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无菌冷灌装生产线冷凝水回收系统设计
时间:2018/1/2    作者:编辑:陈露    文章来源:廊坊百冠包装机械有限公司/于 辉

无菌冷灌装生产线中,蒸汽的消耗是能源消耗的重要一项,通常用热设备只利用了蒸汽气化的潜热,释放热量的蒸汽还原成同温的饱和水,即拥有显热的冷凝水被排出用热设备。冷凝水不但水质好而且含有大约20%热量,如果不回收,不但损失热量,同时也增加化学水处理费用,增加锅炉排污量及由此增加的煤或天然气的费用,因此回收冷凝水是一项重要的节能措施。

无菌冷灌装系统中用热设备共6台,即无菌型UHT物料杀菌机、无菌水制备、消毒液制备、无菌系统转换阀岛、CIP清洗中心、无菌灌装组合机。由表1可知UHT物料杀菌机、无菌水制备设备、消毒液制备、CIP中心为蒸汽使用量较大的设备,并且回收压力全部高于2.0kg/cm2;无菌系统转换阀岛屏障用蒸汽压力为0.2kg/cm2;无菌灌装组合机在CIP清洗后用洁净蒸汽高温消毒,考虑到此处产生的冷凝水水质不稳定,故无菌组合机冷凝水回收设计为不回收。

一、方案设计

冷凝水回收方式和回收设备的选择,是本项目能否达到预期的冷凝水回收效率,并保证用热设备正常运行的关键一步。首先,必须准确地掌握冷凝水回收系统中的冷凝水量,若冷凝水量计算不正确,会造成冷凝水管管径选得过大或过小。其次,要正确掌握各用热设备的冷凝水温度和疏水器的背压压力,回收系统采用何种方式、何种设备、如何布置管网,都和冷凝水的压力温度有关。第三,冷凝水回收系统疏水阀的选择也是应该注意的内容,疏水阀选型不妥,会影响冷凝水回收利用时的压力和温度,亦影响整个回收系统的正常运行。另外,由于本项目设计安装在广州某大型乳品厂,作为乳品生产的食品加工企业,对车间的卫生和生产工艺的连续性有着严格的要求,这就要求该冷凝水回收系统必须具备安全、可靠、运行简便,稳定的特点。同时,由于该乳品厂原来安装的用热设备已经做了冷凝水回收,这就要求设计时尽量少改动或不改动原来的回收管线,新增设备要做到体积小,安装简便,并且能够实现节水、节能的效果。

在系统选择时既要考虑冷凝水的回收效率,还要考虑项目实施的经济性,也就是在考虑余热利用效率的同时,还要考虑初始的投入成本。结合表2的冷凝水统计数据,通过查阅资料,冷凝水回收方式归类有两种,即开式回收方式和闭式回收方式。由于闭式回收系统的运行效率较高,环境污染少,输送距离长,并且本案中无菌冷灌装系统中的UHT物料杀菌机、无菌水制备、消毒液制备、CIP清洗中心、蒸汽主管路汽水分离器的冷凝水回水压力均高于2.0kg/cm2,并结合该乳品厂的车间布局,新增无菌灌装生产线安装于车间的二楼,锅炉与用热设备的距离在1000米以内,所以在本方案中闭式回收方式被优先选用。由于无菌系统转换阀岛的蒸汽供汽压力只有0.2kg/cm2,冷凝水量小,并且疏水器出口背压压力较其它疏水器小很多,所以此处冷凝水设计为不回收。

二、系统配置

根据以上参数,按照图1进行方案设计,系统配置如表3。在系统设计时注意到,当不同工艺的冷凝水都进入回收系统时,由于系统背压的不同会发生低压冷凝水回水不畅的问题,为杜绝此现象的发生,在本方案中疏水器后面都安装了单向阀,疏水器的工作压力在4.5-2.0kg/cm2冷凝水可正常回收;冷凝水管道输送过程中如存在汽水两相共存现象,就容易发生汽阻、水击等不安全问题,使冷凝水的实际输送能力大大降低。产生这个问题的主要原因是蒸汽冷凝液降压过程中产生闪蒸,解决的办法是合理设计冷凝水回收管道的管径和压力。本方案管径设计时要同时考虑用户原有设备的冷凝水回收量,通过计算主冷凝水回水采用了DN200的不锈钢管道,并且做了有效隔热保温,系统运行中没有产生上述问题;由于本案中的用热设备全部安装于工厂的二楼,冷凝水可通过自流方式回到锅炉,整个系统中没有泵。冷凝水回水管路分别进入除氧器和锅炉软水箱,除氧器内设有液位自动控制装置,当除氧器中的液位低于程序设定高位时,冷凝水通过AV1进入除氧器,再由泵输送到锅炉本体内;反之当液位达到高位时,则AV2打开AV1关闭,冷凝水进入锅炉软水箱。为了防止个别设备的疏水器漏气严重造成整个冷凝水回收系统的背压升高,影响系统平衡,系统设计时在每个疏水器后装有电接点压力表,背压压力超过设定值时系统会自动报警,增加系统运行的安全性。

三、总结

密闭式冷凝水回收系统,即用热设备排放的冷凝水经架空保温管道集中回到密闭集中水罐中,然后利用高温冷凝水综合回收装置将100℃以上的软化水直接输入给锅炉,组成一个从供汽到冷凝水回收的密闭循环系统。在密闭回收系统设计时需注意,一是管道布设,如果没有泵,在冷凝水总管上是不允许有爬高的。二是根据冷凝水量计算管径。因为0.8MPa冷凝水会闪蒸,闪蒸率大概是10%左右。要根据闪蒸汽量计算管径。如果管径小了,可能造成水击,产生气阻。

项目实施后通过现场测量,冷凝水回收时的平均温度一般在60-80℃,冷凝水回收后送到锅炉的给水箱,锅炉的平均补给水温度从10 ~ 30℃提高到40 ~ 60℃,冷凝水回水量占锅炉总补水量的的40% ~ 80%,在以下方面效果明显。一是由于冷凝水回收提高的锅炉给水温度,余热回收率约95%,燃料节省约20%,现场锅炉使用天然气为燃料,每吨蒸汽节约燃料约10元左右。二是回收冷凝水量占锅炉总补水量的40% ~ 80%,节水效果明显,同时节约了软化水用盐的使用量。三是冷凝水盐含量很低,可以降低锅炉的排污量,提高锅炉的热效率。四是由于冷凝水溶解性总固体质量分数很低,通常不超过20×10-6,这样的水质对减少锅炉结垢,降低锅炉锈蚀都很有意义。 

综上,通过冷凝水回收系统,锅炉生产过程中的污水排放量减少,软化水用量也减少,节省了燃料,经济效果显著。同时也降低了锅炉的烟尘排放量,还可以保证锅炉压力的稳定性,提高了锅炉效率。

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