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卷煙工廠蒸汽系統節能改造探索與實踐

作時間:2019-09-29  來源:山東中煙工業有限責任公司濟南卷煙廠能源動力處(動力車間)  作者:馮川,李桐,張紅娟
   
[ 摘要 ] 濟南卷煙廠有三臺額定蒸發量為 16 t/h 的燃油燃氣鍋爐,動力車間技術人員針對鍋爐蒸汽系統能耗現狀進行節能改造。重點介紹鍋爐加藥流程優化、排污余熱回收利用、冷凝式煙氣余熱回收、凝結水的綜合回收利用這四項節能改造措施,分別從優化控制和余熱利用的角度,闡述蒸汽系統的節能優化措施。
1 課題背景
濟南卷煙廠有三臺額定蒸發量為 16 t/h 的燃油燃氣鍋爐,配置 2 臺熱力除氧器、6 臺鈉離子交換器以及一套閉式凝結水回收系統,負責企業生產、生活蒸汽供應。蒸汽系統能源消耗占到我廠綜合能耗的 59%,蒸汽生產效率,直接影響企業能源消耗水平。
對于鍋爐設備本身,由于其設備安全性要求,鍋爐設備廠家不會提供鍋爐內部控制程度,一般也不建議工業鍋爐用戶直接對其進行改造和優化。對于蒸汽系統的節能改造,更多的應該以減少熱損失和提高余熱回收為主,優化改造對象可以包括除氧系統、凝結水回收系統等。
2 實施過程
濟南卷煙廠針對蒸汽系統,從設備搭配、崗位操作、設備自控、狀態檢測、能源分配等多個方面開展節能優化,以減少能源浪費,提高系統轉化效率。本論文重點介紹鍋爐加藥流程優化、排污余熱回收利用、冷凝式煙氣余熱回收以及凝結水的綜合回收利用。
2.1 磷酸三鈉加藥流程優化
在鍋爐給水中需要加入弱堿性磷酸根溶液,用于保持鍋爐內部呈弱堿性,并且磷酸根可以和給水中容易結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,確保鍋爐不結鍋垢。濟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,不隨蒸發量調整,這種控制方式鍋水磷酸根離子濃度波動較大,會造成鍋爐堿度上升、排污量大,熱損失嚴重等問題。針對此問題,自行研發磷酸三鈉動態加藥控制系統。為了動態調整加藥量,在加藥濃度、時間、速度上,選擇了更容易控制的加藥時間。以小時為單位,根據鍋爐單位時間內的用水量,計算出下一單位時間的加藥量,轉化為加藥時間,控制加藥泵啟停狀態。通過改造,有效降低鍋爐中磷酸根離子濃度波動,減少排爐次數和能源浪費。此種小型鍋爐動態加藥控制方式,在國內屬于首例
2.2 鍋爐排污余熱回收利用
鍋爐運行中,需持續排放高鹽分鍋水,以維持水質穩定。利用擴容器可以回收這部分排污熱量,依靠排污水的閃蒸產生的二次蒸汽,為除氧系統供熱。在擴容器內部,需要形成一定的低壓環境,壓力過大會導致二次蒸汽量產生過少,壓力過小會導致二次蒸汽無法補入除氧器被回收利用。因此需要對擴容器進行容量控制。
擴容器的容量控制依靠液位變送器和底部閥門執行器來完成。在液位變送器的選擇上,由于壓差液位計的導壓管冷凝水會影響到液位測量準確性,因而選擇了抗干擾比較強的磁翻板液位計。擴容器底部閥門執行器選擇調節閥,根據液位進行PID 控制,維持擴容器內液位穩定,壓力穩定,二次蒸汽持續產生,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
燃氣鍋爐主要成分為 CH4,燃燒后產生 CO2和 H2O,因此,燃氣鍋爐煙氣中含有大量的氣態 H2O,水蒸氣中有大量的汽化潛熱,約占天然氣發熱量的 10%。對于這部分熱量,可利用冷凝式煙氣余熱回收器進行回收,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溫度以下才能加以回收。如圖 1 所示,配備冷凝式節能器可以大幅提高鍋爐熱效率,并且冷凝式節能器進水溫度越低,熱效率越高。
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在一般的冷凝式節能器安裝要求上,都會注明將除氧給水通入到冷凝式節能器。如果除氧給水為單一軟化水,那么這樣要求是合適的。但是在實際工程應用中,大部分軟化水會和凝結水混合后,補充至除氧器,此時除氧給水溫度為 60-80℃,冷凝式節能器熱效率很低。因此,在有凝結水回收的系統中,就需要將 20℃左右的軟水首先進入冷凝式除氧器,再與凝結水混合。濟南卷煙廠在安裝了冷凝式節能器并調整了管道布局,優化了加熱順序后,僅通過冷凝式節能器就可以直接將軟水加熱到 60℃。
2.4 蒸汽凝結水的回收與利用
濟南卷煙廠采用一套閉式凝結水回收系統,用于收集蒸汽使用過程中產生的凝結水,為除氧系統供給熱能,使用過程中需要利用凝結水循環泵為凝結水提供動力。為避免凝結水閃蒸蒸汽造成凝結水泵氣蝕故障,需要利用氣水分離器和外排閥排除閃蒸蒸汽,為凝結水進行降溫,造成較大的熱量損失。對閉式凝結水回收系統進行改造,前移軟水與凝結水混合點,將傳導式熱交換改為混合式熱交換,在回收器內完成降溫過程,改造結果如圖 2 所示。確保凝結水回收器內溫度不高于95℃,避免了凝結水閃蒸作業,消除水泵氣蝕隱患。同時該項改造還降低了閃蒸汽外排量,減少系統熱損失,確保凝結水高效回收。
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