Spirax Sarco Taiwan 蒸氣鍋爐與蒸汽系統節能管理技術 July 15, 2009 Presenter: Marco Chi
服務公司介紹 - Spirax Sarco 英商斯派瑞莎克 1888 斯派瑞的前身 Sanders Rehders and Company 在倫敦成立, 銷售蒸汽卻水器與其它蒸汽相關閥件. 80 多年前改制為 Spirax Sarco 公司, 並於 1959 年於倫敦股市登記為上市公司.
Spirax Sarco 一個世界性的公司 39 家分公司 辦事處 經銷商
斯派瑞莎克所提供的服務 蒸汽閥件設備供應商暨設計公司 全廠蒸汽系統檢查 蒸汽卻水器功能檢查 製程分析 效率計算 製程效率提升建議 蒸汽閥件與設備篩選 蒸汽系統規劃 SCADA 與 Fieldbus 回收利益計算 銷貨迅速 產品品質 技術文件 測試與佐證證明 產品安裝 設備試車 教育訓練 產品性能評估 回收利益分析 維修與保養服務 蒸汽系統管理服務 故障排除 保固合約 立即服務 線上教育 完整的產品範圍與全球保固服務
專業訓練 Steam Engineering 蒸汽閥件動作原理 蒸汽輸送管路設計 控制方式, 訊號與週邊配備 熱水系統設計 加濕系統設計 鍋爐與週邊控制系統 熱回收設備 冷凝水回收設計 保溫原理 生化科技專用的潔凈蒸汽與純淨蒸汽設備 工業製程原理 蒸汽系統效率提升
蒸汽系統改善利益 ( 幫客戶賺更多錢與省更多錢 ) 改善回收利益來自於 系統與設備生產效率提升 - 縮短起機升溫時間 - 提升蒸汽品質改善產品良率 - 減少熱能損失 - 延長設備壽命 - 排除製程問題 系統節能利益回收 - 減少燃油消耗 - 降低溫室氣體排放量
油價走勢圖
蒸汽鍋爐介紹 殼管式鍋爐 燃燒器 貫流式鍋爐 蒸氣出口 爐水 燃燒室第一回加熱 Finned Convection 第二回加熱
鍋爐表面排放 Panel mounted BC 3200 控制器 - wall mounted 鍋爐 CP30 電導度感應器 彎頭 G3 停止閥 DCV 2 止回閥 取樣水冷卻器 SCS 20 至熱回收系統或排放桶
鍋爐自動底部排放 自動顯示距離下次排放的時間 Switch box 限制開關感應閥是否實際全開或全關. 並反應給控制器 設定, 操作簡單. 只有兩個按鍵 氣源斷時會自行關閉 球閥 控制氣源的電磁開關閥 鍋爐 底排槽
手動與自動排放比較
補給水每升高 6 可省 1% 燃油 在 7bar 壓力之下, 溫度 30 水變成蒸氣所需熱能為 : A. 660.85kcal/kg-30kcal/kg=630.85kcal/kg 在相同條件 (7bar 壓力 ) 下, 溫度 36 水變成蒸氣所需熱能為 : 660.85kcal/kg-36kcal/kg=624.85kcal/kg B. 溫度由 30 上升至 36 所節省的熱量為 6kcal/kg 6/630.85=0.95%;0.0095/0.85=0.0112 1% ( 節省約 1 個百分比的熱能 ) (0.85 為平均鍋爐效率 ) C. 在相同壓力下 (7bar 壓力下 ), 溫度由 90 上升至 96 所節的燃油為 : 660.85kcal/kg-90kcal/kg=570.85kcal/kg 660.85kcal/kg-96kcal/kg=565.85kcal/kg 6/570.85=1.05%;0.0105/0.85=0.0124 1% ( 節省約 1 個百分比的熱能 ) * 由以上推論我們得知, 在相同氣壓下, 當水溫溫度提高 6, 可節 省約 1% 燃油消耗
飽和蒸汽表 熱焓 (Enthalpy) kj/kg 表壓 bar 0 1 2 3 4 5 6 7 溫度 ( o C) 100 120 134 144 152 159 165 170 顯熱 (h f ) 419 506 562 605 641 671 697 721 潛熱 (h fg ) 2257 2201 2163 2133 2108 2086 2066 2048 全熱 (h g ) 2676 2707 2725 2738 2749 2757 2763 2769 比容積 m 3 /kg 1.673 0.881 0.603 0.461 0.374 0.315 0.272 0.24
飽和蒸汽曲線圖
哪些流體會影響加熱? A. 空氣 排除 排氣閥 脫氧槽 B. 水 排除 汽水分離器 主管線排水 C. 水垢 清潔保養 D. 停滯水膜 攪拌
蒸汽管內有甚麼東西? 蒸汽 金屬壁 被加熱的水 空氣膜冷凝水膜 污垢膜 停滯水膜
空氣及水膜所造成實際的影響 121 o C 蒸汽 1.0bar 116 o C 1 2 3 4 水被加熱為 99 o C Fig. 1 水被加熱為 99 o C 1 - 空氣膜 2 - 冷凝水膜 3 - 金屬壁 4 - 水膜 蒸汽 0.7 bar 1 2 3 4 Fig. 2
空氣對熱傳導阻礙有多嚴重? 1mm 空氣膜 = 25mm 水膜 = 1700mm(1.7m ) 鐵厚度 = 13000 mm(13m ) 銅厚度
注意 : 主管末端 Air Vent 蒸汽 End of Main Condensate to return line
水錘 使管路鬆弛下垂 冷凝水 水錘造成振動 及噪音
水錘對卻水器所造成的損害 正常原件 人為損壞 水錘損壞
排除水錘的方法 : 安裝蒸氣乾燥器 流向 汽水分離器
排除水錘的方法 : 正確的祛水點 截面積 蒸汽 正確 冷凝水 祛水袋 25/50mm 祛水器 截面積 蒸汽 不正確
分支管路之配置 蒸汽 蒸汽 冷凝水 不正確 正確
蒸汽減壓閥原理及其應用 Open University Project/TrapTW 25
為何要減壓? 高壓蒸汽所佔體積較小 能源消耗較少 製程要求 安全的理由 鍋爐燃燒出的蒸汽壓力較高, 一般皆高於系統所需之蒸汽壓力 降低蒸汽壓力便降低其溫度 降低蒸汽壓力增加潛熱含量 Open University Project/PRVTW 26
篩選減壓閥之條件 1. 應用之型式 2. 一次側壓力 3. 二次側壓力 4. 最大蒸氣流量 5. 安全係數
嚮導作動式減壓閥篩選
減壓後會有過熱現象? 一次測 7barg 之乾飽和蒸汽, 全熱 = 2769 kj/kg 二次測 2barg 之乾飽和蒸汽, 全熱 = 2725 kj/kg 多餘之全熱為 (2769 kj/kg - 2725 kj/kg) = 44 kj/kg 假設一次測蒸汽有 5% 之濕蒸汽, 乾度為 95% 水汽不帶潛熱 所以 7barg 的一次測蒸汽的全熱為 : 721 sensible heat + (0.95 x 2047) 全熱 = 2665 kj/kg 2barg 之全熱為 562 之顯熱 + 2163 潛熱 = 2725 kj/kg 有用之潛熱為 : (2665-562) = 2103 kj/kg 假使為乾蒸汽, 潛熱應為 = 2163 kj/kg 所以其乾度為 (2103 kj/kg / 2163 kj/kg) = 97% 比例中乾度由 95% 升至 97%
蒸氣系統為何要低壓使用 假設現有ㄧ熱水儲槽容量為 2T, 起始溫度為 25, 需求溫度為 70, 且於ㄧ個小時加熱完成 當蒸氣壓力為 7BarG 及 2BarG 時, 其蒸氣消耗量各為何? Q=M x S xδt =2000 x 4.18 x 45 =376200 KJ/hr 由上述計算式, 我們可以得知總需求熱焓為 376200 KJ/hr 7BarG 潛熱焓為 2047.7KJ/hr 蒸氣消耗量為 376200 2047.7 = 183.7 Kg/hr 2BarG 潛熱焓為 2163.3KJ/hr 蒸氣消耗量為 376200 2163.3= 173.9 Kg/hr 故我們可得知使用較低壓的蒸氣將可節省蒸氣消耗量
蒸汽袪水器原理及其應用 Open University Project/TrapTW 31
祛水器需要什麼功能 1. 排氣 2. 排除冷凝水 3. 熱效率 4. 可信賴 Open University Project/TrapTW 32
篩選袪水器之條件 1. 應用之型式 2. 一次側壓力 3. 二次側壓力 4. 最大冷凝水流量 5. 安全係數 Open University Project/TrapTW 33
篩選袪水器之條件
為何要回收冷凝水? 冷凝水是非常有價值的資源, 因所含之熱焓就相當具有價值 冷凝水已經經過處理, 所以回收能降低處理費用 排棄高溫冷凝水的費用 降低水費 可降低 20% 的燃油成本
回收冷凝水與再生蒸氣注意事項 需考慮再生蒸氣背壓, 以避免影響設備蒸氣卻水器排水 需考慮再生蒸氣之應用 需考慮再生蒸氣與設備消耗之時間點 再生蒸氣回收量如大於設備消耗量時, 要如何處理?
積水現象 Product Temperature Input P 1 Heat Exchanger P 2
背壓引起的積水問題 1.0 bar g Air Heater Battery 1.5 bar g 15 metres
積水表的使用 使用蒸氣壓力 系統背壓 7.0 Temperature ºC 積水 5.2 3.8 2.6 1.7 1.0 0.4 Pressure bar g 大氣壓 0.5 出水溫度 0.2 0.1 入水溫度 0.05 Percentage load
積水的排除 真空破除器 P Max = 4 bar g M max = 500 kg/h Static Head Drain By Gravity No Lift
輔助排水設計 蒸氣壓力 = 7 bar g P Max = 4 bar g M max = 500 kg/h 0.3 bar g 5 m 卻水泵 200 mm minimum
氣動泵及傳統電動泵的比較 傳統電動泵葉片轉動時所產生的低壓使高溫冷凝水汽化, 致使葉片所吸入的是氣而不是水 ( 空蝕現象 ) 適用於高溫的電動泵其價格較氣動泵昂貴 使用氣動泵可免除使用電力, 節省電費支出 以氣做動源可用於危險區域 ( 防爆 ) 氣動泵維修較電動泵簡單
閃發蒸汽量計算 舉例 : a. 7bar g 冷凝水量 1000kg/h b. 排放管內壓力 : 0 bar g ( 大氣壓 ) 閃發蒸汽量 = 1000kg/h x 0.134 = 134 kg/h
Recovering Heat From Contaminated Hot Condensate Flash Steam Overhead Tank Condensate from traps on HP steam contamination suspected Flash Vessel Trap Set Draining Coil Trap Set Draining Flash Vessel LP Condensate to Hot Swill Tanks
再生蒸汽回收例 高壓 蒸汽 高壓蒸汽 ( 至製程 ) 製程負荷 減壓閥 再生蒸汽 至低壓製程 加熱負荷 再生蒸汽 背壓閥 冷凝水