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尾气冷凝水循环装置
中国纸业网造纸厂设备:2018-1-10 23:26:14 造纸机械|卫生纸机|铜版纸|瓦楞纸|来自浆纸技术。尾气冷凝水循环装置
  专利公布号:CN 107151937 A

     发明人:李明辉 刘滨朝

 

      申请人:陕西科技大学


纸机干燥部封闭气罩中湿热空气的滞留,会降低纸页蒸发水分带走的能力,导致干燥速率因蒸发率的减少而出现下降趋势,而将其直接排放到室外却又造成热量浪费。

提供一种尾气冷凝水循环装置,通过换热器的湿热蒸汽,产生的冷凝水和品质较低的热蒸汽,可以通过中央循环蒸发器和压缩机对蒸汽冷凝水进行循环利用,冷凝水蒸发过程中不需要外加蒸汽,仅用少量的电能来驱动压缩机来获得较多的热能,从而减少对外界热能的需求,将从气罩内排出的湿热蒸汽真正地做到能量利用最大化,具有结构简单、高效的特点。

图1  尾气冷凝水循环装置结构

1—可调热泵  2—换热器  3—干燥热空气出口  4—湿热蒸汽的出口  5—循环水泵一  6—加热室入口  7—循环水泵二  8—冷凝水排水阀  9—闪蒸罐  10—蒸汽压缩机  11—加热室  12—循环水泵三  13—蒸发室  14—喷头  15—中央循环蒸发器  16—喷嘴  17—气动操作阀

 

如图1所示,尾气冷凝水循环装置的换热器上端分别设置有湿热蒸汽进口与干燥冷空气进口,换热器下端分别设置有干燥热空气出口与湿热蒸汽出口;湿热蒸汽进口通过可调热泵与气罩的出气口相连,换热器底部的湿热蒸汽出气口通过循环水泵一连接在中央循环蒸发器的加热室入口上;进入加热室的气体一路进入蒸发室,另一路通过与中央循环蒸发器下方相连的闪蒸罐进入蒸汽压缩机,蒸汽压缩机出气口循环连接在加热室上;中央循环蒸发器由上至下依次设置有喷头、蒸发室和加热室;中央循环蒸发器底部产生的冷凝水通过循环水泵三连接在蒸发室上;中央循环蒸发器顶部通过管线连接可调热泵。可调热泵与气罩之间设置有热泵的喷嘴。可调热泵上设置有气动操作阀。闪蒸罐下方设置有冷凝水排水阀,冷凝水排水阀上安装有循环水泵二。

湿热蒸汽与中央循环蒸发器产生的二次蒸汽在可调热泵的作用下,对换热器中的干燥冷空气进行加热。换热器产生的干燥热蒸汽被送往纸机封闭的气罩内,而产生的高温冷凝水被送到中央循环蒸发器中进行循环使用。在中央循环蒸发器中的高温冷凝水通过蒸发室的加热蒸发成为二次蒸汽,剩余的冷凝水被排出中央循环蒸发器进入闪蒸罐进行汽液分离,并通过蒸汽压缩机提高其蒸汽的压力和温度,并用于加热从换热器来的高温冷凝水。

通过闪蒸罐和蒸汽压缩机对中央循环蒸发器产生的冷凝水进行循环蒸发。

通过蒸汽压缩机对闪蒸罐产生的品质较低的蒸汽进行体积压缩,从而快速地提高蒸汽的压力和温度,并且没有再次通入新鲜蒸汽而节省了热量。

中央循环蒸发器产生的二次蒸汽与从气罩内直接产生的湿热蒸汽在可调热泵中进行混合,并且当工况条件发生改变时,可通过气动操作阀去改变可调热泵的喷嘴处的横截面积,从而获得更大的引射系数。

循环尾气冷凝水蒸发装置中,在闪蒸罐内的冷凝水可通过冷凝水排水阀和循环水泵二送出到锅炉之中,来控制闪蒸罐内液位,从而保持闪蒸罐内汽液分离的效率。冷凝水排水阀进行去调节,循环水泵二进行细调节。

在传统的纸机封闭式气罩的换风装置里加入换热器,用湿热蒸汽去提升从外界吸入的干燥冷空气的品质和温度,通过换热器内蒸汽管道的布置将提升换热器换热效率,提高蒸汽直接的传导面积,使导热率最大化。

湿热蒸汽通过换热器后产生品质较低的湿热蒸汽以及冷凝水,由出口处的循环水泵一吸入中央循蒸发器加热室中。冷凝水通过蒸发,品质较高的蒸汽通过中央循环蒸发器进入蒸发室,进而成为二次湿热蒸汽;品质低的蒸汽和冷凝水通过闪蒸罐的汽水分离后进入蒸汽压缩机,压缩稀薄的蒸汽体积后其温度会随之提升,从而使低温低压的蒸汽变成高温高压的热蒸汽,使之能重新作为热源去加热需要被蒸发的冷凝水,从而达到循环利用蒸汽的目的。

中央循环蒸发器产生的冷凝水通过循环水泵,将蒸发器下部的冷凝水抽出,通过蒸发室内的喷头重新进入蒸发器加热室(位置)进行循环加热蒸发。

通过中央循环蒸发器的二次蒸汽进入因为压力和温度较低,需要加入可调热泵,通过可调热泵快速提升二次蒸汽的品质和压力,并且减少二次蒸汽直接混合,因为能量转换而产生的能量浪费。将从气罩来的湿热蒸汽通过可调热泵的喷嘴,湿热蒸汽流量速度瞬间提升,压力减小,在喷嘴出口处形成负压带。在此区域,压力和温度较小的二次蒸汽因为压力差被吸入可调热泵,高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽,用高压蒸汽的裕压来提高低压蒸汽的品质,混合后的蒸汽在恢复压力损失后,供给换热器加热新进入的干燥冷空气。

影响可调热泵的喷射系数的主要影响因素是纸机工况条件以及热泵自身的结构设计,当纸机工况条件发生改变时,工作蒸汽即气罩湿热蒸汽的压力提高,将会使热泵喷嘴处的负压减少,使得引射流体的能力降低;而当工作蒸汽降低时,不能形成有效的抽射能力,并且热泵出口处的压力相对较大,可能会导致热泵流体无法正常的工作。通过气动操作阀来推动连杆从而改变热泵喷嘴处截面积,来改变工作蒸汽通过喷嘴处的流体速度与压降,从而增加热泵的引射系数。

闪蒸罐的液位连锁,纸机工况发生改变时,气罩内产生的湿热蒸汽增多,大量的冷凝水进入闪蒸罐内,针对闪蒸罐内液体不易排放出去的特点,如果单用冷凝水排水阀来放出冷凝水的速度过慢,容易造成闪蒸罐内冷凝水过满,闪蒸效果降低等影响,而使用冷凝水泵变频控制,会造成水泵的频繁启停,容易造成设备的损坏。采用循环水泵二7和冷凝水排水阀连锁控制去避免这一不良因素。通过冷凝水排水阀通过PID对闪蒸罐内液位进行小范围调节,使得液位稳定在某一设定值;当纸机工况条件发生改变,闪蒸罐内液位急剧提升,达到液位上限时,将冷凝水排水阀PID调节调到手动,并使之达到全开状态,并且开启冷凝水泵,将闪蒸罐内液位快速地降低至下限后,停止循环水泵二工作,冷凝水排水阀PID调节调至自动,对闪蒸罐内液位进行微调节。

纸机封闭气罩内高温湿热蒸汽通过可调热泵的喷嘴处,因为速度的提升,压力的降低,使得喷嘴出口处形成负压的状态,引射蒸汽即通过中央循环蒸发器产生的二次蒸汽被吸入至可调热泵,在可调热泵的混合室进行压力,温度混合后,在扩散室通过蒸汽速度的降低来恢复压力的损耗,并进入到换热器的湿热蒸汽进气口。

工作原理:在换热器中,通过湿热蒸汽的加热,提高了从外界吸入的干燥冷空气的温度,并将加热后的干燥热空气吹入纸机的气罩中,来增加气罩内的温度以及降低湿度,从而提高纸机干燥纸页水分蒸发效率,从换热器湿热蒸汽的出口处,通过循环水泵一将换热器产生的冷凝水抽入到中央循环蒸发器的加热室。在加热室中,冷凝水被再次蒸发,汽水分离后的蒸汽成为二次湿热蒸汽,并流入可调热泵的引射室,而部分蒸发产生的冷凝水,离开加热室后进入闪蒸罐内,进行气液分离;部分冷凝水被循环水泵三抽入到中央循环蒸发器的蒸发室,对冷凝水进行循环蒸发。闪蒸罐内产生的二次蒸汽的品质太低,因而采用蒸汽压缩机,将二次蒸汽的体积减少,来增加蒸汽的压力和温度,从而再次通入中央循环蒸发器内,来蒸发冷凝水实现湿热蒸汽能量的循环利用。

有益效果:将气罩内的湿热蒸汽用于换热器,加热通过送风机补充气罩内新鲜干燥空气的热量和品质,提高了湿热蒸汽能量的使用率,并且降低了封闭气罩空气内的水分,提升了纸页蒸发速率,进而提高了纸机的生产能力和纸页干燥质量,通过换热器的湿热蒸汽,产生的冷凝水和品质较低的热蒸汽,可以通过中央循环蒸发器和压缩机对蒸汽冷凝水进行循环利用,冷凝水蒸发过程中不需要外加蒸汽,仅用少量的电能来驱动压缩机来获得较多的热能,从而减少对外界热能的需求,将从气罩内排出的湿热蒸汽真正地做到能量利用最大化。

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