二次閃蒸汽余熱在空調系統中的應用

王志文，耿四軍，李 偉

（安徽中煙工業有限責任公司蚌埠卷煙廠，安徽蚌埠 233000）

0 引言

本文根據煙草工業企業空調系統的設備特點，深入研究企業生產凝結水二次閃蒸汽特點和工藝空調系統運行現狀及存在的潛在節能空間，采用換熱器對生產凝結水二次閃蒸汽的余熱進行有效回收，并將其用于空調的節能運行，切實降低空調系統的能源消耗。

1 項目概況

某新征建設用地565 畝（437 336 m2），其中新建聯合工房104 830 m2、輔料綜合庫21 810 m2、香精香料庫750 m2、生產管理用房8680 m2、后勤服務用房6970 m2、地下車庫4150 m2、停車棚4930 m2、動力中心8650 m2、污水處理及工業垃圾站1500 m2、燃氣調壓站30 m2，大門及門衛室140 m2。規劃面積144 400 m2，包括片煙醇化庫、庫區管理用房。

根據生產工藝對生產工房的溫濕度要求，對聯合工房的輔料平衡庫、儲葉間、煙絲暫存間、預混間、混絲加香間、殘煙處理間、貯絲房、卷接包車間、裝封箱區、手工包裝間、濾棒儲存發射間、濾棒紙箱暫存間、輔料配盤及入庫間的空調系統采用不同工房各自分區、相對獨立的全空氣空調系統。利用組合式空調機組對空氣集中處理，采用風管形式送至控制區域，使工房溫濕度滿足生產工藝的需求?？照{系統采用的是熱水加熱的方式，配置了一套獨立的汽—水換熱機組來產生空調加熱所需的熱水，在此生產過程中需要消耗大量的蒸汽。

空調系統所需的蒸汽來源于外購市政蒸汽和自產蒸汽兩個部分。工藝設備生產過程中，蒸汽的消耗會產生連續的凝結水，凝結水在回收過程中產生的二次閃蒸汽可以用于鍋爐除氧器加熱。由于二次閃蒸汽的產生量遠超過鍋爐除氧器工作所需，導致除氧器溫度過高和振動，所以只能把多余的閃蒸汽直接排放到室外，造成了能源的浪費?；谏鲜鲈O備特點，本文對直排閃蒸汽的潛熱加以利用，使其對空調系統熱水回水進行預加熱，大大節約汽—水換熱機組的蒸汽消耗。同時，產生的凝結水也可以收集回收到鍋爐除氧器加以利用，既能節約空調系統蒸汽消耗，又能減少鍋爐軟水消耗，實現“一舉兩得”的節能降耗目標。

2 實施內容

2.1 閃蒸汽熱回收換熱器的選型和容量計算

通過測算，直排的凝結水閃蒸汽最大不會超過2 t/h，壓力約0.01 MPa，溫度接近120 ℃?？紤]到閃蒸汽的低壓力特點，項目采用了低阻力的列管式（管殼）換熱器、換熱面積30 m2。

2.2 管路和控制部分改造實施方案

通過實地調研，使用部門決定在現有工藝組合式空調的熱水回水管道上增加一組列管式（管殼）換熱器和相應的控制閥門及配套傳感器，系統原理如圖1 所示。

圖1 系統原理

2.3 工作原理

各個管道和各個閥門外包裹有一層保溫層，管道外包裹一層超細玻璃棉作為保溫層，閥門外包裹保溫夾套作為保溫層（圖1）。設置保溫層，可避免人員燙傷和有效減少熱量損失，保證裝置安全運行。

當空調回水需要預熱時，將第1 閥門、第2 閥門和第3閥門打開，第1 連通閥、二次閃蒸汽應急排放閥門關閉，二次閃蒸汽作為熱媒進入換熱器。待加熱的空調回水通過管道進入換熱器，經與換熱器內部的二次閃蒸汽充分換熱后，溫度上升并通過管道經第3 閥門送往換熱間。經過預熱后的空調回水在換熱間經汽—水換熱機組二次加熱后形成熱水，供空調加熱使用。二次閃蒸汽換熱后形成的凝結水經疏水閥進入凝結水回收罐，當液位上升至設定液位時水泵啟動，將凝結水回收罐中的凝結水送往除鐵器，除鐵后做為鍋爐用水使用。

當換熱器需要檢修時，將第1 閥門、第2 閥門和第3 閥門關閉，第1 連通閥、二次閃蒸汽應急排放閥打開，二次閃蒸汽直接送往除氧間；空調回水經第1 連通閥直接送往換熱間，使得二次閃蒸汽以及空調回水均不經過換熱器，以便于對換熱器進行檢修。

2.4 熱回收節能控制策略

2.4.1 閃蒸汽熱回收況下，自動開啟列管式（管殼）換熱器的凝結水閃蒸汽進汽，對回水進行預加熱，使其溫度升至接近空調機組需要的60℃，以便減少后續汽—水換熱機組的蒸汽消耗量。

2.4.2 凝結水回收

余熱回收系統電氣控制原理如圖2、圖3 所示。當凝結水回收罐液位達到預先設定的高水位時，自動開啟凝結水回收泵，把凝結水會送回到鍋爐房除氧器中，以節約鍋爐軟水的使用量，減少鍋爐系統的耗水量。當凝結水回收罐液位達到預先設定的低水位時，凝結水回收泵自動保護停泵，避免水泵空轉。

圖2 余熱回收系統電氣原理

圖3 余熱回收系統PLC 控制原理

3 應用效果

3.1 應用情況

按照余熱回收系統項目計劃及工作要求進行設備的選型及管路系統的優化研究，設計智控控制邏輯與功能，并部署實施。余熱回收系統順利通過試運行。

3.2 經濟效益

2021 年全年空調換熱消耗蒸汽11 525.10 t，2022 年消耗蒸汽8 139.95 t（表1）。余熱回收項目實施時間為2022 年5 月—7 月，2022 年7 月項目開始發揮作用。從表中數據可以看出，2022 年7—12 月的蒸汽

表1 空調系統蒸汽消耗統計 t

當組合式空調系統需要熱水加熱工消耗量大幅下降，對比2021 年同期的蒸汽消耗情況，共節約蒸汽3 385.15 t。按市政蒸汽258 元/t 計算，2022 年余熱回收系統節約蒸汽費用873 368.70 元。在此期間，換熱產生的凝結水約1080 t，按軟化水5.4 元/t計算，節約軟化水費用5832 元。余熱回收系統在2022 年7—12 月共實現節約費用879 200.70 元，預計每年可節約費用1 758 401.40 元。

3.3 社會效益

近年來，為響應節能減排和“雙碳”要求，煙草工業企業對生產節能降耗非常重視?？照{系統占全廠總能耗比例較大，是節能降耗工作的重點，因此，對空調系統的節能改造勢在必行。本文對凝結水閃蒸汽用于空調系統節能的方案進行研究，提出基于凝結水閃蒸汽余熱回收的空調節能控制策略，并將其應用到實際生產中，達到了優化控制，切實降低廠房空調系統運行能耗的目的，符合企業節能降耗和“雙碳”目標要求。

4 結束語

本文根據煙草行業空調系統的設備特點，提出將生產凝結水二次閃蒸汽用于空調節能的控制方案，深入研究工業企業生產凝結水二次閃蒸汽的特點和工藝空調系統運行現狀，提出利用生產凝結水二次閃蒸汽來給空調熱水預熱的控制策略。對現有空調熱水系統進行改進，將研究成果應用到實際生產過程中，切實降低了廠房空調系統的運行蒸汽和軟水消耗，實現了基于空調控制系統的全區域、全流程的可視化監控與預警，并與現有中控系統融合，實現了數據的即時采集和歷史數據查詢。本文提出的二次閃蒸氣余熱利用方案已取得實用新型專利成果。