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    汽車輪胎生產(chǎn)過程節(jié)能優(yōu)化方案設(shè)計

    2019-08-26 05:40:06趙斌
    中國設(shè)備工程 2019年15期
    關(guān)鍵詞:碟片鍋爐房閃蒸

    趙斌

    (同濟大學汽車學院,上海 200092)

    2014 年,全球輪胎銷售額為1,799 億美元,2005 ~2010年新興國家輪胎市場增速為6.17%。在我國作為新興國家,隨著汽車制造業(yè)發(fā)展,輪胎市場的增速遠高于世界平均水平。

    輪胎生產(chǎn)屬于典型的能源消耗型加工工業(yè),從其生產(chǎn)能耗構(gòu)成,蒸汽鍋爐設(shè)備燃料消耗占企業(yè)總能耗的70%。電力占30%。輪胎制造行業(yè)中,大量使用蒸汽,蒸汽來源可以是輪胎企業(yè)的鍋爐設(shè)備或熱電廠輸出的過熱蒸汽通過減溫器輸出到生產(chǎn)線,蒸汽在其二次能源轉(zhuǎn)換過程的損耗大致在50%,而輪胎本身的制造過程中還有損耗,最終的能源利用率在30%左右。

    本文分析了某輪胎廠制造過程中的蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能點,分別從鍋爐房的運行、冷凝水與閃蒸蒸汽的回收系統(tǒng)以及用汽設(shè)備優(yōu)化三個方面做了詳盡的分析,評估了相應的節(jié)能潛力、安全性和環(huán)境效益等,并在此基礎(chǔ)上提出了合理的改進建議和解決方案。

    1 現(xiàn)場提供參數(shù)

    1.1 蒸汽參數(shù)

    輪胎制造廠使用蒸汽設(shè)備,蒸汽參數(shù)如下表1。

    表1 蒸汽參數(shù)列表

    2 鍋爐房節(jié)能方案

    2.1 鍋爐房現(xiàn)狀

    整套鍋爐房系統(tǒng)運行穩(wěn)定,天然氣耗量與產(chǎn)蒸汽量比值已達到1:13 以上,鍋爐房運行在較高水平。鍋爐補水使用的是RO 水,這樣鍋爐補充水質(zhì)保持在較高水平,可以降低鍋爐加藥量與連續(xù)排污量。

    每臺鍋爐出口都配備有流量計,并且每4 臺鍋爐出口又配備一個總流量計。這樣的配置方式可以校核流量計是否精準。每條輸送至車間的蒸汽主管上也配置有流量計。計量系統(tǒng)非常完善。

    貫流式鍋爐,每臺鍋爐自帶連續(xù)排污功能。

    2.2 問題分析及優(yōu)化方案

    記錄標準規(guī)定了電氣傳導率應在650mS/m 以下,但每臺鍋爐實際運行時鍋爐的電氣傳導率只有幾十或者一百多,遠低于標準。這樣雖然不會影響鍋爐的正常運行,但是鍋爐排污率太大,浪費能源。

    鍋爐的排污率可以用公式1 進行計算:

    排污率=排污量/蒸發(fā)量 (1)

    按照規(guī)定要求,電氣傳導率不得高于650mS/m,那么鍋爐排污率可控制在0.3%。保守起見,把鍋爐排污率控制在0.5%。當前的蒸發(fā)量為148500t/年,見表2。

    表2 調(diào)整排污率節(jié)能量表

    由此,每年的排污量減小5,197t,排污費用減少30.3萬元,減少CO2排放量314t/年。

    3 硫化車間節(jié)能方案

    3.1 硫化車間現(xiàn)狀

    鍋爐房分汽缸由20bar 減壓至10bar 供給硫化機外溫使用,蒸汽流量約為8.6t/h;鍋爐房分汽缸由20bar 減壓至13bar 供給硫化機內(nèi)溫使用,蒸汽流量約為2.4t/h;外溫蒸汽產(chǎn)生冷凝水進入冷凝水罐暫存,冷凝水暫存期間給洗澡水加熱,最終回收至鍋爐房除氧器;內(nèi)溫冷凝水會混有橡膠或其他氣體,不易回收,大部分回收的閃蒸汽在除氧器排放掉,造成了大量浪費。

    3.2 問題分析及優(yōu)化方案

    閃蒸汽與蒸汽含有熱量一樣多,如任其由除氧器直接排向大氣,不但浪費大量熱量,還影響工廠整體環(huán)境。硫化機內(nèi)溫蒸汽使用量較少,且里面混有其他氣體,不易回收。硫化機外溫所產(chǎn)生冷凝水較多,壓力高,所有產(chǎn)生的冷凝水與閃蒸汽回收至鍋爐房除氧器。但是鍋爐房的冷源有限,消耗不完的閃蒸汽排放。

    如果這些蒸汽能夠被回收利用,將可以降低生產(chǎn)成本。利用引射裝置回收直排的閃蒸汽,用于現(xiàn)有蒸汽系統(tǒng)的加熱。優(yōu)化方案如圖1 所示。

    圖1 硫化車間外溫冷凝水回收系統(tǒng)優(yōu)化方案

    優(yōu)化方案原理:增加一套閃蒸罐及疏水閥組,車間冷凝水全部回收至閃蒸罐;

    冷凝水通過疏水閥排到增加的閃蒸灌,閃蒸罐設(shè)定運行壓力約3bar;

    去掉鍋爐房的減壓裝置,以20bar 主管蒸汽為動力蒸汽,通過二級引射將3bar 的閃蒸蒸汽引射至10bar,供給硫化機外溫使用。

    閃蒸罐排放的冷凝水,仍有低壓閃蒸汽產(chǎn)生,這部分閃蒸蒸汽可以用于鍋爐水的預熱。

    3.3 方案特點、可行性分析&風險評估

    根據(jù)現(xiàn)場情況,分析如下:

    (1)該方案可回收絕大部分閃蒸汽,大大降低了蒸汽系統(tǒng)能耗,基本消除了排空口處的冒汽現(xiàn)象。

    (2)系統(tǒng)回收閃蒸汽后,大約占總供氣量的90%,對現(xiàn)有系統(tǒng)基本沒有影響,也不會導致系統(tǒng)超壓,工廠原有減壓閥作為整套系統(tǒng)的旁通,如果系統(tǒng)發(fā)生故障,可以立即啟動旁通,確保生產(chǎn)安全正常的運行。

    按以上的節(jié)能方案,硫化車間節(jié)能匯總?cè)缦卤?。

    表3 硫化車間節(jié)能表

    根據(jù)系統(tǒng)回收能源后,大約1 年可以實現(xiàn)設(shè)備投資的回收。設(shè)備投資與回收匯總?cè)绫?。

    表4 設(shè)備投資與回收表

    4 壓延車間和密煉車間節(jié)能方案

    疏水閥作為影響蒸汽系統(tǒng)效率的關(guān)鍵節(jié)點,保證疏水閥工作狀態(tài)的完好是蒸汽系統(tǒng)節(jié)能的重要手段。壓延車間和密煉車間使用較多蒸汽輸水閥,因此,通過優(yōu)化蒸汽輸水閥來達到節(jié)能目的。

    4.1 輸水閥現(xiàn)狀

    使用疏水閥的設(shè)備有壓延機、干燥滾,使用的是熱動力疏水閥用于換熱器的排水。現(xiàn)場經(jīng)常會發(fā)生設(shè)備加熱慢的情況。這種情下,只能打開疏水閥旁通提高設(shè)備的加熱速度,從而造成能源浪費。

    4.2 問題分析及優(yōu)化方案

    (1)熱動力疏水閥沒有排空氣功能,在設(shè)備啟動階段冷凝水中可能混有空氣,無法排水,導致設(shè)備加熱慢。

    (2)換熱器負荷變化會引起冷凝水量的變化,但是熱動力疏水閥的排水量無法變化,影響設(shè)備的正常運行。

    熱動力疏水閥工作原理是由于二次蒸汽的作用工作,間斷排放冷凝水,只能適用于小負荷的應用,如管道疏水。

    其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖2。

    圖2 熱動力疏水閥原理圖

    熱動力疏水閥唯一的活動部件是位于控制室內(nèi)平面上的一個碟片。

    在啟動階段,由于壓力的左右,碟片被頂起,冷凝水和空氣越過內(nèi)側(cè)閥座經(jīng)碟片下部從外圍出口的小孔排出。

    高溫冷凝水經(jīng)過入口,進入閥腔碟片的下部后壓力下降,產(chǎn)生閃蒸蒸汽并以高速流動。由于速度升高,所以碟片下壓力降低,把碟片拉向閥座。

    同時,一部分閃蒸蒸汽進入碟片上面的腔體內(nèi),產(chǎn)生的壓力克服冷凝水向上的壓力把碟片關(guān)閉。

    最后,當?shù)戏降拈W蒸蒸汽冷凝后,碟片被冷凝水頂開,如此重復循環(huán)。

    閃蒸汽的冷凝,可以控制熱動力疏水閥碟片上下浮動,但是空氣無法冷凝,所以熱動力疏水閥無法排放空氣。

    對于換熱器的應用,優(yōu)化方案是將熱動力疏水閥替換為浮球疏水閥,如圖3 所示。它工作時連續(xù)排放冷凝水,并可根據(jù)冷凝水量的大小,浮球上下浮動自動調(diào)節(jié)閥門開度與負荷相匹配,冷凝水一旦產(chǎn)生便可迅速被排出設(shè)備。其閥門處于水封以下,蒸汽不會泄漏。內(nèi)部配備自動排氣閥,冷態(tài)時處于常開,能快速排出設(shè)備內(nèi)的空氣和冷態(tài)冷凝水。生產(chǎn)線疏水閥數(shù)量一共267 臺。

    根據(jù)系統(tǒng)回收能源后,大約1.6個月可以實現(xiàn)設(shè)備投資的回收。通過優(yōu)化,提高換熱器加熱速度,避免開啟疏水閥旁通,減少泄漏量。同時,也提高了換熱工藝的穩(wěn)定性。

    圖3 浮球疏水閥

    5 結(jié)語

    (1)鍋爐房節(jié)能方案。通過鍋爐房電導率的檢測,重新調(diào)整鍋爐排污率,優(yōu)化了鍋爐的運行情況。將排污率由原4%降至0.5%。

    (2)硫化車間節(jié)能方案。設(shè)計一套閃蒸罐及疏水閥組,車間冷凝水全部回收至閃蒸罐,而后利用引射裝置回收直排的閃蒸汽,用于現(xiàn)有蒸汽系統(tǒng)的加熱。通過優(yōu)化,回收絕大部分閃蒸蒸汽,降低蒸汽系統(tǒng)能耗,并消除排空氣口的冒汽現(xiàn)象。

    (3)壓延車間和密煉車間的節(jié)能方案:壓延機、干燥滾上的疏水閥改進為浮球疏水閥,增加了系統(tǒng)的排氣功能,根據(jù)換熱負荷變化,冷凝水排放能力增加,避免了開放旁通導致的蒸汽損失,同時降低了蒸汽的泄漏率,在節(jié)約能源的同時,也提高了工藝的穩(wěn)定性。

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