藥企蒸汽余熱回收研究

方自廣

(國(guó)藥集團(tuán)國(guó)瑞藥業(yè)有限公司， 安徽 淮南 232001)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展進(jìn)入大量消耗能源階段，不管是大中型企業(yè)還是微型企業(yè)，我國(guó)各類型企業(yè)幾乎都面臨能源緊缺問(wèn)題，而能源緊缺又致使能源價(jià)格上漲，高昂的運(yùn)轉(zhuǎn)成本極大地影響著企業(yè)的健康發(fā)展。同時(shí)，在生態(tài)發(fā)展的大背景下，如何在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)，也是企業(yè)面臨的難題。因此，如何節(jié)能環(huán)保、降低運(yùn)轉(zhuǎn)成本是現(xiàn)代企業(yè)必須思考的課題，制藥企業(yè)也不例外。

一、制藥企業(yè)蒸汽余熱的回收的價(jià)值

充分回收并再利用好生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱資源，對(duì)與企業(yè)來(lái)說(shuō)，不僅能夠有效節(jié)約資源，而且還能實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)義務(wù)，有著非常重要的意義。一方面，制藥企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽余熱，通過(guò)回收設(shè)備形成的凝結(jié)水，是處置過(guò)的軟化水，接近蒸餾水的水質(zhì)，一般不需要處置可直接回收進(jìn)鍋爐再使用，而這些高溫凝結(jié)水的循環(huán)使用不僅可以大量節(jié)約水資源的使用，還相對(duì)減少了天然氣、煤炭等燃料資源以及電力資源等的使用，實(shí)質(zhì)上是減少了企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，因此具有蒸汽余熱較高可利用價(jià)值，是一個(gè)潛力很大的余熱資源。另一方面，做好蒸汽余熱的回收與再利用工作，減少了可能含有污染物的余熱熱能的肆意排放，能有效減少對(duì)周圍環(huán)境的污染，一定程度上起到美化環(huán)境的作用；同時(shí)，減少熱能的無(wú)規(guī)則、無(wú)秩序排放，還能減少對(duì)周邊動(dòng)植物，甚至是對(duì)人類的損害，降低安全事故發(fā)生率?？傊?，做好蒸汽余熱的回收與再利用工作，不僅能降低企業(yè)各類產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還能保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，提高企業(yè)的社會(huì)影響力，助力制藥企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙贏。

二、制藥企業(yè)蒸汽余熱回收存在的問(wèn)題

由于思想上對(duì)蒸汽余熱回收與再利用的重要性認(rèn)識(shí)不足，以及缺乏節(jié)能觀念與節(jié)能管理人才，許多建廠較早的制藥企業(yè)在建廠初期未安裝蒸汽余熱回收裝置或安裝的回收設(shè)備回收方式較為落后，因而整體回收效果并不理想。隨著時(shí)代發(fā)展，越來(lái)越多的制藥企業(yè)充分認(rèn)識(shí)到做好蒸汽余熱回收與再利用工作的重要性，紛紛安裝了回收與再利用設(shè)備。但總體來(lái)看，盡管投入很大，實(shí)際效果卻仍不理想，深入探究下來(lái)，主要問(wèn)題出在回收與再利用系統(tǒng)的設(shè)備使用上。

(一) 換熱設(shè)備違反規(guī)定，未安裝蒸汽疏水閥

蒸汽疏水閥是蒸汽系統(tǒng)和冷凝水系統(tǒng)的一個(gè)物理分割點(diǎn)，也是這兩個(gè)系統(tǒng)的壓力分割點(diǎn)，主要用來(lái)提高蒸汽系統(tǒng)換熱的穩(wěn)定性。蒸汽疏水閥工作是否可靠，不僅影響換熱設(shè)備效率，也影響冷凝水系統(tǒng)的安全可靠。蒸汽疏水閥泄漏將導(dǎo)致冷凝水回收系統(tǒng)背壓的波動(dòng)，造成冷凝水排放和回收困難，也易導(dǎo)致水錘、振動(dòng)、噪音等問(wèn)題。因此，疏水閥是否高效影響著換熱器的熱輸出能力和加熱效率。但當(dāng)前部分藥機(jī)企業(yè)違反了《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》，生產(chǎn)的換熱設(shè)備沒(méi)有安裝疏水器，而制藥企業(yè)也沒(méi)有嚴(yán)格對(duì)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法進(jìn)行蒸汽的回收再利用。

(二) 換熱設(shè)備疏水閥存在泄漏嚴(yán)重、堵塞或旁通閥常開(kāi)等問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)疏水閥主要有兩大類：熱動(dòng)力型和機(jī)械型，使用效果普遍不理想。熱動(dòng)力型疏水器，由于結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理原因，水、汽同排，誤動(dòng)作多，無(wú)水情況下也會(huì)排汽，造成大量生蒸汽的浪費(fèi)，泄漏率達(dá)到6 %～10 %，且易損壞，使用壽命短。機(jī)械型疏水閥(如杠桿全浮球、倒吊桶等)也因設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題，在使用時(shí)極易受到磨損，久之就會(huì)導(dǎo)致?lián)p害，造成蒸汽泄漏，大致來(lái)說(shuō)，泄漏率在3 %～6 %之間。因此，蒸汽余熱回收設(shè)備必須選擇好的疏水器，這對(duì)于節(jié)約蒸汽非常重要。另外，有的制藥企業(yè)使用的換熱設(shè)備雖安裝了疏水器，但是操作人員為升溫快會(huì)把旁通打開(kāi)，導(dǎo)致蒸汽不經(jīng)過(guò)疏水器直接從旁通流走，形成蒸汽浪費(fèi)。

(三) 采用開(kāi)式水箱回收高溫冷凝水，導(dǎo)致低壓蒸汽和乏汽利用率較低

第一，開(kāi)式水箱設(shè)計(jì)的排氣口無(wú)過(guò)濾裝置，是與大自然界直接連通的，形成的凝結(jié)水在水箱里會(huì)因氣壓下降二次產(chǎn)生大量閃蒸汽；而汽化潛熱又使攜帶大量高品質(zhì)熱能的二次汽排到大自然然中，既造成大量能源浪費(fèi)也造成許多優(yōu)質(zhì)水資源浪費(fèi)。而且這種形式的蒸汽直接對(duì)著大自然排放，每日煙霧繚繞，不僅影響制藥企業(yè)的良好形象，有時(shí)還可能會(huì)造成熱污染，產(chǎn)生安全事故。第二，開(kāi)式水箱凝結(jié)水泵易汽濁，故設(shè)計(jì)的容積都很大，以便充分降低凝結(jié)水溫度，但這樣又進(jìn)一步造成熱能被浪費(fèi)；另外，開(kāi)式水箱的凝結(jié)水泵與水箱是分開(kāi)設(shè)計(jì)安裝的，所以開(kāi)式水箱整體占地面積很大。第三，開(kāi)式水箱與大自然界直通，導(dǎo)致原本已除氧的凝結(jié)水會(huì)再次溶氧，不但水箱和凝結(jié)水管路會(huì)因氧腐蝕縮短使用壽命，而且無(wú)形中增加了后續(xù)除氧成本。另外，部分企業(yè)使用的蒸汽回收系統(tǒng)多為動(dòng)態(tài)兩相流，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中形成的水擊強(qiáng)度很大，經(jīng)常造成設(shè)備和蒸汽管道產(chǎn)生劇烈的震動(dòng)，存在明顯的安全隱患。

三、提高制藥企業(yè)蒸汽余熱回收的措施

(一) 使用回收效率較高的閉式回收方式

市場(chǎng)上常見(jiàn)的蒸汽余熱回收方式主要有三種，開(kāi)式回收方式、無(wú)泵回收方式與閉式回收方式，通過(guò)比較這三種回收方式的優(yōu)缺點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，使用閉式回收方式其投資能迅速得到有效回收，滿足制藥企業(yè)節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益雙贏目標(biāo)，因此制藥企業(yè)應(yīng)采用閉式回收方式。閉式回收有三種形式：熱泵回收、壓縮機(jī)回收和高溫閉式回收。熱泵回收、壓縮機(jī)回收是在水泵沒(méi)有解決汽蝕問(wèn)題前出現(xiàn)的產(chǎn)品，熱泵回收可以實(shí)現(xiàn)二次蒸汽的回收利用，適用于用熱設(shè)備有不同壓力與有溫度參數(shù)要求的場(chǎng)合，如造紙(有溫度曲線要求)、化工(有不同加熱溫度要求)等；壓縮機(jī)回收是用機(jī)械的技術(shù)解決流體的問(wèn)題，應(yīng)用場(chǎng)合受影響，主要用于用熱設(shè)備是單一參數(shù)的場(chǎng)合，如紙板線等。高溫閉式回收由回收主機(jī)、回收附件組成，可以應(yīng)用不同的場(chǎng)合，適應(yīng)性最強(qiáng)，穩(wěn)定性最佳，回收率最高。 回收主機(jī)內(nèi)帶有消汽蝕裝置，徹底解決了水泵汽蝕問(wèn)題，能把100 ℃～180 ℃的冷凝水直接送往鍋爐，造價(jià)也最高?；厥崭郊ā皽p壓器”“共網(wǎng)器”“集中疏水器”“自力提升器”“消音器”“汽水分離器”等?；厥罩鳈C(jī)的形式有多種，但基本原理差別不大，都具有消汽蝕功能，使用電能做動(dòng)力。只是在設(shè)備外型、體積、價(jià)格(同配置有關(guān))、是否保溫與控制系統(tǒng)等方面存在不同。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，回收主機(jī)體積越小越好，具有保溫與變頻控制功能更佳(連續(xù)給省煤器供水，可提高省煤器效率，減少鍋爐排煙熱損失)。

(二) 制定可靠的回收方案

選擇合適的蒸汽余熱回收方式只是第一步，要想實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，達(dá)成經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙贏局面，制藥企業(yè)還應(yīng)制定出可靠的回收方案。

1.方案設(shè)計(jì)。首先，按照企業(yè)實(shí)際情況選用合適的機(jī)組。根據(jù)上述問(wèn)題分析，建議制藥企業(yè)應(yīng)使用蒸汽雙效型或熱水型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組。作為高真空設(shè)備，機(jī)組的連接件、焊接處如遇外力很容易導(dǎo)致使用問(wèn)題。因此，制藥企業(yè)在使用該機(jī)組必須嚴(yán)格按照藥機(jī)企業(yè)的產(chǎn)品說(shuō)明書的要求運(yùn)輸、拆裝，在此過(guò)程中絕對(duì)不可有敲打、碰撞等行為。其次，選擇安裝使用壽命長(zhǎng)、節(jié)約效果好、容易清洗、體積小且安裝費(fèi)用低的汽水換熱器。市場(chǎng)上換熱器型號(hào)很多，如管殼式、列管式、板式等，而若要做好蒸汽余熱回收，制藥企業(yè)應(yīng)采用汽水換熱器設(shè)備。所謂汽水換熱器，即能夠?qū)⒓自O(shè)備蒸汽里富含的熱量交換到乙設(shè)備水中并使水溫升高的設(shè)備，本是板式換熱器在供暖方面的一個(gè)重要應(yīng)用。使用汽水換熱器，蒸汽充分加熱后可以凝結(jié)成為符合上述選用的熱水機(jī)組工作溫度要求的熱水，并為熱水型吸收式機(jī)組提供熱源。

2.方案優(yōu)勢(shì)。首先，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益目的。凝結(jié)水本質(zhì)上是一種高溫水，當(dāng)高溫蒸汽溫度降低釋放其潛熱能量而轉(zhuǎn)變?yōu)槟Y(jié)水狀態(tài)時(shí)，部分潛熱能量仍保留在凝結(jié)水中，如肆意把這種凝結(jié)水排放掉，將浪費(fèi)約四分之一的總余熱能量，而在具體工作時(shí)，很可能還需要燃燒更多的燃料加熱低溫的補(bǔ)充水來(lái)彌補(bǔ)這些浪費(fèi)掉的熱能。工廠生產(chǎn)所需熱水與冬季供暖循環(huán)系統(tǒng)熱水溫度一般在40 ℃～50 ℃之間，而作為高溫水，凝結(jié)水的溫度遠(yuǎn)高于50 ℃。高溫凝結(jié)水含有大量潛在可利用熱能，利用上述設(shè)計(jì)方案加以充分回收再利用，可提高企業(yè)采暖與熱水循環(huán)系統(tǒng)中的回水溫度，回水溫度提高了，蒸汽的使用量自然相應(yīng)減少，進(jìn)而與生產(chǎn)蒸汽有關(guān)的能源，如天然氣、煤炭、水電等自然也隨之減少。其次，達(dá)成環(huán)保社會(huì)效益目的。企業(yè)鍋爐燃燒多使用煤炭等，排放的煙氣中含有不少有害氣體，如NOX、SOX、VCOX等，環(huán)境污染大，一直是民眾詬病之處。實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，減少了煤炭等鍋爐燃料的使用，很明顯也就減少了上述有害氣體或溫室氣體的排放。企業(yè)廢氣排放量得到有效降低，既能改善當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量，也能有效提升企業(yè)形象，實(shí)現(xiàn)環(huán)保社會(huì)效益。

3.設(shè)計(jì)方案的注意事項(xiàng)。使用熱回收冷水機(jī)組時(shí)，一是消毒管道上不能留冷風(fēng)口，以保證消毒管道溫度。換熱器要安裝在離消毒管道出口最近、溫度最高的地方，因?yàn)樵浇鼫囟仍礁邠Q熱效果越好。二是必須保證熱回收冷水機(jī)組在制冷工況下的正常運(yùn)行，冷凝熱的回收是有條件的，要綜合考慮制冷量和熱回收量之間的關(guān)系。三是為了防止熱回收換熱器中的水產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，應(yīng)該對(duì)自來(lái)水的進(jìn)水進(jìn)行軟化處理?？梢赃x用電子除垢器、電子水處理儀、靜電水處理儀等不改變水的成分的物理方法，做到既簡(jiǎn)便又安全。四是應(yīng)注意飲用水的加熱不宜采用冷凝熱，因?yàn)橐坏┌l(fā)生制冷劑泄漏事故水質(zhì)將收到嚴(yán)重污染，而且當(dāng)水溫升高時(shí)，水中的細(xì)菌繁殖能力增強(qiáng)可能使細(xì)菌數(shù)量超標(biāo)等。

四、制藥企業(yè)蒸汽余熱回收實(shí)例

為檢測(cè)以上設(shè)計(jì)方案的可行性，下面以某企業(yè)的實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。第一，方案設(shè)計(jì)。按上述設(shè)計(jì)方案，某制藥企業(yè)根據(jù)目前所需采暖與熱水循環(huán)換熱面積，在7.2 m3的地下蒸汽凝結(jié)水池中設(shè)計(jì)安裝了2套汽水換熱器，這兩套汽水管板換熱器的換熱面積一個(gè)為50 m2(DN80)，另一個(gè)為30 m2(DN50)，達(dá)到所需換熱面積的三倍，分別應(yīng)用于企業(yè)的生產(chǎn)區(qū)采暖系統(tǒng)與熱水循環(huán)系統(tǒng)回水管道加熱。為防止換熱器堵塞，在地下蒸汽凝結(jié)水池最低點(diǎn)及地面以上設(shè)置安裝了排污閥，在遇到緊急情況時(shí)，可通過(guò)關(guān)閉進(jìn)出閥門、打開(kāi)旁通閥方式，切斷換熱器與有關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)維持系統(tǒng)循環(huán)需求、保障采暖(或生產(chǎn)熱水)正常運(yùn)行目的。第二，企業(yè)投資回報(bào)率。安裝2臺(tái)汽水換熱器全部工程造價(jià)為17.4萬(wàn)元，安裝之后企業(yè)每年節(jié)能天然氣1.4萬(wàn)m3、電2 066 kW/h、水125 t，設(shè)備使用3年節(jié)約的能源即可抵消全部投資，后續(xù)使用所節(jié)約能源轉(zhuǎn)化為凈收益。第三，環(huán)境保護(hù)與社會(huì)效益。年均減少大氣污染物煙塵4 kg、二氧化硫8.82 kg、氮氧化物47.6 kg、廢氣14.34萬(wàn)m3。綜上可見(jiàn)，此設(shè)計(jì)方案有具有一定的可行性。

五、結(jié)語(yǔ)

快速發(fā)展促使我國(guó)能源消費(fèi)量大幅增加，為保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速健康發(fā)展，必須合理有效利用能源，不斷提高能源利用率。制藥廠蒸汽余熱的回收再利用及其設(shè)備管理能夠降低生產(chǎn)成本、提高利潤(rùn)、減少能耗與污染物排放，對(duì)其提高現(xiàn)代化管理水平、躋身競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)際市場(chǎng)作用不可忽視。做好余熱能量的回收與再利用，不但有助于企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙贏，對(duì)我國(guó)資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)也具有積極意義。