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纸机汽罩排风余热回收系统工程实例

浏览次数: 日期:2007-05-26

万博体育手机版客户端     刘新军 张莹

摘  要:本文介绍了一个高速纸机密闭汽罩排风采用两级余热回收系统的工程实例,通过列举工程参数,并对换热过程进行简要计算,得出热回收系统的总回收热量。阐述了设置合理的热回收系统对于降低产品能耗,提高经济效益所具有的重要意义。

关键词:密闭汽罩、汽—气热回收系统、汽—水热回收系统、节能降耗

 高速纸机密闭式汽罩及其通风系统是纸机的一个重要组成部分,合理的密闭汽罩及其通风系统是保证纸机高速平稳运行、保证成纸质量和纸机产量的关键因素,密闭汽罩的送排风及热回收系统设计是整台纸机通风系统设计的主要工作内容。

纸机烘干部的作用是将纸幅烘干,而纸幅蒸发的水分必须及时排除,以免汽罩内部空气含湿量过高,不利于纸幅水分的顺利蒸发,从而影响纸幅干燥速度。密闭汽罩排风温度高、排风量大,如果直接排掉的话将会造成热能的巨大浪费,加大纸机蒸汽消耗,增加生产成本。余热回收系统的作用就是将汽罩排风所携带的热能尽可能多地回收,用以加热含湿量、温度均较低的室内或室外空气和工艺给水,被汽罩排风预热的空气再经过蒸汽加热器二次加热后以较高的温度送入汽罩,平衡汽罩内部压力,提高汽罩内部环境温度,降低环境湿度,从而加快纸页的干燥速度,保证较高的车速和产量。

一、工程介绍

该工程是一台年产25万t瓦楞纸造纸机烘干部汽罩通风及余热回收系统,包括汽罩排风系统、汽罩送风系统、一级余热回收系统、二级余热回收系统、蒸汽加热系统五部分。纸机烘干部密闭汽罩分为前干燥部、后干燥部两部分,中间为半开式的施胶部。

纸机主要工程参数如下:

1.产量:            791t/d

2.车速:            825m/min

3.纸幅宽度:           6660mm

4.纸幅干度:

  出压榨干度:        48%

  出前干燥部干度:   92%

  施胶后干度:        62%

  成纸干度:          92%

密闭汽罩主要工程参数如下:

1.汽罩内温度:         85℃

2.排含湿量

  前干燥部排含湿量:  160g/kg·da

  后干燥部排含湿量:  140g/kg·da

  注:da表示干空气,下同

3.汽罩排量:

  前干燥部排量:    68.8kg·da/s

  后干燥部排量:    37.3kg·da /s

4.汽罩送风温度:       110℃

5.汽罩送风量

  前干燥部送量:    48.1kg·da/s

  后干燥部送量:    26.1kg·da /s

6.蒸发水量

  前干燥部蒸发水量:     31680kgH2O/h

  后干燥部蒸发水量:    14000kgH2O/h

二、系统设计说明

1.汽罩排风系统

汽罩排风系统由排风离心风机、排风温湿度变送器、风机变频控制系统组成,车间DCS系统根据温湿度变送器探测到的排风温湿度信号,通过变频控制系统改变离心风机的转速,从而对汽罩排风量进行调整。

按照纸机排风要求,前干燥部设置2台排风离心风机,每台风机风量均为2300m3/min,全压1500Pa;后干燥部设置1台排风离心风机,风机风量为2300m3/min,全压1500Pa。由于排风含湿量较高,离心风机的叶片等与排风接触的部位采用sus304不锈钢材质。

2.汽罩送风系统

汽罩送风系统由送风离心风机、送风温度变送器组成,车间DCS系统根据温度变送器反馈的送风温度信号,通过调节蒸汽加热系统蒸汽管路上的电动调节阀的开度来保证送风温度恒定为110℃。

汽罩送风取自车间内部,取风温度全年平均25℃。前干燥部设置2台送风离心风机,每台风机风量均为1500m3/min,全压3000Pa;后干燥部设置1台送风离心风机,风机风量为1700m3/min,全压3000Pa。离心风机与送风接触部位采用ss41镀锌钢材质。

3.一级热回收系统

一级汽—气热回收系统的用途是利用热回收装置回收排风热能,用以预热汽罩送风,将送风由25℃加热至62℃。一级汽—气热回收装置包括:

◎  铝管式换热器,垂直排列,中间配置固定孔版,端管口全密闭。

◎  支撑换热器的钢制基架。

◎  不锈钢制斜底式热底风室,附有凝结水排放沟槽。

◎  清洗喷淋水管及气动开关阀,3㎏/s流量。

汽罩排风走铝管管程,送风走壳程,利用喷淋水管定时清洗换热铝管内附着的少量纸毛,保证较高的换热系数。本工程前干燥部设置2台一级汽—气热回收装置,后干燥部设置1台一级汽—气热回收装置。

4.二级热回收系统

为提高上浆质量,造纸生产工艺要求打浆工艺给水水温40~50℃,而厂区给水温度通常只有20~30℃。本工程二级汽—水热回收系统的用途是加热纸机工艺用水,利用经过一级热回收装置回收过部分热能的汽罩排风中蕴含的余热将25℃的厂区给水加热至45℃,进一步从汽罩排风中回收热能。本工程被加热的工艺水流量为60kg/s,温度为25/45℃。二级汽—水热回收装置包括:

◎板管式热回收装置,不锈钢材质。以板管为水流通道,冷水经过6行程,热风为单行程通过。

◎热交换器安装在钢制的基架上,附有工作保养平台。

◎不锈钢制热回收顶风室,附有保养人孔。

◎不锈钢清洗喷淋水管,5㎏/s流量。

本工程前干燥部设置2台二级汽—水热回收装置,后干燥部设置1台二级汽—水热回收装置。在工程现场,二级热回收装置与一级热回收装置串联布置,并且距离越近越好,因为管路越短散热损失越小,热能回收效率越高。

5.蒸汽加热系统

蒸汽加热系统由蒸汽—空气换热器、蒸汽管道电动调节阀、疏水器组成。被一级热回收系统预热过的汽罩送风经过蒸汽加热器,温度由62℃进一步提高至110℃,达到汽罩送风温度要求。

蒸汽—空气换热器为钢管铝鳍片,换热效率较高,并且比较耐用。

三、计算过程

本工程回收的热能由两部分组成:一级热回收装置回收的热能和二级热回收装置回收的热能。以下分别对这两部分热能进行计算,并根据排风状态参数对传热过程进行校核。

1.一级热回收装置回收的热能

本工程一级热回收装置用于预热汽罩送风,通过进、出热回收装置的空气状态参数变化值,可以计算得出回收得到的热量。计算过程见下表:

 

 

项     目

数 值

单 位

送风风量(前、后干燥部之和)

74.2

kg/s

进风温度(车间取风)

25

°C

进风含湿量

17

gH2O/kg.da

进风焓值(查表)

68.4

kJ/kg

出风温度

62

°C

出风含湿量

17

gH2O/kg.da

出风焓值(查表)

105.6

kJ/kg

回收热量

2760

kW

2.二级热回收装置回收的热能

二级热回收装置用于加热工艺给水,提升工艺给水温度。二级热回收装置回收得到的热量计算见下表:

 

项     目

数 值

单 位

工艺水流量(前、后干燥部之和)

60

kg/s

进水温度(常温给水)

25

°C

出水温度

45

°C

温    升

20

°C

水的比热(30°C)

4.174

kJ/kg.K

回收热量

5014

kW

3.回收的总热能

两级余热回收装置回收的全部热能为 = 2760+5014 = 7774kW

4.传热量校核

以上仅为按照被加热介质状态变化值计算得出的回收热量(需热量),实际工程是否能够实现,还需要根据排风状态参数进行校核。如果根据需热量计算得出的汽罩排风最终温度过低(接近或低于被加热的工艺水最高温度45℃),那就说明该换热过程不能实现或难以实现(换热温差过小将会导致换热面积过大,换热设备投资过高,经济上不合理)。

校核计算过程见下表:

 

项     目

数 值

单 位

前干燥部

后干燥部

排风风量

68.8

37.3

kg/s

排风温度(汽罩内温度)

85

85

°C

排风含湿量

160

140

gH2O/kg.da

排风焓值(查表)

510.3

457.2

kJ/kg

排风加权平均焓值

491.6

kJ/kg

回收的总热量(需热量)

7774

kW

热能回收效率

80

%

排风放出热量

9718

kW

计算得热回收后排风焓值

400

kJ/kg

热回收后排风相对湿度

100

%

热回收后排风温度(查表)

57.4

°C

由上表可以看出,按照全部回收的热能为7774kW,热回收效率80%计算,汽罩排风经过两级热回收装置换热后,最终的排放温度大约为57.4℃,而第二级汽—水热回收装置中工艺水最高温度为45℃,排风和水的温差完全可以保证换热过程的顺利进行,该工程的余热回收过程是可以实现的。

另外,从两级热回收系统分别回收的热能可以看出,二级汽—水热回收系统回收的热能为5014kW,远远大于一级汽—气热回收系统回收的热能2760kW。也就是说,设置两级热回收系统的经济效益明显优于仅设置一级汽—气热回收系统,然而目前国内有大量的纸机仅设置了汽—气热回收系统,并未设置汽—水热回收系统。希望通过本文的计算比较,能够引起一些厂家对两级热回收系统良好效果的关注。

四、效益分析

1.该工程通过两级热回收装置总计回收的热量为7774kW,按照造纸机年运行340d,每天运行24h计算,全年可回收热能为:

  (7774 × 3600 × 24 × 340) ÷ 109 = 228.4 (GJ)

2.按照标准煤的低位发热值Qdy = 7000 kcal/kg (或29307.6kJ/kg)计,回收的热能折合成标煤为:

  228.4 ×106 ÷ 29307.6 = 7792 t标煤/a

3.按照低压饱和蒸汽热值700kW.h /t计,回收的热能折合成蒸汽为:

  7774 ÷ 700 = 11.1 t蒸汽/h

  采用余热回收系统,每年可节约新蒸汽:

  11.1 × 24 × 340 = 90576 t蒸汽/a

  蒸汽价格按照90元/t计算,每年可节约生产成本:

  90576 × 90 ÷ 104 = 815.18 万元

由上面的计算可以看出,仅仅一条造纸生产线上的汽罩排风余热回收系统便可回收热能折标煤7792t/a,或者说与直接采用蒸汽加热相比,每年可降低生产成本815万元。该纸机配套的全部热回收设备投资总共不超过200万元,即使考虑上运行成本、设备折旧等各种费用,经济效益仍旧非常可观。

五、总结

高速纸机纸幅干燥速度快,密闭汽罩内部温度高、水分大,为保证干燥效果,相应地要求有较大的排风、送风量和较高的送风温度。如果全部采用新蒸汽来加热汽罩送风和工艺给水,将会大幅增加生产过程的蒸汽消耗,增加产品能耗。设置合理的汽罩排风热回收系统,充分利用温度较高的汽罩排风蕴含的热能,用以加热汽罩送风和工艺给水,可以显著减少蒸汽消耗,降低产品能耗,在提高企业经济效益的同时,为建设资源节约型、环境友好型社会作出应有的贡献。

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