以真空相变热水机为热源的前处理加热系统改造

孙传金，李想

(山东临工工程机械有限公司，山东临沂276023)

　　0 引言

　　当前绿色化生产已成为制造行业发展的一个重要方向，众所周知，前处理线能源消耗高，以某前处理电泳线为例，据不完全统计，在只有酸洗及脱脂两个工位需要加热的情况下，该线每年消耗天然气加热的费用折合人民币共计150余万元，随着产品线的丰富以及产量的增加，加热成本还会继续增高。为公司节约能源，饯行可持续发展，因而论证改造现有加热方式，寻求一种降低能源消耗，低成本加热的方案。

　　本文以某前处理线加热系统改造为实例，介绍了项目推进的各个过程及项目核心设备--真空相变热水机，该成功实施在节能减排的大形势下无疑提供了一条新的思路。

　　1 现状及可行性分析

　　以某前处理线为例，目前只有酸洗及脱脂两个工位需要加热，酸洗工艺温度为60～80 ℃，脱脂为45～60 ℃。加热方式采用传统的锅炉燃烧天然气，产生蒸汽并加压输送，到达生产线后采用板式换热器与槽液进行换热。由于该前处理生产线处于蒸汽管网的末端，蒸汽传输距离高达600 m，蒸汽到达生产线过程中管道散热严重、换热时疏水损耗比较大，经过测算热量损失可达40%以上。这种现状造成前处理过程能源消耗高，热能利用率低，且无法保障前处理线正常的升温需求。

　　为减少热能长距离输送的损失和疏水损失，采用就近、低热量损耗、安全的热源进行加热系统的改造成为必然，经过多方考察与数套预选方案对比论证，决定将现有加热方式改造为线边真空相变热水机为热源的加热方式。通过引入高效燃烧的真空相变热水机组，并将现有资源整合、改造，可使热效率大幅提高。经计算，设备购入及现有管路改造等共计需要约38万元，改造完成后可以完全解决此前处理线蒸汽供应不足的问题，仅此处前处理线天然气消耗的费用每年就可节约40万元。采用LEC法综合测评，该项目风险值为12，风险很低，可以实施。

　　2 真空相变热水机介绍

　　真空相变热水机不同于传统锅炉，机组内部是密闭的抽真空腔体，天然气的燃烧使热媒水在真空腔体中沸腾汽化产生负压状态的水蒸汽，水蒸汽进入负压蒸汽室并在在换热器管外凝结，利用汽液相变转换释放出的大量能量将换热器管内的冷水迅速加热，被加热的水被外置循环泵输送至用热点，负压蒸汽室内的水蒸汽凝结后形成水滴流回热水腔，流回的热水成为热媒水重新被加热汽化，完成整个加热循环系统。这种加热方式燃烧效率高，在负压状态下工作安全可靠，同时反复相变的热媒水与外界用水隔离，可有效避免结垢，减少热效率的损失。其原理示意图如图1所示。

　　真空相变热水机广泛应用于：地暖与散热器采暖、卫生热水及采暖系统、卫生热水供应系统、中央空调采暖，其产品优势明显，具有如下优点：

　　1）安全可靠：真空相变热水机因其介质流通系统的压力低于大气压力，机组运行时的内部绝对压力为0.02～0.08 MPa，机组处于真空状态，因而不会发生爆炸，是国家明文规定唯一免检的锅炉设备，无须经质量技术监督部门登记、年检。

　　2）热效率高：一般都采用三回程结构，第二回程烟管采用螺纹烟管，强化传热，第三回程烟管采用光烟管，有效降低烟气流动阻力。受热面大，热媒温度低，传热温差大，整机热效率达到92%以上。通过加装冷凝回收装置可进一步降低排烟温度，可将热效率提高到103%左右。

　　3）寿命更长：热水机内部使用的热媒水经过脱氧、除垢等特殊工艺处理，确保机体内部永不发生结垢，增加热水机使用的寿命，是一般锅炉寿命1.5～2倍。换热器部分采用不锈钢管制造，耐腐蚀，设计使用寿命在20年以上，确保机器能长年保持高效率运行。

　　4）一机多用：一台热水机可配置多个换热器，供应不同温度、不同用途的热水，如中央空调用水、卫生热水、工艺热水等。

　　5）自动化程度高：一般具备自动温度控制、自动抽真空、自动运行记录、自动燃气计费、自动报警及定时控制等功能。

　　6）安装维护方便：热水机采用内置热交换器，系统上无须配备水处理等外部设备，只需接通外部管路即可使用，安装要求及费用低。全自动运行，不需要专业操作人员，节约人工费用，维护管理费用低。

　　3 项目实施

　　1）真空相变热水机加热系统设计

　　经过测算并考虑未来产能增加需求，加热机组选用一台1.25 MW真空相变热水机；热水循环采用两台150 m3/h循环泵，一用一备；热水循环管路的补水采用两台25 m3/h变频水泵，一用一备；热水循环系统的压力由一台膨胀水箱维持；循环水使用纯净水，由电泳线配套的纯水制备设备提供。加热系统示意图如图2所示。

　　2）管路及换热模块改造

　　管路及换热模块除换热器外原有蒸汽换热系统管路无法再利用，管路需要重新设计并改造，原有板式热交换器需要进行扩容以增加换热面积。扩容后脱脂工位热交换器换热面积增加至7 ㎡，额定压力1.0 MPa；酸洗工位热交换器换热面积增加至7.4 ㎡，额定压力1.0 MPa。

　　为防止酸洗液通过换热片渗入回流管路造成机组及管路系统的腐蚀，在酸洗工位热交换器之前添加一组热交换器及循环泵，实现酸洗工位的二级换热，有效防止酸液异常情况下渗入回流管路。增加的循环泵额定功率3 kW，增加的热交换器换热面积7 ㎡，额定压力1.0 MPa。管路及换热系统示意图如图3所示。

　　3）电控系统设计

　　将真空相变热水机的自动控制系统与前处理线的自动控制系统进行关联控制，实现加热系统的自动和手动启停功能。系统启动时按照先气动工艺槽循环泵，再气动二级换热循环泵，然后气动加热系统主循环泵，最后气动真空相变热水机；系统关闭时，真空相变热水机先行停止，30 min后依次关闭主循环泵、二级换热循环泵、工艺槽循环泵；系统正常工作时，真空相变热水机根据设定温度自动启停，主循环泵保持一直工作的状态，二级换热循环泵根据工艺槽温度设定自动启停。

　　4 项目总结

　　该项目完成一年来运行情况良好，根据统计数据该项目一年节约了42万元的天然气成本，圆满解决了该前处理线供热不足的问题，降低能源消耗的同时提高了生产效率，最主要的是该前处理线工艺温度得到了保障，消除了产品潜在的质量隐患。目前，在预留接口的基础上现已完成向其它生产线的辐射，将会带来更多的经济效益。真空相变热水机组在本行业的成功应用也开辟了一条新的热源应用新思路。

　　（详见《现代涂料与涂装》2017-9期）