冷凝水回收在輪胎生產企業(yè)的應用

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

2 輪胎生產中蒸汽的應用

蒸汽在輪胎生產中必不可少，以天津某半鋼子午胎生產企業(yè)為例，全廠配置多臺燃氣蒸汽鍋爐，生產2.0MPa蒸汽，經減溫減壓后轉化為4個壓力等級蒸汽供全廠生產生活使用。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和1臺小壓延機間接加熱，密煉機僅在開車時預熱設備使用，當設備升溫到60℃在投料后橡膠經過機械碾壓產生物理熱量后停止供蒸汽，而后采用循環(huán)冷卻水調節(jié)和降低設備溫度來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氣蒸汽硫化，硫化工序消耗的蒸汽包括1.0MPa和1.7MPa兩個壓力等級。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，吹入時間一般持續(xù)2-8min，待蒸汽充入量可確保硫化周期結束前膠囊內溫度不低于150℃即可。接著，立即將作為保壓介質的氮氣充入膠囊，以保證硫化全過程所需壓力。硫化結束后將混合氣體排出、開模。整個硫化過程中，1.0MPa蒸汽未與輪胎直接接觸，其冷凝水無污染，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，會造成巨大的熱損失。而由于蒸汽壓力等級的不同，其換熱后的冷凝水余熱品位亦存在差別，如果簡單的混合回收，無法體現(xiàn)不同品位余熱的有效利用。應選取不同的回收方式，根據(jù)全廠用熱點需求，有針對性的進行余熱分配。

3 蒸汽冷凝水余熱回收技術方法的選擇

企業(yè)輪胎生產過程中蒸汽使用后包括無污染冷凝水和有污染乏汽兩部分，無污染冷凝水根據(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，可直接利用。無中、低壓熱用戶時，設中壓或低壓熱交換裝置，加熱其他工藝介質，以達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，可通過間接回收的方式對其余熱加以利用。

綜上，輪胎生產企業(yè)不同壓力等級蒸汽冷凝水回收方式如表1所示。

表1 不同壓力等級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120℃和143℃，鍋爐補水平均溫度一般為10-30℃，利用0.2MPa和0.4MPa蒸汽冷凝水作為鍋爐補給水,其余由純水系統(tǒng)補充。經實測，鍋爐給水溫度可達90-100℃，可有效節(jié)約燃氣消耗。

（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180℃，此部分冷凝水通過閃蒸回收系統(tǒng)與分汽包2.0MPa蒸汽混合，達到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

來自鍋爐分汽包的2.0MPa高壓蒸汽進入噴射泵噴嘴，由于流通截面積逐漸變小，蒸汽的壓力勢能逐漸轉化為動能，壓力逐漸降低。在噴嘴出口達到極高的速度（超音速），使蒸汽壓力降低到低壓乏汽壓力以下，形成局部相對負壓，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行能量交換，形成一股穩(wěn)定高速汽流進入擴壓室，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)硫化工序距離動力站較遠，在硫化車間附近就近設置節(jié)能罐，回收此部分冷凝水余熱，因為利用的乏汽為硫化產生，所以對乏汽壓力有嚴格要求，如果壓力過高則會對生產和質量造成直接影響和損失。因此在節(jié)能罐的兩個排空閥中一個味電動調節(jié)閥與機組電動調節(jié)閥聯(lián)動，另一個為啟動調節(jié)閥V1，當出現(xiàn)突然停電機組不運行時，乏汽不能正常排空，V1失電，啟動執(zhí)行打開閥門排空乏汽，達到保證設備和生產安全的目的[4][5]。

4 余熱回收節(jié)能量計算

4.1 冷凝水回收節(jié)能量計算

0.2 MPa和0.4MPa蒸汽經換熱后轉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，降低燃氣消耗量。冷凝水回收節(jié)能量計算如表2所示。

表2 冷凝水回收節(jié)能量計算

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)能量計算

將1.0MPa蒸汽冷凝水產生的閃蒸汽（0.3MPa-0.4MPa）,通過蒸汽噴射泵與分汽包2.0MPa的蒸汽進行混合，通過氣動調節(jié)閥進行壓力調節(jié)，供各用汽點使用。

1.0 MPa高壓蒸汽經過硫化設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)約天然氣燃燒產生的蒸汽量6344t，折合天然氣57萬Nm3?？蓽p少鍋爐煙氣排放647.52萬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)能量計算

輪胎硫化用1.7MPa蒸汽在使用過程中與輪胎接觸，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，通過板式換熱器實現(xiàn)間接換熱供全廠用熱點使用。

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)律實現(xiàn)梯級利用。全廠主要用熱點如表3所示。

表3 某輪胎生產企業(yè)全廠用熱需求

根據(jù)表3，對乏汽余熱進行合理分配，在全廠范圍內實現(xiàn)梯級利用，如圖3所示。

圖3 乏汽余熱的梯級利用

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m3/年，減少NOX排放1052.14kg/年，減少顆粒物排放66.78kg/年。

結語

企業(yè)根據(jù)輪胎生產過程中使用蒸汽的品位，合理統(tǒng)籌全廠用熱點，對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，實現(xiàn)了蒸汽冷凝水余熱的梯級利用，有效地滿足了各能點的需求，提高了熱能利用效率。

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

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

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

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

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