蒸汽蓄熱器在輪胎生產中的應用

蒸汽蓄熱器在輪胎生產中的應用

蒸汽是車輪生產中最重要的加熱介質和熱載體，用于車輪鈣化、原材料加熱和生物化學。由于使用蒸汽的設備,如硫化罐、硫化機、除氧加熱器等設備需要頻繁地開關蒸汽閥,易造成生產線蒸汽系統(tǒng)壓力頻繁波動,影響正常生產,增大廢品率;另外,會造成蒸汽使用負荷波動頻繁,峰谷值較大,造成鍋爐的熱效率低,使用壽命短,司爐工勞動強度大等。蒸汽蓄熱器適用于蒸汽壓力變化頻繁且較大的生產系統(tǒng),是一種穩(wěn)定鍋爐運行的節(jié)能設備,其本身不產生能量,但可在短時間內吸納和釋放一定量的蒸汽,從而調節(jié)蒸汽使用負荷波動,保持管網壓力穩(wěn)定。用蒸汽蓄熱器存貯蒸汽的技術已經很成熟,在國外應用得相當普遍,可以在我國輪胎企業(yè)推廣使用。1飽和水蒸發(fā)汽氣蒸汽蓄熱器是一種新型儲能-節(jié)能設備,它利用水的液-汽態(tài)轉換特性,將蒸汽的熱量儲存在蓄熱器內的飽和水中。當蓄熱器壓力下降時,飽和水成為過熱水,發(fā)生沸騰而蒸發(fā),由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)。蒸汽蓄熱器一般安裝在鍋爐房附近,在汽源和用汽設備之間安裝壓力容器,里面儲存水。在用汽側蒸汽壓力升高時,將分汽缸里的蒸汽通入水中,使壓力容器中水的溫度和壓力升高,形成具有一定壓力的飽和水;在用汽側蒸汽壓力下降時,飽和水成為過熱水,并立即沸騰而蒸發(fā)產生蒸汽,滿足生產負荷需要。蒸汽蓄熱器一般可提高熱效率2%～10%。2蒸汽蓄熱裝置的應用和應用2.1蓄熱器及水泵分離我公司現有5臺產汽量為20t·h-1和2臺產汽量為35t·h-1的2.45MPa鍋爐。由于生產的需要,冬季高峰用汽量為120t·h-1,低谷用汽量為100t·h-1,需要開3臺產汽量為20t·h-1和2臺產汽量為35t·h-1的鍋爐供汽。生產中蒸汽壓力波動較大,我們決定在供汽系統(tǒng)中配置蒸汽蓄熱器來解決該問題。蒸氣蓄熱器容積和調節(jié)能力大小要根據熱負荷的變化來確定,同時也要考慮資金、場地等條件。根據實際測試,所需要的蓄熱器供汽調節(jié)能力為20t,充汽壓力定為2.2MPa,放汽壓力為0.9MPa,蓄熱器內水的蒸汽蓄量為64kg·m-3,蓄熱器內充水量Vw為:Vw=20000/64=312.5m3蓄熱器充水因數為0.85,則蓄熱器的容積V為:V=312.5/0.85=367m3考慮場地及運輸條件,選用5臺臥式75m3蓄熱器,蓄熱器設計壓力為2.55MPa,內徑為2600mm,筒體長度為13200mm,參考蓄熱器蓄汽的空間容積及允許蒸發(fā)強度,設計最大充放汽速率為25t·h-1。蓄熱器的進放汽管直徑均為DN150,蓄熱器上有DN50的安全閥、放空閥、進水閥和DN40的放水閥、壓力表、水位計等,其內部有充熱裝置,蒸汽從其內部噴頭小孔中噴出,帶動罐內水流循環(huán),使水溫均勻。汽水分離采用工業(yè)鍋爐中常用的旋渦分離形式。在筒體底部有DN40放水閥,放水管可接至鍋爐房回水箱以利用熱能。水位計為石英管水位計,水位計針形閥有鋼球保護裝置,一旦水位計破損,該裝置可避免水位計大量溢水。2.2蓄熱器充熱過程蒸汽蓄熱器系統(tǒng)如圖1所示,臥式蓄熱器與輸汽管道是并聯的,當高壓供汽量與低壓供汽量平衡時,蓄熱器不工作。輸汽管上有2個電動調節(jié)閥V1和V2。調節(jié)閥V1用來保持閥前高壓蒸汽管和鍋爐壓力,不論供汽量如何變化,閥前高壓蒸汽管和鍋爐壓力始終保持為2.2MPa;調節(jié)閥V2則保持低壓蒸汽管網壓力為0.9MPa。兩個調節(jié)閥之間是蓄熱器母管。當生產用汽量增大,調節(jié)閥V2開大,蓄熱器母管內汽壓下降,當壓力低于蓄熱器壓力時,蓄熱器就對外放汽;當生產用汽量小于鍋爐供汽量時,調節(jié)閥V2關小,蓄熱器蒸汽母管壓力升高,到大于蓄熱器內壓力時,多余的蒸汽充入蓄熱器,這樣負荷的波動就可以由蓄熱器來消除或減小。蒸汽蓄熱器內上部空間為蒸汽蓄存空間,工作時這部分空間約占蓄熱器總體積的10%～20%,在供汽鍋爐按一定的蒸發(fā)量穩(wěn)定運行時,如用汽負荷小于鍋爐蒸發(fā)量,多余的蒸汽便經充熱蒸汽入口單向止回閥進入蒸汽蓄熱器中的蒸汽分配總管,通過蒸汽噴嘴向上擴散到水中,變成凝結水,同時釋放出熱量,使容器內壓力和溫度升高,并使水的焓值升高到與容器內壓力相對應的飽和水的焓值,這就是蓄熱器的充熱過程。當用汽負荷大于鍋爐蒸發(fā)量時,蒸汽蓄熱器的送汽管中壓力下降,蓄熱器內壓力大于供汽母管中的壓力,于是蓄熱器中的蒸汽立即頂開排汽止回閥而流往送汽母管,同時容器內飽和水的壓力下降,使水溫高于降壓后飽和水溫度而成為過熱水,形成剩余熱量,過熱水迅速蒸發(fā),產生飽和蒸汽流出蓄熱器送往低壓熱設備,補充鍋爐直接供汽的不足,這就是蒸汽蓄熱器的放熱過程。2.3蓄熱器及儀表管路系統(tǒng)布置為充分利用蓄熱器的特性,最大限度的節(jié)約能源,本工程除了達到供汽壓力穩(wěn)定、蒸汽負荷穩(wěn)定外,還在鍋爐房內將蓄熱器及儀表管路系統(tǒng)設計成一個調度臺,用無紙記錄儀在線顯示和記錄各臺鍋爐的蒸汽流量、蓄熱器壓力及管路壓力,調度員可以根據壓力變化的趨勢來判斷是否要增減供汽量,用哪臺或哪幾臺鍋爐來承擔最合理,使鍋爐都在最高工作效率區(qū)運行,達到最大限度節(jié)約能源的目的。2.4蓄熱器鋪設于鍋爐房外煤廊上蒸汽蓄熱器占用的場地較大,且對安裝位置有一定要求:在高壓汽管與低壓汽管附近;在鍋爐房附近,以方便管理。經研究,我公司將蓄熱器安裝在鍋爐房外煤廊下方,用高架支架將蓄熱器安裝在4.2m高處,在支架下有3.5m高的空間可通消防車。蓄熱器有3個支座,中間為固定支座,兩端為活動支座。蓄熱器的中心為固定點,加熱時蓄熱器向兩端膨脹,大口徑的進放汽管接近中心位置,外部管道的膨脹方向和固定點設置與蓄熱器相同。蓄熱器外側有良好的保溫層,并有鋁合金外護板,外露的閥門、附件上方有雨棚。2.5鍋爐低負荷變化對鍋爐效率的影響我公司蒸汽蓄熱器投入運行后的效果如下。1.保持輪胎生產系統(tǒng)的蒸汽壓力和硫化工藝條件穩(wěn)定,減少了因溫度波動造成的輪胎質量問題,有效提高了輪胎產品質量和產量。使用蒸汽蓄熱器前后輪胎生產系統(tǒng)的蒸汽壓力變化趨勢(無紙記錄儀記錄)如圖2所示。2.鍋爐在高效率的范圍內穩(wěn)定運行,提高了平均熱效率。如循環(huán)雙流化床鍋爐負荷變化太頻繁和太大,副床就不易正常運行,而副床運行與否影響熱效率15%以上。熱工測試表明,負荷頻繁變動時,鍋爐熱效率可能相差14%,另外過高壓力供汽會造成生產用汽浪費。經貴州省節(jié)能監(jiān)測中心測試,我公司蒸汽蓄熱器投用后,鍋爐熱效率平均提高5%,以年用煤量16萬t計,年節(jié)煤0.8萬t,由此年節(jié)約燃料費164萬元。3.可少用1臺鍋爐,減少電費、維修費及人工費,省下的鍋爐還可用于生產擴大再生產所需要的蒸汽。另外,減少了鍋爐故障,降低了司爐工的勞動強度。3項目實施情況我公司實施的“運用蒸汽蓄熱器,優(yōu)化蒸汽供熱系統(tǒng)”節(jié)能技改項目于2006年12月完成投用,設備