TWI612263B - 雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法 - Google Patents

Abstract

一種雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法，包含(a)擷取該雙效吸收式冰水機於運作時之蒸汽壓力、溫度、冰水流量，及蒸汽耗用量，並進行回歸分析；以及(b)根據該雙效吸收式冰水機的負載與蒸汽壓力及蒸汽耗用量的變化，並透過水與蒸汽間的能量平衡計算出一加水量，以使進入該雙效吸收式冰水機的蒸汽維持在飽和狀態。藉此不但能穩定冰水機的運轉效率，也能降低高壓蒸汽的耗用量。

Description

雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法

本發明是有關於一種蒸汽品質控制方法，特別是指一種雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法。

吸收式冰水機和壓縮式冰水機最主要的差異是前者不需要使用壓縮機，而是以發生器與吸收器的組合來取代壓縮機。吸收式冰水機是利用熱能來驅動，熱能的來源可以是瓦斯直燃或鍋爐蒸汽或熱水。因此，吸收式冰水機具有節約能源及廢能可再利用之優點。

吸收式冰水機的種類大致可區分別為三種：單效式系統、雙效式系統及直燃式系統。其中單效式系統與雙效式系統皆以熱水為熱源，直燃式系統則是以天燃氣、燃料油、柴油等作為燃料。單效式系統與雙效式系統最大差異是在於單效式系統只使用一個發生器(Generator)。雙效式系統則是使用二個發生器，分別為高溫發生器與低溫發生器，高溫發生器的工作條件是壓力約700mmHg，溫度約150℃，而其150℃之冷媒蒸汽則成為溫度約90℃之低溫發生器的熱源，雙效吸收式冰水機採用較高的蒸汽壓力(約5至8kg/cm²)，蒸汽在高溫發生器作用後，其壓力仍可作為 低溫發生器之熱源，因此可產生雙重效用。至於單效吸收式冰水機由於使用之蒸汽壓力較低，因此無法產生雙重蒸煮之效果。

對於雙效吸收式冰水機而言，為了能發揮雙效的作用，充分應用蒸汽所含的熱能，蒸汽品質需有所規範，以在特定壓力範圍內的飽和蒸汽為佳。若提供的蒸汽壓力不在此範圍內，在壓力過高的情況，會導致雙效吸收式冰水機因溫度過高而跳機，在壓力過低的情況，則無法達到雙效運轉，影響效率。因此，為了維持雙效吸收式冰水機的正常、高效率運轉，實務上都是透過加水到較高壓力之蒸汽，以降溫、減壓而獲得雙效吸收式冰水機所需的蒸汽品質。在此過程中，加水量是個很重要的因素，必須盡可能加水到讓減壓後的蒸汽條件達到飽和狀態，才能兼顧高運轉效率與最低蒸汽耗用量。

但是因來源蒸汽之壓力及溫度的擾動、雙效吸收式冰水機之負載變動等因素，導致加水量過多或不足，使得減壓後的蒸汽變成過熱或有凝結水產生，進而影響運轉效率，且蒸汽耗用量難以達到最低量。

因此，本發明之一目的，即在提供一種雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法，使得冰水機無需增購硬體設備，在取得來源蒸汽壓力、溫度時，依冰水機設定之負載與蒸汽壓力，自動控制加水量，使減壓後的蒸汽維持在飽和狀態，不但能穩定冰水機的運轉效率，也能降低高 壓蒸汽的耗用量。

於是，本發明雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法，包含下列步驟：(a)擷取該雙效吸收式冰水機於運作時之蒸汽壓力、溫度、冰水流量，及蒸汽耗用量，並進行回歸分析；以及(b)根據該雙效吸收式冰水機設定的負載與蒸汽壓力及蒸汽耗用量的變化，並透過水與蒸汽間的能量平衡計算出一加水量，以使進入該雙效吸收式冰水機的蒸汽維持在飽和狀態。

本發明之功效在於在既有的控制架構下，經取得來源蒸汽壓力、溫度時，依該雙效吸收式冰水機之負載與蒸汽壓力及蒸汽耗用量的變化，自動控制加水量，使減壓後的蒸汽維持在飽和狀態，不但能穩定冰水機的運轉效率，也能降低高壓蒸汽的耗用量。

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一蒸汽壓力與溫度關係圖，說明未實施本發明雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法時之蒸汽壓力與溫度關係；以及圖2是一蒸汽壓力與溫度關係圖，本發明雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法之一實施例。

本發明雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法包含步驟(a)、(b)：在步驟(a)中，是擷取該雙效吸收式冰水機於運作時之蒸汽壓力、溫度、冰水流量，及蒸汽耗用量，其中蒸汽壓力、溫度與冰水流量是三個變因，與蒸汽耗用量進行回歸分析。根據回歸分析結果，在權重上以溫度的影響最大，且與蒸汽耗用量成反比關係，即蒸汽溫度愈高，蒸汽耗用量愈少。此外，若減壓、降溫後的蒸汽條件處於飽和狀態，則蒸汽的壓力與溫度間存在一非線性關係，相對趨勢為溫度隨壓力增加而增加。因此，若想降低該雙效吸收式冰水機的蒸汽耗用量，則需在該雙效吸收式冰水機可承受的條件下，調高操作壓力。

在步驟(b)中，是在既有的控制架構上，根據該雙效吸收式冰水機所設定的負載、蒸汽壓力及蒸汽耗用量的變化，並透過水與高壓蒸汽間的能量平衡計算出一加水量，以使進入該雙效吸收式冰水機的蒸汽維持在飽和狀態，計算公式如下說明。

蒸汽由初始狀態變化至該雙效吸收式冰水機所需的飽和狀態間的能量差計算公式如下：△H_steam=H_steam(T,P)-H_steam(T₁,P₁)

其中，蒸汽於初始狀態之溫度、壓力分別為T₁、P₁，蒸汽於飽和狀態之溫度、壓力分別為T、P，H_steam(T₁,P₁)是表示蒸汽於初始狀態之能量，H_steam(T,P)則是表示蒸汽於 飽和狀態之能量。

特別說明的是，水與高壓蒸汽混合後，最終平衡於相同的溫度。另外，高壓蒸汽經減壓、降溫後所失去的能量，等於水吸收用於汽化的潛熱及提升至平衡溫度所需的能量。另外，對於蒸汽而言，因無相變化，只需考慮由初始狀態之溫度T₁、壓力P₁，變化至飽和狀態之溫度T、壓力P間的能量差。

而加入的水則需考慮二段能量變化：(1)由供水溫度至沸騰溫度之能量差、(2)水沸騰所吸收的潛熱。

定義該雙效吸收式冰水機的蒸汽量為X、加水量為m、高壓蒸汽耗用量為X-m、加入的水由供水溫度至沸騰溫度之能量差為△H_water,1、水沸騰所吸收的潛熱為△H_water,2。根據蒸汽與水的能量平衡，則加水量m可由下列式(1)及式(2)計算獲得：(X-m)△H_steam=m(△H_water,1+△H_water,2)…式(1)；

特別說明的是，在式(2)中所需的焓變化計算，皆可由已知文獻取得或利用蒸汽壓表(steam table)進行計算。

進一步將本發明之蒸汽品質控制方法實際應用於煤化學工場之雙效吸收式冰水機操作條件改善中： 參閱圖1，在未應用本方法前，用來驅動該雙效吸收式冰水機之蒸汽壓力一直維持在2至4kg/cm²，當蒸汽壓力較高時，該雙效吸收式冰水機會因溫度過高而跳機。觀察圖中的操作點可知，有許多操作點位於飽和蒸汽曲線的上方，表示其狀態為過熱蒸汽，此現象必然是加水量不足，顯示加水控制出現問題。

參閱圖2，在應用本發明之方法而完成加水量的控制改善後，在現場進行幾種不同蒸汽壓力2至5kg/cm²的測試，此測試要求除了蒸汽壓力改變外，其它條件、冰水流量及品質等皆維持不變。測試結果如下表1所示：

由表1所示的結果，配合參閱圖2，顯示該雙效吸收式冰水機的蒸汽耗用量隨著蒸汽壓力的上升而減少，由壓力條件為2kg/cm²時的蒸汽耗用量2790kg/hr，降至壓力條件為5kg/cm²時的蒸汽耗用量1982kg/hr。此外，在測試期間，當蒸汽壓力達到4kg/cm²以上時，該雙效吸收式冰水機並沒有溫度過高的現象，顯示只要蒸汽維持在飽和狀態，而非過熱狀態，該雙效吸收式冰水機是可以在 較高蒸汽壓力下運轉。

在未應用本方法前，該雙效吸收式冰水機之蒸汽壓力平均為3kg/cm²左右，所以根據表1所示的測試結果，若將該雙效吸收式冰水機所使用的蒸汽由原來的3kg/cm²提高至5kg/cm²，則高壓蒸汽每小時可減少0.503頓，加水量可減少69kg/hr。

綜上所述，本發明雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法藉由上述步驟流程之設計，在既有的控制架構下，經取得來源蒸汽壓力、溫度時，依該雙效吸收式冰水機之負載與蒸汽壓力及蒸汽耗用量，自動控制加水量，使減壓後的蒸汽維持在飽和狀態，不但能穩定冰水機的運轉效率，也能降低高壓蒸汽的耗用量。故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (1)

1. 一種雙效吸收式冰水機之蒸汽品質控制方法，包含：(a)擷取該雙效吸收式冰水機於運作時之蒸汽壓力、溫度、冰水流量，及蒸汽耗用量，並進行回歸分析；以及(b)根據該雙效吸收式冰水機的負載與蒸汽壓力及蒸汽耗用量的變化，並透過水與蒸汽間的能量平衡計算出一加水量，以使進入該雙效吸收式冰水機的蒸汽維持在飽和狀態，蒸汽由初始狀態變化至該雙效吸收式冰水機所需的飽和狀態間的能量差計算公式如下：△H_steam=H_steam(T,P)-H_steam(T₁,P₁)；其中，蒸汽於初始狀態之溫度、壓力分別為T₁、P₁，蒸汽於飽和狀態之溫度、壓力分別為T、P，H_steam(T₁,P₁)是表示蒸汽於初始狀態之能量，H_steam(T,P)則是表示蒸汽於飽和狀態之能量；加水量的計算公式如下：(X-m)△H_steam=m(△H_water,1+△H_water,2)；

   

   其中，m是表示加水量，X是表示蒸汽量，X-m是表示高壓蒸汽耗用量，△H_water,1是表示加入的水由供水溫度至沸騰溫度之能量差，△H_water,2是表示水沸騰所吸收的潛熱。