磁翻板液位計在蒸汽凝結水的熱量回收利用系統中的應用

       撰文背景：
       本地某機械廠在生產中需要用到大量的蒸汽，所用蒸汽用于工藝生產和工藝空調，工藝生產設備的用汽壓力為0.8MPa，工藝空調的用汽壓力為0.04MPa，均為飽和蒸汽。
蒸汽經換熱器釋放潛熱后，變成飽和的凝結水，該凝結水是一種高溫軟化水，其含有的熱量占蒸汽總熱量的25%左右。經統計，目前每年產生的凝結水量約為6.5萬噸。這些蒸汽凝結水中蘊藏了大量的熱能，因此必須加以回收利用，從而降低成本，減少環境污染，實現節能減排的目標。本文針對于如何有效地對這些凝結水加以回收，以及凝結水在回收器中如何利用磁翻板液位計等儀表進行測量的監控加以分析說明。

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   　一、改造前凝結水回收系統的狀況
　　改造前，該采用的是開式凝結水回收系統。各用汽點產生的凝結水通過凝結水管道回流到動力中心地下室的開式凝結水箱。其中主要的凝結水回收管路有兩路：
　　工藝生產凝結水管路：生產用蒸汽在各用汽生產設備釋放潛熱后，經疏水器及管道回到開式凝結水箱。
　　工藝空調凝結水管路：空調用蒸汽經換熱器換熱將空調風加熱后熱量降低成為乏汽和乏水，經疏水器及管道直接回到開式凝結水箱。
　　回到開式凝結水箱中的水經過化驗合格后由水泵送到除氧罐作為鍋爐進水使用。凝結水箱為開放式結構，與大氣相通。凝結水從管道進入水箱，壓力下降，產生大量的二次閃蒸蒸汽。閃蒸蒸汽通過凝結水箱的排放管排入大氣，蒸汽中的熱能和水份均排放到環境中。
　　閃蒸出來的二次蒸汽包含了大量熱能，蒸汽的熱能由顯熱和潛熱兩部分組成，系統回收的凝結水只含有顯熱部分，相對于潛熱熱值很小，大部分熱量隨二次蒸汽排入大氣，造成能源的浪費，也造成了熱污染。
在凝結水回流量較大時，閃蒸蒸汽排放不暢，在凝結水箱產生蒸汽壓力，部分閃蒸蒸汽通過檢修人孔溢流到地下室。造成地下室空氣濕度變大甚至飽和，產生滴水，對地下室動力柜、設備等構成了嚴重的威脅，也引起了地下室屋頂、墻面涂料的脫落。

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　　二、回收系統的改造及余熱利用方案 

　　1. 將原有的開式凝結水回收系統改為閉式回收系統
　　在生產、空調和其他冷凝水回收管道上安裝閥門，閥門關閉后冷凝水不再直接回到凝結水箱。在這些管道上連接旁通管道，將凝結水分別接入多路共網器，多路共網器根據引射原理將不同壓力的凝結水匯流到一起形成高溫熱水進入凝結水閉式回收器。凝結水閉式回收器的水泵將高溫熱水送往用熱點，在經過換熱降溫后回到容器罐實現供水循環。
　　凝結水閉式回收器是由余壓利用機構、主動引流和加壓機構、汽蝕消除裝置、液位變送傳感控制系統、承壓儲水容器、自控箱及電機泵等組成的成套裝置，采用了一系列汽蝕消除技術，徹底消除了凝結水加壓泵的汽蝕，使水泵處于輸送單相高溫液體的佳狀態。
閉式回收器采用智能化自動控制，在凝結水回收罐上安裝了一個磁翻板液位計加液位遠傳變送器。用它來測量罐內的水位，磁翻板液位計可以直觀顯示水位情況，同時磁翻板液位計遠傳變送器裝置將水位信號以4~20mA的形式送給控制箱上的PID控制儀，控制儀根據水位來調節回水管上的排水閥的開度，當不斷回流的冷凝水使容器的液位上升時，控制系統命令安裝在回水管道上的自動控制閥門開啟，將低溫水排到凝結水箱，當水位下降時逐漸關小閥門，直至達到低水位限制時閥門關閉，以此來保持容器罐的水位穩定。
 
閉式回收器的放空口設置了乏汽排放閥。在回收器罐體上裝了一個壓力傳感器，測量罐內的壓力。傳感器測出的壓力以4~20mA的形式送給控制系統的PLC，PLC根據罐內壓力來調節乏汽排放閥的開度，當罐內的壓力高于設定壓力時，排放閥就根據PLC的信號開啟。通過乏汽排放閥的控制，可以在個別情況下（比如管道上游疏水閥泄漏）將系統剩余熱量通過蒸汽的形式排放掉，實現整個凝結水回收管道保持微背壓甚至是零背壓的運行方式。
 
為保證高溫熱水具有良好的換熱品質，在高溫熱水進入制冷機或換熱站前設置了一臺汽水換熱器，在水溫不足時適當打開蒸汽補充熱量。蒸汽來自低壓汽包，蒸汽通過自動調節閥進入板式換熱器，換熱后經疏水閥將凝結水排到多路共網器。
 
　　2.凝結水熱量的綜合利用
　　對于回收的凝結水的熱量，根據不同的季節，我們設置了多個利用途徑：
加熱鍋爐給水。在高溫熱水管道安裝水一水換熱器，讓凝結水閉式回收器水泵的出水先經過換熱器對從軟水箱到除氧堆的鍋爐軟化水進行加熱，經過熱量釋放的水繼續進入溴化鋰制冷機可換熱站的換熱器。鍋爐軟化水經過換熱器后溫度可提高40℃~50℃，在鍋爐軟化水流量較小時溫升可達到60℃，進入除氧器加熱器前就已經達到90℃以上。大大節省了除氧器前加護器的蒸汽耗用量。
 
　　（2）冬季將高溫水應用到采暖換熱
換熱站有三個換熱器，其中兩個是用蒸汽加熱暖通提環水的汽水換熱器，一個是用來自凝結水回收系統的高溫劫水加熱暖通循環水的水水換熱器。凝結水回收系統在冬季將高溫熱水送入水水換熱器，將采暖水加熱到所需溫度，供采吸使用。從兩個冬季環境下的運行情況看，用一個水水換熱器已經可以滿足供暖需求，換熱站的兩個汽水換熱器已不再需要運行。
 
對于水水換熱器的控制是由安裝在水水換熱器回水管道上的三通閥來實現的。控制系統的PLC根據換熱站暖通循環水的出水水溫，將這個值與換熱站出水設定值相比較，來確定三通閥的開度。若出水溫度值低于設定值，三通閥通往水水換熱器的一路就打開，讓高溫熱水加熱暖通循環水。出水溫度接近設定值，三通閥的開度會逐漸變小，通往水水換熱器的水減少，而沒有參加換熱的水直接通過三通閥的另一路進入旁通管道直接回到凝結水閉式回收器。當出水溫度高于設定值，通往水水換熱器的一路會完全關閉，全部經旁通閥回流。三通閥可保證管道中的總流量不會變化，使凝結水回收系統保持穩定的循環流量。
 
夏季將高溫水應用到熱水型溴化鋰制冷機。在動力中心安裝一臺80萬大卡／小時的熱水型溴化鋰制冷機。將高溫熱水輸送到溴化鋰制冷機，作為制冷的熱源。制冷機根據設定的出水溫度自動調節輸入的熱量，生產滿足要求的冷媒水。澳化銼制冷機的冷媒水與其它制冷機的冷媒水并網后供應整個空調系統。高溫熱水經換熱溫度降低后回到凝結水閉式回收器。

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　　三、改造效果綜合評價

　　1. 取得較好的改造效果?
　　通過利用磁翻板液位計、壓力變送器、換熱器設備對凝結水回收系統進行了全面改造，實現了凝結水的閉式回收。對高溫熱水的利用進行了系統改進，實現了對熱量的充分利用，創造了良好的經濟和社會效益。
　　合理用熱，實現熱量回收和使用的平衡。適應全年的工藝狀況，充分考慮到了過渡季節、冬季的熱量使用，在夏季用于制冷。全年余熱平均利用率在90%以上。
　　熱量充分利用后，凝結水回收系統內沒有多余能量產生壓力，從而實現了凝結水管道微背壓運行，對上游用汽點未產生不良影響。
　　制冷機和換熱站用三通閥控制，實現循環水的穩定運行。
　　對壓力排放進行自動控制，保證系統的安全穩定運行。
全過程的自動控制，實現安全連續運行。
 
　　2. 取得較好的經濟效益
　　以年回用冷凝水6.5萬噸計算。改造前，只是回收的凝結水，平均溫度在70℃，改造后按照高溫熱水溫度為135℃計算：
　　年回收蒸汽凝結水熱量約合0.8MPa的蒸汽：(135-70)×65000/660=6401噸。（注：蒸汽產生的凝結水溫度：135℃，焓值：135Kcal/kg）。軟化水溫度：70℃，焓值：70Kcal/kg，0.8MPa飽和蒸汽焓值：660Kcal/Kg。
以90%的熱量利用率計算，年節約蒸汽：6401×90%=5 761噸。目前蒸汽的價格為：218元／噸，折合年節約能耗費用為：5761噸×218元/噸＝125.6萬元。
 
　　3. 取得良好的社會效益
　　(1)徹底消除因排放凝結水和閃燕二次汽造成的熱污染。
　　(2)整個冷凝水回收系統為完全密閉系消除安全隱患，實現清潔生產。徹底消除了凝結水箱的二次蒸汽，解決了地下室的潮濕和結露問題。
　　(3)凝結水不會被空氣中的氧氣再污染，可以直接利用，節約水處理費用。
　　(4)凝結水泵在輸送高溫凝結水的狀態下不發生汽蝕，確保了能源回收系統的長期安全運行。
　　此蒸汽凝結水閉式回收系統經一年多的運行，安全可靠，凝結水的回收效果良好，余熱的綜合利用節能效果明顯，為企業能耗指標處于同行業行列做出了積極的貢獻。

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