胡學(xué)偉 余龍清 馬 鋒

（天津市聯(lián)合泰澤環(huán)境科技發(fā)展有限公司 天津 300000）

1 引言

蒸汽是生產(chǎn)、生活中常用的熱源，尤其在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛。蒸汽在各用汽設(shè)備中放出汽化潛熱后產(chǎn)生凝結(jié)水，而蒸汽熱量約有20%存在于凝結(jié)水中[1]。因此，回收凝結(jié)水的熱量，并加以有效利用，具有很大的節(jié)能潛力。

2 輪胎生產(chǎn)中蒸汽的應(yīng)用

蒸汽在輪胎生產(chǎn)中必不可少，以天津某半鋼子午胎生產(chǎn)企業(yè)為例，全廠配置多臺(tái)燃?xì)庹羝仩t，生產(chǎn)2.0MPa蒸汽，經(jīng)減溫減壓后轉(zhuǎn)化為4個(gè)壓力等級(jí)蒸汽供全廠生產(chǎn)生活使用。分別為0.2MPa——用于密煉溫控，0.4MPa——用于生活采暖；1.0MPa——用于硫化外壓；1.7MPa——用于硫化內(nèi)壓。各環(huán)節(jié)蒸汽具體作用如下。

密煉溫膠（0.2MPa）：0.2MPa飽和蒸汽主要用于密煉機(jī)和1臺(tái)小壓延機(jī)間接加熱，密煉機(jī)僅在開(kāi)車時(shí)預(yù)熱設(shè)備使用，當(dāng)設(shè)備升溫到60℃在投料后橡膠經(jīng)過(guò)機(jī)械碾壓產(chǎn)生物理熱量后停止供蒸汽，而后采用循環(huán)冷卻水調(diào)節(jié)和降低設(shè)備溫度來(lái)保持膠料工藝需求溫度，所以用蒸汽量較少，間歇使用。

生活采暖（0.4MPa）：0.4MPa蒸汽主要用于全廠的夏季制冷、冬季采暖及員工生活熱水。

硫化（1.0MPa/1.7MPa）：企業(yè)采用的硫化工藝為氮?dú)庹羝蚧?，硫化工序消耗的蒸汽包?.0MPa和1.7MPa兩個(gè)壓力等級(jí)。生胎入膜后，先用低壓蒸汽（1.0MPa）充入定型合模，接著以高壓蒸汽（1.4-1.7MPa）吹入膠囊，吹入時(shí)間一般持續(xù)2-8min，待蒸汽充入量可確保硫化周期結(jié)束前膠囊內(nèi)溫度不低于150℃即可。接著，立即將作為保壓介質(zhì)的氮?dú)獬淙肽z囊，以保證硫化全過(guò)程所需壓力。硫化結(jié)束后將混合氣體排出、開(kāi)模。整個(gè)硫化過(guò)程中，1.0MPa蒸汽未與輪胎直接接觸，其冷凝水無(wú)污染，1.7MPa蒸汽與輪胎接觸，冷凝水受到污染，不能直接回收。

以上蒸汽換熱后的冷凝水仍具有較高的熱值，如不采取回收措施直接排放，會(huì)造成巨大的熱損失。而由于蒸汽壓力等級(jí)的不同，其換熱后的冷凝水余熱品位亦存在差別，如果簡(jiǎn)單的混合回收，無(wú)法體現(xiàn)不同品位余熱的有效利用。應(yīng)選取不同的回收方式，根據(jù)全廠用熱點(diǎn)需求，有針對(duì)性的進(jìn)行余熱分配。

3 蒸汽冷凝水余熱回收技術(shù)方法的選擇

企業(yè)輪胎生產(chǎn)過(guò)程中蒸汽使用后包括無(wú)污染冷凝水和有污染乏汽兩部分，無(wú)污染冷凝水根據(jù)其疏水壓力，一般采用的回收方式如下：

用汽設(shè)備疏水壓力在0.15-0.6MPa之間，多數(shù)采用增壓回收方式回收冷凝水。

用氣設(shè)備冷凝水壓力大于0.6MPa,采用高壓、中壓回收系統(tǒng)閃蒸汽，閃蒸汽供中壓或低壓用汽設(shè)備。閃蒸量小于或等于中低壓熱用戶蒸汽使用量，具有相同使用周期時(shí)，可直接利用。無(wú)中、低壓熱用戶時(shí)，設(shè)中壓或低壓熱交換裝置，加熱其他工藝介質(zhì)，以達(dá)到相同的熱能利用效果。采用噴射熱泵方式，增壓增量利用[2]。

有污染乏汽不能直接回收，但這部分乏汽年耗量大，直接排放熱損失較大，可通過(guò)間接回收的方式對(duì)其余熱加以利用。

綜上，輪胎生產(chǎn)企業(yè)不同壓力等級(jí)蒸汽冷凝水回收方式如表1所示。

表1 不同壓力等級(jí)蒸汽冷凝水回收方式

（1）密煉溫控和全廠生活用蒸汽壓力分別為0.2MPa和0.4MPa,換熱后疏水溫度可達(dá)120℃和143℃，鍋爐補(bǔ)水平均溫度一般為10-30℃，利用0.2MPa和0.4MPa蒸汽冷凝水作為鍋爐補(bǔ)給水,其余由純水系統(tǒng)補(bǔ)充。經(jīng)實(shí)測(cè)，鍋爐給水溫度可達(dá)90-100℃，可有效節(jié)約燃?xì)庀摹?/p>

（2）硫化工藝用于定型合模的為1.0MPa蒸汽，換熱后其疏水高達(dá)180℃，此部分冷凝水通過(guò)閃蒸回收系統(tǒng)與分汽包2.0MPa蒸汽混合，達(dá)到0.4MPa供全廠生活及制冷采暖使用。高壓閃蒸汽回收系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 高壓閃蒸汽回收系統(tǒng)圖

來(lái)自鍋爐分汽包的2.0MPa高壓蒸汽進(jìn)入噴射泵噴嘴，由于流通截面積逐漸變小，蒸汽的壓力勢(shì)能逐漸轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，壓力逐漸降低。在噴嘴出口達(dá)到極高的速度（超音速），使蒸汽壓力降低到低壓乏汽壓力以下，形成局部相對(duì)負(fù)壓，將0.4MPa閃蒸汽抽吸到混合室。高壓蒸汽和閃蒸汽相互混合并進(jìn)行能量交換，形成一股穩(wěn)定高速汽流進(jìn)入擴(kuò)壓室，輸出工藝所需壓力[3]。

（3）硫化工藝用于硫化的為1.7MPa蒸汽，換熱后其疏水高達(dá)204℃，此部分蒸汽與輪胎接觸，其冷凝水不能直接回用。企業(yè)硫化工序距離動(dòng)力站較遠(yuǎn)，在硫化車間附近就近設(shè)置節(jié)能罐，回收此部分冷凝水余熱，因?yàn)槔玫姆ζ麨榱蚧a(chǎn)生，所以對(duì)乏汽壓力有嚴(yán)格要求，如果壓力過(guò)高則會(huì)對(duì)生產(chǎn)和質(zhì)量造成直接影響和損失。因此在節(jié)能罐的兩個(gè)排空閥中一個(gè)味電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與機(jī)組電動(dòng)調(diào)節(jié)閥聯(lián)動(dòng)，另一個(gè)為啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1，當(dāng)出現(xiàn)突然停電機(jī)組不運(yùn)行時(shí)，乏汽不能正常排空，V1失電，啟動(dòng)執(zhí)行打開(kāi)閥門排空乏汽，達(dá)到保證設(shè)備和生產(chǎn)安全的目的[4][5]。

4 余熱回收節(jié)能量計(jì)算

4.1 冷凝水回收節(jié)能量計(jì)算

0.2 MPa和0.4MPa蒸汽經(jīng)換熱后轉(zhuǎn)化成的冷凝水直接回用送至除氧器，用作鍋爐給水，可提高鍋爐給水溫度，降低燃?xì)庀牧俊＠淠厥展?jié)能量計(jì)算如表2所示。

表2 冷凝水回收節(jié)能量計(jì)算

根據(jù)表2，冷凝水回收全年可回收余熱4646.28GJ，年節(jié)約天然氣13.62萬(wàn)Nm3/年，可減少鍋爐煙氣排放154.72m3/年，減少NOx排放129.19kg/年，減少顆粒物排放8.2 kg/年。

4.2 高壓閃蒸汽回收節(jié)能量計(jì)算

將1.0MPa蒸汽冷凝水產(chǎn)生的閃蒸汽（0.3MPa-0.4MPa）,通過(guò)蒸汽噴射泵與分汽包2.0MPa的蒸汽進(jìn)行混合，通過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，供各用汽點(diǎn)使用。

1.0 MPa高壓蒸汽經(jīng)過(guò)硫化設(shè)備后成為飽和冷凝水，壓力為1.0MPa，溫度為180℃，飽和冷凝水與0.4MPa閃蒸罐連接，該壓力下冷凝水的熱量為604.72kJ/kg。

1.0 MPa壓力下冷凝水中的熱量q1=762.68kJ/kg

0.4 MPa壓力下冷凝水所能攜帶的最大熱量q2=604.72kJ/kg

0.4 MPa壓力下冷凝水中多余的熱量q3=762.68-604.72=157.96kJ/kg

0.4 MPa壓力下汽化潛熱q4=2133.34kJ/kg

閃蒸比=157.96/2133.34=7.4%

企業(yè)年消耗1.0MPa高壓蒸汽85732t,則全年閃蒸蒸汽量為85732×7.4%=6344t。

即全年可節(jié)約天然氣燃燒產(chǎn)生的蒸汽量6344t，折合天然氣57萬(wàn)Nm3?？蓽p少鍋爐煙氣排放647.52萬(wàn)m3/年，減少NOX排放540.68kg/年，減少顆粒物排放34.32kg/年。

4.3 乏汽余熱回收節(jié)能量計(jì)算

輪胎硫化用1.7MPa蒸汽在使用過(guò)程中與輪胎接觸，不能直接回用，但這部分蒸汽換熱后的乏汽高達(dá)204℃，且企業(yè)1.7MPa蒸汽年用量較大，因此考慮將此部分乏汽余熱引至硫化工序附近節(jié)能罐，通過(guò)板式換熱器實(shí)現(xiàn)間接換熱供全廠用熱點(diǎn)使用。

1.7 MPa蒸汽使用后乏汽焓值為871.89KJ/kg，企業(yè)全年1.7MPa蒸汽用量為38679t，則全年可回收乏汽余熱為：

871.89 KJ/kg×38679t=33724GJ

乏汽余熱的品位較高，可根據(jù)全廠不同季節(jié)的用熱規(guī)律實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用。全廠主要用熱點(diǎn)如表3所示。

表3 某輪胎生產(chǎn)企業(yè)全廠用熱需求

根據(jù)表3，對(duì)乏汽余熱進(jìn)行合理分配，在全廠范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用，如圖3所示。

圖3 乏汽余熱的梯級(jí)利用

綜上，全年可回收乏汽余熱33724GJ，年可節(jié)約天然氣110.92Nm3/年，可減少鍋爐煙氣排放1260.05萬(wàn)m3/年，減少NOX排放1052.14kg/年，減少顆粒物排放66.78kg/年。

結(jié)語(yǔ)

企業(yè)根據(jù)輪胎生產(chǎn)過(guò)程中使用蒸汽的品位，合理統(tǒng)籌全廠用熱點(diǎn)，對(duì)不同品位的蒸汽余熱采取了不同的回收方式，并統(tǒng)籌全廠用熱需求，合理分配余熱，實(shí)現(xiàn)了蒸汽冷凝水余熱的梯級(jí)利用，有效地滿足了各能點(diǎn)的需求，提高了熱能利用效率。

[1]章建華，王偉，金蘊(yùn)智，周宇.蒸汽熱力系統(tǒng)冷凝水及乏汽回收實(shí)踐與分析[J].節(jié)能，2011，(7)，99-100.

[2]張麗潔，楊晚生.空調(diào)系統(tǒng)冷凝水的回收利用分析[J].建筑節(jié)能，2011，(8)，14-15.

[3]高陽(yáng)，王晟.蒸汽噴射泵、噴射式混合加熱器的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2012，(8)，10-12.

[4]孫慶民，何燕.橡膠輪胎企業(yè)中余熱回收技術(shù)探討[J].橡塑技術(shù)與裝備，2014,(9)，59-60.

[5]李繼順，張占興.輪胎硫化余熱的回收與利用[J].橡塑技術(shù)與裝備，2014，(13)，48-50.