卷煙廠鍋爐余熱階梯利用技術(shù)改造

鄭東升

（河南中煙工業(yè)公司，河南鄭州 450000）

0 引言

卷煙廠異地技改時(shí)，設(shè)計(jì)的燃?xì)馊加凸I(yè)鍋爐工藝流程及余熱回收利用系統(tǒng)如下：軟化水→熱水箱（在熱水箱中，與二級節(jié)能器的煙氣換熱，然后與連續(xù)排污換熱器進(jìn)行熱量交換，完成初步加熱）→除氧器（被蒸汽加熱，蒸汽加藥物除氧）→鍋爐一級節(jié)能器→鍋爐（鍋爐運(yùn)行參數(shù)，壓力1.2 MPa，溫度194 ℃）→蒸汽→供制絲和中央空調(diào)使用。同時(shí)回收高溫冷凝水，回收流程如下：制絲和中央空調(diào)的蒸汽經(jīng)過做功后，溫度降低，變?yōu)槔淠平z冷凝水經(jīng)過閃蒸灌閃蒸，閃蒸汽壓力0.2 MPa，溫度120 ℃，凝結(jié)水溫度110 ℃，空調(diào)凝結(jié)水溫度75 ℃，進(jìn)入熱水箱對軟化水預(yù)加熱，然后進(jìn)入除氧器。高溫冷凝水回收流程見圖1。

圖1 鍋爐冷凝水回收利用工藝流程

1 存在問題

（1）在制絲車間生產(chǎn)期間，熱水箱的放散管有連續(xù)不斷的蒸汽排放，造成大量熱能浪費(fèi)。

（2）熱水箱水擊嚴(yán)重，造成熱水箱開裂漏水，危急生產(chǎn)保供。

（4）除氧器水溫不穩(wěn)定，藥物補(bǔ)充除氧加藥量大。

2 原因分析

高溫冷凝水回收方式及熱能品位見圖2。制絲凝結(jié)水和空調(diào)凝結(jié)水均采用閉式回收，混合后注入熱水箱，變?yōu)殚_式回收，之后再進(jìn)入除氧器，又變?yōu)殚]式回收。

開式回收相比較閉式回收的缺點(diǎn)：閃蒸損失大、回收水溫低、熱能利用率差、管網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重。即便是設(shè)計(jì)相對比較完善的開式系統(tǒng)，閃蒸損失及降溫?fù)p失仍舊十分可觀。

圖2 高溫冷凝水回收方式及熱能品位

飽和水及水蒸氣的熱力學(xué)特性（圖3）。蒸汽攜帶的總熱量遠(yuǎn)大于同溫度下的飽和水含有的熱量，多出部分是對應(yīng)壓力下的汽化潛熱，例如2 bar（絕對壓力）蒸汽的汽化潛熱是水的顯熱的4 倍。熱能品位高低與壓力和溫度有關(guān)，壓力越高、溫度越高則熱能品位越高，蒸汽潛熱的熱能品位遠(yuǎn)大于顯熱的熱能品位。

圖3 飽和水及水蒸氣的熱力學(xué)特性曲線

（1）制絲高品質(zhì)的冷凝水采用開式回收（熱水箱），使超過100 ℃水溫的熱量無法有效利用，是造成大量熱源外排（放散管排蒸汽）的主要原因。

（2）高品質(zhì)制絲冷凝水（110 ℃）、閃蒸汽（120 ℃）與低品質(zhì)空調(diào)冷凝水（75 ℃）混合，再與常溫的軟化水及純凈水（20 ℃）混合，介質(zhì)之間溫差大，沒有采用減壓消振措施，是造成熱水箱水擊、劇烈振動(dòng)的原因。

（3）多種溫度介質(zhì)在熱水箱內(nèi)的水混合換熱，水通常只能加熱到（70～80）℃，通過除氧泵加壓進(jìn)入除氧器。再通過蒸汽加熱，除氧器中的水與鍋爐本體的一級節(jié)能器（煙溫230 ℃）換熱，二者溫度懸殊大，造成嚴(yán)重水擊。除氧器的進(jìn)水口位置偏下方，距離除氧器的出水口近，除氧器溫度傳感器在上方，造成水溫虛假，新蒸汽加熱有限。造成進(jìn)入鍋爐鍋體的水溫維持在（65～85）℃，導(dǎo)致鍋爐效能不高。

歷史文化街區(qū)是歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)體系的重要組成部分，是不可再生的珍貴資源，具有重要的歷史文化價(jià)值。全區(qū)各級各部門要按照《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護(hù)條例》及相關(guān)規(guī)定，依法做好歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃的編制和實(shí)施工作，完善保護(hù)規(guī)章制度，切實(shí)加強(qiáng)歷史文化街區(qū)保護(hù)工作。自治區(qū)住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳、文化廳等有關(guān)部門要切實(shí)加強(qiáng)對歷史文化街區(qū)保護(hù)工作的指導(dǎo)、監(jiān)督和檢查。

（4）由于除氧器的實(shí)際溫度不高，造成熱力除氧效果不好，補(bǔ)充藥物除氧，消耗的藥物量大。

3 改造措施

3.1 整體思路

盡可能保留原管道系統(tǒng)的整體布置，局部改造現(xiàn)有管道，把凝結(jié)水、閃蒸汽由現(xiàn)在的開式回收方式，改為閉式回收方式，根據(jù)余熱品位采用階梯形式分級利用，逐步提高鍋爐給水溫度，達(dá)到余熱收得回來、充分利用，消除熱水箱和一級節(jié)能器振動(dòng)。改造后的余熱回收與利用的工藝流程見圖4。

圖4 改造后余熱回收與利用工藝流程

（1）軟化水進(jìn)入熱水箱，通過循環(huán)泵先與二級節(jié)能器、表面排污換熱器進(jìn)行循環(huán)熱交換，吸收熱量后，再通過除氧泵送入除氧器，與回收的高溫凝結(jié)水在除氧頭水室混合。閃蒸汽直接送入除氧水箱，并通過設(shè)置在除氧水箱低水位線處的浸沒式蒸汽消音加熱器噴出，先與除氧水箱內(nèi)的水進(jìn)行混合換熱，未交換完的閃蒸汽析出水面并匯集進(jìn)入除氧頭，與從除氧頭啟膜器向下流動(dòng)的低溫水再次進(jìn)行熱交換，提高剛進(jìn)入除氧器的水溫。相應(yīng)的熱水箱水溫降低，有利于二級節(jié)能器和排污換熱罐換熱。

（2）除氧器溫度控制在104 ℃，多余熱量（乏汽）經(jīng)過除氧頭上部排放管排出送入熱水箱，與熱水箱內(nèi)的水進(jìn)行最后一次熱交換，放盡熱量凝結(jié)成水，使熱量得到充分利用。

3.2 除氧器藥物除氧的改進(jìn)

穩(wěn)定除氧水箱的水溫，改變藥劑進(jìn)入除氧器的位置，提高藥物補(bǔ)充除氧效果。除氧藥劑從除氧頭給水管道進(jìn)入，與同時(shí)進(jìn)入除氧器的水提前混合，使藥劑混合擴(kuò)散更快，除氧效果更佳，降低加藥量，節(jié)省藥劑，降低費(fèi)用。除氧器水溫升高，除氧藥劑使用量減少。

3.3 改造施工示意圖

具體改造施工示意見圖5，圖中虛線為改動(dòng)新增管道及閥門。

3.4 改造實(shí)施

利用十一假期停產(chǎn)時(shí)間實(shí)施改造，保持原有系統(tǒng)，利用原有管道和備件，減少工作量，節(jié)約改造費(fèi)用。

（1）凝結(jié)水回收利用。用DN150 316L 不銹鋼管，接在進(jìn)入熱水箱前的管道上，直接送入1#，2#除氧器的配水室，配備相應(yīng)的閥門便于調(diào)節(jié)，原進(jìn)入熱水箱的凝結(jié)水閥門關(guān)閉。

圖5 管道改造示意

（2）閃蒸汽回收利用。在DN150 閃蒸汽主管道上開設(shè)三通，用DN100 和DN80 的管道分別接入兩臺(tái)除氧器水箱的備用口，配PN16 DN100 和DN80 截止閥各1 臺(tái)，便于調(diào)節(jié)和檢修時(shí)使用。

（3）除氧器消振。除氧器內(nèi)部，閃蒸汽管連接2 個(gè)316L DN100 PN16 和316L DN65 PN16 浸沒式蒸汽消聲加熱器，縱向安裝在除氧頭下方，水箱低水位線處，消除沖擊振動(dòng)，提高換熱效果，穩(wěn)定除氧器水溫。

（4）隔斷原進(jìn)入熱水箱的閃蒸汽管路。在2#除氧頭1 側(cè)適當(dāng)位置安裝1 臺(tái)DN150 截止閥，把原閃蒸汽管隔斷，隔斷閥后部管道暫不做改動(dòng)。

（5）除氧器做完功后乏汽的再利用。切斷1#，2#除氧器頭上部DN65 的除氧器乏汽排放管道，與另鋪設(shè)1 條DN65 管道連接，最后接在DN150 閃蒸汽管道的隔斷閥后部管道上，品位較低的熱能送到熱水箱再利用。

（6）除氧器加藥的改進(jìn)。藥物除氧是彌補(bǔ)除氧器溫度偏低引起的除氧效果不佳的除氧方式。原來，加藥除氧的管道在除氧器中下部，導(dǎo)致除氧水箱藥物混合不均衡，藥物除氧效果下降。改造后將藥物除氧的進(jìn)水管接在兩臺(tái)除氧器給水管主管道上，從除氧器上部進(jìn)入，隨除氧器給水噴淋而下，達(dá)到藥物混合均勻，提高除氧效果。

4 改造后的成效

4.1 直接效果

（1）余熱使用方式采取的是按余熱品位階梯使用，各部換熱會(huì)更加合理，余熱利用更加完全，熱水箱的放散管連續(xù)外排蒸汽的現(xiàn)象徹底消失。

（2）進(jìn)入熱水箱的熱為除氧器使用不完的余熱，不存在介質(zhì)間大的溫差，熱水箱水擊振動(dòng)現(xiàn)象消失。

（3）采取余熱的梯級利用、改變除氧進(jìn)水方式，除氧器內(nèi)部換熱充分且均勻，除氧器溫度（即鍋爐給水溫度）由原來的（65～85）℃左右提高到（99～104）℃左右，提高了17 ℃，除氧器加熱不再使用新蒸汽。由于除氧器溫度與鍋爐一級節(jié)能器之間溫差的減小，并且溫度均衡，鍋爐本體的一級節(jié)能器水擊振動(dòng)的現(xiàn)象消失（開工點(diǎn)爐時(shí)段除外）。

（4）改造后由于進(jìn)入熱水箱的都是低品位的余熱，熱水箱水溫低，有利于低品位熱量的利用，正常情況下熱水箱可全部利用完。由于熱水箱水溫降低，二級節(jié)能器煙溫由原來的110 ℃左右降低到90 ℃左右，提高了二級節(jié)能器煙氣余熱的回收利用率。

（5）改造后因除氧水溫的提高約20 ℃，加藥管位置的改變，使藥劑擴(kuò)散更快，混合更好，除氧效果更佳，加藥量由原來的60%調(diào)整為40%，減少20%，且給水含氧量化驗(yàn)值30 μg 左右（國標(biāo)規(guī)定給水含氧量<100 μg），符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 鍋爐能效的提升

改造后，2018 年10 月份鍋爐氣汽比74.71 m3/t；2017 年10月份鍋爐氣汽比76.69 m3/t，同比下降了1.98 m3/t，實(shí)現(xiàn)了鍋爐效能指標(biāo)的明顯提升。

4.3 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

（1）改造后提升了鍋爐能效，按照氣汽比下降1.98 m3/t 計(jì)算，按照2017 年全年蒸汽產(chǎn)量70 600 t，天然氣價(jià)格3.6 元/ m3，可以算出，年節(jié)約天然氣價(jià)值70 600×1.98×3.6=50.323 7 萬元人民幣。

（2）按2017 年除氧藥劑使用量40 t，20 元/kg 計(jì)算，改造后減少加藥量20%，年節(jié)約藥劑價(jià)值40 000×20×20%=16 萬元人民幣。

以上合計(jì)，改造后每年直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值＞66 萬元人民幣，扣除改造成本費(fèi)用4.8 萬元人民幣，當(dāng)年凈節(jié)約61.2 萬元人民幣。

5 結(jié)束語

全國煙廠都有制絲線和中央空調(diào)，都有鍋爐余熱回收的必要，在余熱回收過程中，不可避免面對各品位余熱的分級利用的問題，技術(shù)改造所探索出的余熱分級利用經(jīng)驗(yàn)和模式，投資不大，成效明顯，對存在相似困擾的卷煙廠和新技改項(xiàng)目，具有較強(qiáng)的推廣、借鑒價(jià)值。