卷煙工廠蒸汽系統(tǒng)節(jié)能改造探索與實(shí)踐

[ 摘要 ] 濟(jì)南卷煙廠有三臺(tái)額定蒸發(fā)量為 16 t/h 的燃油燃?xì)忮仩t，動(dòng)力車間技術(shù)人員針對(duì)鍋爐蒸汽系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀進(jìn)行節(jié)能改造。重點(diǎn)介紹鍋爐加藥流程優(yōu)化、排污余熱回收利用、冷凝式煙氣余熱回收、凝結(jié)水的綜合回收利用這四項(xiàng)節(jié)能改造措施，分別從優(yōu)化控制和余熱利用的角度，闡述蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化措施。

1 課題背景

濟(jì)南卷煙廠有三臺(tái)額定蒸發(fā)量為 16 t/h 的燃油燃?xì)忮仩t，配置 2 臺(tái)熱力除氧器、6 臺(tái)鈉離子交換器以及一套閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)，負(fù)責(zé)企業(yè)生產(chǎn)、生活蒸汽供應(yīng)。蒸汽系統(tǒng)能源消耗占到我廠綜合能耗的 59%，蒸汽生產(chǎn)效率，直接影響企業(yè)能源消耗水平。

對(duì)于鍋爐設(shè)備本身，由于其設(shè)備安全性要求，鍋爐設(shè)備廠家不會(huì)提供鍋爐內(nèi)部控制程度，一般也不建議工業(yè)鍋爐用戶直接對(duì)其進(jìn)行改造和優(yōu)化。對(duì)于蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能改造，更多的應(yīng)該以減少熱損失和提高余熱回收為主，優(yōu)化改造對(duì)象可以包括除氧系統(tǒng)、凝結(jié)水回收系統(tǒng)等。

2 實(shí)施過程

濟(jì)南卷煙廠針對(duì)蒸汽系統(tǒng)，從設(shè)備搭配、崗位操作、設(shè)備自控、狀態(tài)檢測(cè)、能源分配等多個(gè)方面開展節(jié)能優(yōu)化，以減少能源浪費(fèi)，提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率。本論文重點(diǎn)介紹鍋爐加藥流程優(yōu)化、排污余熱回收利用、冷凝式煙氣余熱回收以及凝結(jié)水的綜合回收利用。

2.1 磷酸三鈉加藥流程優(yōu)化

在鍋爐給水中需要加入弱堿性磷酸根溶液，用于保持鍋爐內(nèi)部呈弱堿性，并且磷酸根可以和給水中容易結(jié)成鍋垢的殘余可溶性鈣鹽、鎂鹽等起作用，生成不溶性的磷酸鈣 Ca3(PO4)2、磷酸鎂 Mg3(PO4)2等沉淀物懸浮于水中，確保鍋爐不結(jié)鍋垢。濟(jì)南卷煙廠在鍋爐給水中加入藥劑為磷酸三鈉 Na3PO4。同大部分小型鍋爐一樣，采用定量加藥的方式，不隨蒸發(fā)量調(diào)整，這種控制方式鍋水磷酸根離子濃度波動(dòng)較大，會(huì)造成鍋爐堿度上升、排污量大，熱損失嚴(yán)重等問題。針對(duì)此問題，自行研發(fā)磷酸三鈉動(dòng)態(tài)加藥控制系統(tǒng)。為了動(dòng)態(tài)調(diào)整加藥量，在加藥濃度、時(shí)間、速度上，選擇了更容易控制的加藥時(shí)間。以小時(shí)為單位，根據(jù)鍋爐單位時(shí)間內(nèi)的用水量，計(jì)算出下一單位時(shí)間的加藥量，轉(zhuǎn)化為加藥時(shí)間，控制加藥泵啟停狀態(tài)。通過改造，有效降低鍋爐中磷酸根離子濃度波動(dòng)，減少排爐次數(shù)和能源浪費(fèi)。此種小型鍋爐動(dòng)態(tài)加藥控制方式，在國內(nèi)屬于shou例

2.2 鍋爐排污余熱回收利用

鍋爐運(yùn)行中，需持續(xù)排放高鹽分鍋水，以維持水質(zhì)穩(wěn)定。利用擴(kuò)容器可以回收這部分排污熱量，依靠排污水的閃蒸產(chǎn)生的二次蒸汽，為除氧系統(tǒng)供熱。在擴(kuò)容器內(nèi)部，需要形成一定的低壓環(huán)境，壓力過大會(huì)導(dǎo)致二次蒸汽量產(chǎn)生過少，壓力過小會(huì)導(dǎo)致二次蒸汽無法補(bǔ)入除氧器被回收利用。因此需要對(duì)擴(kuò)容器進(jìn)行容量控制。

擴(kuò)容器的容量控制依靠液位變送器和底部閥門執(zhí)行器來完成。在液位變送器的選擇上，由于壓差液位計(jì)的導(dǎo)壓管冷凝水會(huì)影響到液位測(cè)量準(zhǔn)確性，因而選擇了抗干擾比較強(qiáng)的磁翻板液位計(jì)。擴(kuò)容器底部閥門執(zhí)行器選擇調(diào)節(jié)閥，根據(jù)液位進(jìn)行PID 控制，維持?jǐn)U容器內(nèi)液位穩(wěn)定，壓力穩(wěn)定，二次蒸汽持續(xù)產(chǎn)生，減少除氧罐蒸汽和二次蒸汽損耗。

2.3 冷凝式煙氣余熱回收器的利用

燃?xì)忮仩t主要成分為 CH4，燃燒后產(chǎn)生 CO2和 H2O，因此，燃?xì)忮仩t煙氣中含有大量的氣態(tài) H2O，水蒸氣中有大量的汽化潛熱，約占天然氣發(fā)熱量的 10%。對(duì)于這部分熱量，可利用冷凝式煙氣余熱回收器進(jìn)行回收，提高鍋爐熱效率。由于冷凝式煙氣余熱回收器利用的是水蒸氣的汽化潛熱，因此必須將排煙溫度降低到水蒸氣露點(diǎn)溫度以下才能加以回收。如圖 1 所示，配備冷凝式節(jié)能器可以大幅提高鍋爐熱效率，并且冷凝式節(jié)能器進(jìn)水溫度越低，熱效率越高。

在一般的冷凝式節(jié)能器安裝要求上，都會(huì)注明將除氧給水通入到冷凝式節(jié)能器。如果除氧給水為單一軟化水，那么這樣要求是合適的。但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，大部分軟化水會(huì)和凝結(jié)水混合后，補(bǔ)充至除氧器，此時(shí)除氧給水溫度為 60-80℃，冷凝式節(jié)能器熱效率很低。因此，在有凝結(jié)水回收的系統(tǒng)中，就需要將 20℃左右的軟水shou先金入冷凝式除氧器，再與凝結(jié)水混合。濟(jì)南卷煙廠在安裝了冷凝式節(jié)能器并調(diào)整了管道布局，優(yōu)化了加熱順序后，僅通過冷凝式節(jié)能器就可以直接將軟水加熱到 60℃。

2.4 蒸汽凝結(jié)水的回收與利用

濟(jì)南卷煙廠采用一套閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)，用于收集蒸汽使用過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水，為除氧系統(tǒng)供給熱能，使用過程中需要利用凝結(jié)水循環(huán)泵為凝結(jié)水提供動(dòng)力。為避免凝結(jié)水閃蒸蒸汽造成凝結(jié)水泵氣蝕故障，需要利用氣水分離器和外排閥排除閃蒸蒸汽，為凝結(jié)水進(jìn)行降溫，造成較大的熱量損失。對(duì)閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)進(jìn)行改造，前移軟水與凝結(jié)水混合點(diǎn)，將傳導(dǎo)式熱交換改為混合式熱交換，在回收器內(nèi)完成降溫過程，改造結(jié)果如圖 2 所示。確保凝結(jié)水回收器內(nèi)溫度不高于95℃，避免了凝結(jié)水閃蒸作業(yè)，消除水泵氣蝕隱患。同時(shí)該項(xiàng)改造還降低了閃蒸汽外排量，減少系統(tǒng)熱損失，確保凝結(jié)水高效回收。