運(yùn)用蒸汽蓄熱器，優(yōu)化蒸汽供熱系統(tǒng)，提升輪胎產(chǎn)品質(zhì)量

何大志，王鐳

(四川輪胎橡膠（集團(tuán)）股份有限公司，四川 簡(jiǎn)陽(yáng) 641402)

運(yùn)用蒸汽蓄熱器，優(yōu)化蒸汽供熱系統(tǒng)，提升輪胎產(chǎn)品質(zhì)量

何大志，王鐳

(四川輪胎橡膠（集團(tuán)）股份有限公司，四川 簡(jiǎn)陽(yáng) 641402)

了解蒸汽蓄熱器的工作原理，對(duì)我公司動(dòng)力車(chē)間供氣現(xiàn)在進(jìn)行分析后，決定使用蒸汽蓄熱器優(yōu)化供熱系統(tǒng)，改造后的供熱系統(tǒng)對(duì)輪胎質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境污染等都有很大的提高。

蒸汽蓄熱器；負(fù)荷；節(jié)能；降耗

1 蒸汽蓄熱器概述

蒸汽蓄熱器是熱能的吞吐倉(cāng)庫(kù)，一般為臥式圓筒體，內(nèi)裝軟化水。充熱過(guò)程：當(dāng)用汽負(fù)荷下降時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的多余蒸汽以熱能的形式通過(guò)充熱裝置充入軟化水中貯存，使容器內(nèi)壓力、溫度上升，形成一定壓力下的飽和水；放熱過(guò)程：當(dāng)用汽負(fù)荷上升，鍋爐供汽不足時(shí)，隨著壓力下降，容器內(nèi)的飽和水成為過(guò)熱水而形成自蒸發(fā)，向用戶供汽。通過(guò)蓄熱器對(duì)熱能的吞吐作用，使供、用熱系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，從而可使鍋爐在滿負(fù)荷或某一穩(wěn)定負(fù)荷下平穩(wěn)運(yùn)行，一般可提高熱效率2%～10%[1]。蓄熱器中的水既是蒸汽和水進(jìn)行熱交換的介質(zhì)，又是蓄存熱能的載體。蓄熱器工作示意圖1。

2 目前我動(dòng)力車(chē)間存在的供汽現(xiàn)狀

圖1 蒸汽蓄熱器與汽源的并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)記錄的2014年4月23日蒸汽負(fù)荷曲線圖如圖2顯示，在實(shí)際供汽生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)了蒸汽汽負(fù)荷不均衡，且波動(dòng)較大，波動(dòng)范圍的實(shí)際值在5.25～7.65 t/h之間， 波動(dòng)率在19.4%～28%范圍內(nèi)，平均波動(dòng)率為23.7%。用汽負(fù)荷波動(dòng)對(duì)鍋爐運(yùn)行操作帶來(lái)很大的不利因素，如不設(shè)法加以解決，勢(shì)必造成如下的弊害：

（1）用汽負(fù)荷波動(dòng)迫使供汽鍋爐的負(fù)荷也隨之波動(dòng)。由于鍋爐的蓄熱量有限，當(dāng)外界用汽負(fù)荷達(dá)到高峰或低谷時(shí)，鍋爐的供汽壓力往往隨之升降，鍋爐工難以跟隨用汽負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整操作，鍋爐的燃燒工況惡化，導(dǎo)致熱效率下降。

圖2 4月23日蒸汽負(fù)荷曲線圖

表1 鍋爐蒸汽、耗煤統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表1可知：2010年我公司鍋爐平均熱效率為63%，2011年我公司鍋爐平均熱效率為65%，2012年我公司鍋爐平均熱效率為63.5%，2013年1～8月鍋爐平均熱效率為56.7%。

（2）由于供汽鍋爐的燃燒強(qiáng)度隨用汽負(fù)荷波動(dòng)而變化。有時(shí)趕火，猛加燃料，爐膛內(nèi)燃燒劇烈，使?fàn)t壁過(guò)熱；有時(shí)壓火，爐膛內(nèi)燃燒緩慢，爐膛溫度下降。這樣易導(dǎo)致鍋爐爐墻開(kāi)裂，爐管彎曲變形和水冷壁上結(jié)渣；爐內(nèi)燃燒不盡，火焰延伸，可使蒸汽過(guò)熱器或?qū)α鞴艹瑴?。在如此工況下，易導(dǎo)致鍋爐發(fā)生故障。

（3）鍋爐蓄熱量有限，遇高峰用汽時(shí)供汽壓力下降和蒸汽嚴(yán)重帶水，影響生產(chǎn)工藝，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

（4）鍋爐的燃燒不穩(wěn)定，燃料的燃燒與所需空氣量失去平衡，發(fā)生不完全燃燒，造成環(huán)境污染。

3 改造方案

3.1 方案措施

為消除供汽鍋爐負(fù)荷的較大波動(dòng)，穩(wěn)定供汽壓力，提高鍋爐的運(yùn)行熱效率，可在供汽系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽蓄熱器，使鍋爐連續(xù)地按滿負(fù)荷或某一穩(wěn)定的負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)外界用汽負(fù)荷低于鍋爐供汽量時(shí)，就將多余熱能儲(chǔ)蓄于蓄熱器中；在發(fā)生高峰負(fù)荷，鍋爐供汽不足時(shí)，蓄熱器就釋放出所蓄熱能以補(bǔ)充不足。這樣使鍋爐負(fù)荷不必隨用汽負(fù)荷的波動(dòng)而波動(dòng)，在穩(wěn)定的燃燒工況下達(dá)到最佳運(yùn)行熱效率。

3.2 使用蒸汽蓄熱器的效果分析

3.2.1 節(jié)省鍋爐燃料

鍋爐熱效率曲線可參考圖3。

圖3 鍋爐熱效率曲線圖

蒸汽鍋爐的最佳熱效率是在額定蒸發(fā)量以下或其附近，最佳效率區(qū)大概在額定蒸發(fā)量的85%～100%范圍之內(nèi)[2]。低負(fù)荷和超負(fù)荷時(shí)熱效率均要降低，鍋爐的熱效率曲線呈拋物線形狀。因此，鍋爐在低負(fù)荷和超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐熱效率均會(huì)降低。

根據(jù)表1可知，2010年我公司鍋爐平均蒸發(fā)量為額定蒸發(fā)量的87.3%；2011年為76.4%；2012年為77.2%；2013年1至8月只有72.2%。因此，我公司鍋爐長(zhǎng)期未能達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)熱效率。

3.2.2 負(fù)荷波動(dòng)對(duì)鍋爐燃燒效率的影響

鍋爐的運(yùn)行熱效率隨鍋爐負(fù)荷的變動(dòng)而不同，一般按經(jīng)濟(jì)蒸發(fā)量連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)效率最高。鍋爐負(fù)荷急劇、頻繁波動(dòng)時(shí)效率較低，可參考鍋爐負(fù)荷變化與效率關(guān)系曲線圖[2]，如圖4所示。

圖4 鍋爐負(fù)荷變化與效率關(guān)系曲線圖

在用汽負(fù)荷劇烈波動(dòng)的供熱系統(tǒng)中，供汽鍋爐配用蒸汽蓄熱器后，鍋爐就不再追隨波動(dòng)負(fù)荷而變動(dòng)蒸發(fā)量，基本上保持連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行工況，這就避免了燃燒工況變動(dòng)造成的各種熱損失。

圖5為2014年4月23日蒸汽負(fù)荷波動(dòng)圖，未用蒸汽蓄熱器鍋爐負(fù)荷隨用汽負(fù)荷波動(dòng)，于26.25～33.06 t/h之間波動(dòng)，波動(dòng)率在19.4%～28%范圍內(nèi)，平均負(fù)荷29.5 t，平均波動(dòng)率為23.7%。裝蓄熱器后鍋爐負(fù)荷基本穩(wěn)定在29.5 t/h。

圖5 4月23日蒸汽負(fù)荷曲線圖

3.2.3 增大供熱能力

當(dāng)鍋爐供汽能力低于用汽負(fù)荷峰值時(shí)，安裝使用蓄熱器，可使鍋爐壓力穩(wěn)定，提高供汽量。避免為滿足用汽峰值需求而額外增加一臺(tái)鍋爐的運(yùn)行，而其余時(shí)間維持鍋爐燃燒而導(dǎo)致的散熱損失。

3.2.4 減少鍋爐故障，延長(zhǎng)鍋爐使用壽命

在裝用蒸汽蓄熱器后，鍋爐的負(fù)荷穩(wěn)定，燃燒工況較好，蒸汽壓力穩(wěn)定，避免了不良情況現(xiàn)象。鍋爐檢修工作量減少，維修費(fèi)用也隨之減少，保證了鍋爐的使用壽命，達(dá)到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.5 加裝蒸汽蓄能器

通過(guò)加裝蒸汽蓄能器保證了蒸汽的壓力穩(wěn)定，可提高輪胎年產(chǎn)量，更好的保證了輪胎質(zhì)量。

3.2.6 有利于保護(hù)環(huán)境

通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)。在鍋爐工況穩(wěn)定后，可以方便的控制風(fēng)煤比，穩(wěn)定鼓風(fēng)引風(fēng)比。不但改善了燃燒過(guò)程，更減少因不完全燃燒造成的環(huán)境污染。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 提高熱效率，節(jié)約耗煤

用汽的尖峰負(fù)荷未超過(guò)鍋爐最大產(chǎn)汽量，用汽的波動(dòng)幅度也未產(chǎn)生不允許的鍋爐壓降幅度和壓降速度，但用汽波動(dòng)的頻繁度很高（例如達(dá)到每小時(shí)4、5次以上的頻率），對(duì)于這種情況，從節(jié)能的觀點(diǎn)考慮，也應(yīng)該裝設(shè)蓄熱器。因?yàn)樵谶@種情況下，裝了蓄熱器以后，可以使鍋爐出力穩(wěn)定，避免了頻繁增減出力操作過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)跑紅火、冒黑煙和過(guò)大或過(guò)小的過(guò)量空氣系數(shù)下運(yùn)行，一般可以節(jié)能5%～7%以上[3]。

通過(guò)實(shí)施的“運(yùn)用蒸汽蓄熱器， 優(yōu)化蒸汽供熱系統(tǒng)”節(jié)能技改項(xiàng)目的完成投用，設(shè)備至今運(yùn)行正常，通過(guò)專業(yè)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，我公司增加蓄熱器后，提高了鍋爐熱效率約5%。

節(jié)能計(jì)算：2012年蒸汽產(chǎn)量Q=234 640 t，耗煤量M=61 666 t，原煤發(fā)熱量K=4 000 kcal/kg=4 000× 4.186=16 744 kJ/kg，蒸汽熱焓值H=2 794 kJ/kg。

現(xiàn)鍋爐平均熱效率：

增加蓄熱器后，提高熱效率約3%，即熱效率η=66.5%。保持蒸汽產(chǎn)量不變的情況下，年耗煤量為M′，即每年可節(jié)約煤量?M=M-M′。

全年節(jié)約原煤2 782 t，噸煤價(jià)約500 元，

全年節(jié)煤價(jià)值1 391 000元。

4.2 減少一臺(tái)鍋爐運(yùn)行，節(jié)約鍋爐散熱損失

企業(yè)的平均用汽負(fù)荷未超過(guò)部分幾臺(tái)鍋爐的最大產(chǎn)汽量，但在短時(shí)間的尖峰用汽期間需要增加一臺(tái)鍋爐運(yùn)行，而尖峰需汽量并不多，時(shí)間又短（例如每天1～2 次，每次2～3 h），通過(guò)裝設(shè)蓄熱器后可以不用每天短時(shí)間多運(yùn)行一臺(tái)鍋爐，從而可以取得更大的節(jié)能效果[3]。

根據(jù)往年生產(chǎn)用汽需求，結(jié)合鍋爐實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)汽情況（見(jiàn)表1）。近三年，動(dòng)力分公司每年至少有4個(gè)月的時(shí)間要采取一大帶一小的方案，即投入一臺(tái)35 t/ h鍋爐和一臺(tái)10 t/h鍋爐或一臺(tái)25 t/h鍋爐和二臺(tái)10 t/h鍋爐。而增加蓄熱器之后既減少一臺(tái)10 t/h鍋爐運(yùn)行，只投運(yùn)一臺(tái)35 t/h鍋爐或一臺(tái)25 t/h鍋爐和一臺(tái)10 t/h鍋爐，節(jié)約了一臺(tái)10 t/h鍋爐運(yùn)行時(shí)的散熱損失。

一臺(tái)10 t/h鍋爐本身散熱損失為1.7%[3]，約為668 666.6 kJ/h，我原煤發(fā)熱量按4 000 kcal/kg計(jì)算。則鍋爐散熱導(dǎo)致的煤耗：

噸煤價(jià)約500元，10 t/h鍋爐120天散熱損失價(jià)值約57 456元。

4.3 蓄熱器的散熱損失

100 m3蓄熱器散熱量59 000 kJ/h[4]。我原煤發(fā)熱量按4 000 kcal/kg計(jì)算，蓄熱器運(yùn)行一年的熱損失，相當(dāng)于耗煤：

噸煤價(jià)約500元，則蓄熱器年散熱損失價(jià)值約15 330元。

4.4 運(yùn)行成本投入

日常管理與一般壓力容器管理相同，不需增加人工管理；消耗水、電量極低可忽略。

4.5 維修投入

運(yùn)行方便，基本不維修。

4.6 折舊費(fèi)用計(jì)算

折舊計(jì)算：蒸汽蓄熱器一般可穩(wěn)定運(yùn)行20年，

預(yù)計(jì)凈殘值率為5%，預(yù)計(jì)使用20年，

則年折舊費(fèi)85 500元。

4.7 其他節(jié)能計(jì)算

多運(yùn)行一臺(tái)10 t/h鍋爐時(shí)，需要經(jīng)常壓火，壓火過(guò)程中不產(chǎn)生蒸汽，造成的燃煤損失、鍋爐輔機(jī)電耗、人工費(fèi)難以統(tǒng)計(jì)，故未納入節(jié)能計(jì)算。

4.8 投資預(yù)算

主體為一臥式圓筒形壓力容器，一般用Q325制造，內(nèi)部裝有充熱和放熱設(shè)備，外部設(shè)有人孔、液位計(jì)、控制閥門(mén)和安全閥門(mén)等。

蓄熱器設(shè)計(jì)、制造、安裝費(fèi)用約150萬(wàn)；土建設(shè)計(jì)施工費(fèi)約30萬(wàn)；合計(jì)180萬(wàn)。

4.9 經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)論

綜上所述，使用蒸汽蓄熱器后每年可節(jié)約費(fèi)用約1 347 626元，一年半即可收回投資。

[1] 楊興成，王占義. 鍋爐負(fù)荷變化對(duì)運(yùn)行效率的影響及控制[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2001.2.

[2] 程祖虞. 蒸汽蓄熱器的應(yīng)用和設(shè)計(jì)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社出版社，1986.12.

[3] 陳波. 蒸汽蓄熱器在輪胎生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 橡膠科技市場(chǎng)，2008.6（11）.

[4] 王孟浩. 添鍋爐，還是裝蓄熱器 兼論蓄熱器的散熱損失[J].華東工業(yè)鍋爐，1992.（4）.

Using steam accumulator, optimizing steam heating system, improving quality of tire products

Using steam accumulator, optimizing steam heating system, improving quality of tire products

He Dazhi, Wang Lei

(Sichuan Tire & Rubber (Group) Co., Ltd., Jianyang 641402, Sichuan, China)

This paper describes the working principle of the steam accumulator. After analyzing the status of power plant gas supply, we decide to use steam accumulator to optimize heating system. Tire quality, economic, and environmental pollution have been greatly improved after the transformation of the heating system.

steam accumulator; load; energy saving; consumption reducing

TQ330.8

1009-797X(2015)21-0074-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.21.015

(R-03)

何大志（1984-）男，大專學(xué)歷，工程師，主要從事橡塑裝備創(chuàng)新管理與維修。

2014-08-14