CMAX=410m3/h.

　　3.3減壓系統優(yōu)化方案為保證廠(chǎng)供熱系統壓力穩定，根據機械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽閥的不同特性，集中供熱減壓系統采用機械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽調節閥聯(lián)合調節的控制方式。

　　當流量較小時(shí)機械式蒸汽減壓閥對蒸汽進(jìn)行減壓，壓力設定值0.62MPa，這時(shí)電動(dòng)調節閥關(guān)閉，當蒸汽流量逐步增加時(shí)，機械式蒸汽減壓閥不能滿(mǎn)足要求，閥后壓力下降當閥內壓力下降至0.6Mpa以下時(shí)， 電動(dòng)蒸汽調節閥開(kāi)啟，將壓力穩定控制在0.6Mpa.

　　4、蒸汽減溫方案蒸汽減溫的目的

　　將減壓后的過(guò)熱蒸汽溫度降低成飽和蒸汽溫度，以符合工藝參數。采用向蒸汽中噴入減溫水與過(guò)熱蒸汽混合，水與過(guò)熱蒸汽混合后汽化變成蒸汽，吸收熱量以降低過(guò)熱蒸汽溫度，這種減溫方案是目前工程上普遍采用的減溫方案，本次集中供熱系統設計也采用此減溫方案。

　　4.1 蒸汽減溫器的熱力計算減溫器熱力計算的目的是確定在不同蒸汽流量下所需要的減溫水量Dj.在進(jìn)行減溫器熱力計算時(shí)，已知數據為：減溫前蒸汽絕對壓力P1和溫度t1，減溫前蒸汽流量D1，減溫后蒸汽溫度t2和流量D2，減溫水熱焓hj。

　　4.2減溫水控制方案為保證減溫后蒸汽溫度恒定，需根據蒸汽流量和溫度的不同控制減溫水噴入量，減溫水流量控制系統如下圖：

　　由溫度傳感器將減溫后蒸汽溫度信號傳至PID調節器，在PID調節器上設定蒸汽溫度，由PID調節器根據蒸汽溫度設定值和實(shí)際值比較計算，給電動(dòng)調節閥輸出信號，控制電動(dòng)調節閥開(kāi)度，使減溫后蒸汽溫度恒定。

　　5、凝結水回收利用廠(chǎng)區蒸汽凝結水每天最高回水量約80m³，回水溫度約80℃，其中蘊涵著(zhù)大量熱能，應加以充分利用。

　　廠(chǎng)區浴室每日耗水200噸左右，每日耗汽約16噸，是一個(gè)用水用汽大戶(hù)，浴室開(kāi)放時(shí)間為每日下午16時(shí)至晚23時(shí)。

　　廠(chǎng)區蒸汽凝結水經(jīng)取樣化驗，其水質(zhì)符合自來(lái)水衛生指標，可用作浴室洗浴用水。

　　將凝結水用于浴室洗浴，既可以節約水，又可以利用凝結水中的熱能，是一種較為合理的利用途徑。

　　全廠(chǎng)蒸汽凝結水每時(shí)每刻均在產(chǎn)生，而浴室是定時(shí)開(kāi)放，故應將凝結水回收儲存，考慮到浴室用水時(shí)蒸汽凝結水仍在產(chǎn)生，這一部分凝結水及時(shí)用掉不需存儲，凝結水蓄水池蓄水量需60m³，待浴室使用時(shí)將凝結水用凝結水泵供入浴室熱交換器。

　　6、效益分析

　　集中供熱不但具有良好的社會(huì )效益，還具有持續可觀(guān)的經(jīng)濟效益。其社會(huì )效益有：提高了社會(huì )能源的綜合利用率，消除了鍋爐運行的不安全因素，徹底解決了鍋爐產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢水、噪聲的環(huán)境污染問(wèn)題。

　　其經(jīng)濟效益有：廠(chǎng)自產(chǎn)蒸汽成本為61.15元/噸，2000年全廠(chǎng)耗汽28413噸，合計成本為173.75萬(wàn)元； 熱電廠(chǎng)供熱蒸汽售價(jià)為61.43元/噸，因熱電廠(chǎng)供熱蒸汽為過(guò)熱蒸汽，其壓力和溫度均高于廠(chǎng)自產(chǎn)蒸汽，故其每噸蒸汽含熱量高于廠(chǎng)自產(chǎn)蒸汽，雖然2001年生產(chǎn)任務(wù)比去年多，加班加點(diǎn)又多于2000年，但2001年汽耗較上年仍有下降，2001年全廠(chǎng)耗汽23459噸，合計成本為144.11萬(wàn)元，較2000年減少用汽4954噸，年節約蒸汽合計成本29.64萬(wàn)元。

　　7、結論

　　7.1通過(guò)一年多時(shí)間的運行，集中供熱系統設計合理，供汽壓力、溫度穩定，滿(mǎn)足了廠(chǎng)生產(chǎn)生活用汽需要。

　　7.2蒸汽減壓方案采用機械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽調節閥聯(lián)合調節，可適應供汽壓力不穩和用汽量變化較大的工況。

　　7.3蒸汽減溫方案采用減溫水與過(guò)熱蒸汽直接混合減溫方案，通過(guò)電動(dòng)調節閥調節減溫水量控制蒸汽溫度，通過(guò)變頻器改變水泵轉速控制調節閥前水壓，減溫水采用蒸汽凝結水適當補充軟水。

　　7.4廠(chǎng)區蒸汽管網(wǎng)改造時(shí)，最遠用汽點(diǎn)壓降不得超過(guò)供汽壓力10%，管網(wǎng)蒸汽流速在30—45m/s較為經(jīng)濟可行。

　　7.5將凝結水用于浴室洗浴，既可以節約水，又可以利用凝結水中的熱能，是一種較為合理的利用途徑。

　　7.6采用集中供熱有較好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。

　　參考文獻

　　夏敏文。熱能工程設計手冊。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000

　　陸耀慶。供暖通風(fēng)設計手冊。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987

　　曾志誠。城市冷、暖、汽三聯(lián)供手冊。 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995