直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理中的應用

福建中燃清潔能源投資有限公司 龔小輝

目前，蒸汽發(fā)生器已經(jīng)廣泛地應用于為賓館、酒樓、食堂、酒店等公共建筑場所提供蒸汽或熱水，但鑒于蒸汽發(fā)生器多為小型的蒸汽發(fā)生裝置，單個蒸汽發(fā)生裝置多在0.125 t 以下，部分蒸汽發(fā)生器廠家將4 臺甚至更多的蒸汽發(fā)生裝置集成在1 個蒸汽發(fā)生單元或機中，單臺蒸汽單元或機所產(chǎn)生的蒸汽可在0.5～0.8 t/h 以下?，F(xiàn)有一種直流式蒸汽發(fā)生器為無壓力容器、安全性能高、升溫速度快，可5 s出蒸汽，能分布式模塊化管理，且可根據(jù)需求對設(shè)備功率自動進行調(diào)整，現(xiàn)已逐步在化工、食品、化纖等行業(yè)在蒸汽需求在4 t/h 左右的企業(yè)進行試點運行，并得到了相關(guān)試點企業(yè)的好評，同時也發(fā)現(xiàn)存在若干問題。為了推動直流式蒸汽發(fā)生器的發(fā)展，本文針對直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理中的應用進行了分析與探討，并針對所存在的問題提出了若干解決措施。

1 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理概述

直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理的原理，如圖1 所示。

圖1 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理原理

直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理中的主要設(shè)備及功能如下：

(1)純水設(shè)備：設(shè)備的作用是對自來水或井水等水源進行雜質(zhì)過濾和軟化，主要由砂過濾器(作用為粗過濾，主要過濾原水中的淤泥、毛發(fā)、藻類、大顆粒狀物體)、活性炭過濾器(作用為除色，除味，除余氯，還原氧化物)、樹脂過濾器(作用為軟化水質(zhì))、精密過濾器(作用為過濾粒徑大于5 μm 的顆粒物)、RO 膜反滲透過濾器(其孔徑小于0.000 5 μm，利用反滲透原理能有效去除水中的細菌、無機鹽、病毒和農(nóng)藥等致癌物)等組成，其內(nèi)部工藝流程為：自來水或井水→源水泵→石英砂過濾器→活性碳過濾器→軟化過濾器→精密過濾器→進水閥→高壓RO 泵→RO 反滲透膜過濾器→純水箱。

(2)蒸汽機：以1臺直流式天然氣蒸汽機(0.5 t/h)為例，其由4 個蒸汽發(fā)生機組模塊(每個模塊產(chǎn)生0.125 t/h的蒸汽量)集成為1臺蒸汽機(每臺蒸汽機有4個蒸汽出口)。每個蒸汽發(fā)生機組模塊又由3個蒸汽發(fā)生器構(gòu)成，依次為第一蒸汽發(fā)生器、第二蒸汽發(fā)生器和第三蒸汽發(fā)生器；每個蒸汽發(fā)生器包括3個由上往下設(shè)置在燃燒室內(nèi)的熱交換器，依次為第一熱交換器、第二熱交換器和第三熱交換器，每個熱交換器均由蛇形銅管組成。蒸汽機內(nèi)部工藝流程為：純水箱的水→蒸汽機的進水管→機內(nèi)水泵→機內(nèi)進水壓力開關(guān)→機內(nèi)進水電磁閥→機內(nèi)進水噴嘴→第一蒸汽發(fā)生器的第一熱交換器→第二蒸汽發(fā)生器的第一熱交換器→第三蒸汽發(fā)生器的第一熱交換器→第三蒸汽發(fā)生器的第二熱交換器→第二蒸汽發(fā)生器的第二熱交換器→第一蒸汽發(fā)生器的第二熱交換器→第一蒸汽發(fā)生器的第三熱交換器→第二蒸汽發(fā)生器的第三熱交換器→第三蒸汽發(fā)生器的第三熱交換器→蒸汽機內(nèi)出口，具體流向見圖2。

圖2 直流式天然氣蒸汽機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理中的應用實例

福建省某化工企業(yè)使用1 臺4 t/h 的煤鍋爐，日用蒸汽量在50 t 左右，24 h 生產(chǎn)，由于煤鍋爐不能滿足環(huán)保的要求，該化工企業(yè)擬采用天然氣作為燃料。經(jīng)試用，使用1 臺0.5 t/h 的直流式天然氣蒸汽發(fā)生器能滿足其使用蒸汽需求，該企業(yè)考慮到直流式天然氣蒸汽發(fā)生器具有安全、升溫速度快、便于啟停、能耗少等優(yōu)點，率先在其廠區(qū)內(nèi)采用直流式天然氣蒸汽發(fā)生器進行了合同能源管理的試點工作。布置合同能源管理用蒸汽發(fā)生器時可分置于各用氣點，也可集中放置在一起。該企業(yè)直流式天然氣蒸汽發(fā)生器放置的現(xiàn)場見圖3。

圖3 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器放置現(xiàn)場

3 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理實測數(shù)據(jù)及分析

由于直流式天然氣蒸汽發(fā)生器用于合同能源管理屬于嘗試階段，并無現(xiàn)成的經(jīng)驗可參照。為了便于蒸汽使用量的比對和確定，在蒸汽出口后端除安裝渦街蒸汽流量計外，還在蒸汽機的水進口處安裝了進水水表。同時為了便于統(tǒng)計噸水(以水表計量)和噸蒸汽(以蒸汽表計量)天然氣的耗量，在供蒸汽機的燃氣調(diào)壓柜中也安裝了天然氣流量計。2018年運行一年后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 2018 年合同能源管理能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)

通過2018全年的運行數(shù)據(jù)可知，如液化天然氣的價格按2018年項目實際平均采購價4 507 元/t，氣化率為1 440 m3/t計算(以下蒸汽使用價格測算均以此氣價計算)，按渦街蒸汽表計量的蒸汽噸數(shù)進行合同能源管理結(jié)算依據(jù)，合同能源管理方的1 t/h蒸汽的燃料成本就在307.98～354.3 元；而按水表計量作為結(jié)算依據(jù)，合同能源管理方的1 t/h蒸汽的燃料成本只有156.62～189.48 元。合同能源管理能耗統(tǒng)計表的數(shù)據(jù)表明：直流式天然氣蒸汽發(fā)生器用于合同能源管理，使用渦街蒸汽表計量和按水表計量進行結(jié)算蒸汽的噸數(shù)和價格的差異比較大，這也造成了蒸汽用戶的使用價格相差較大，測算情況見表2。

表2 合同能源管理1 t/h 蒸汽使用價格測算 元

從直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理項目實施初期開始，合同能源管理方、用蒸汽方和蒸汽設(shè)備廠家就密切關(guān)注和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并經(jīng)充分的論證得出以下結(jié)論：直流式天然氣蒸汽發(fā)生器生產(chǎn)的蒸汽中含有水，使得渦街流量計在有水的情況下無法準確計量蒸汽流量，造成蒸汽量的測量值偏少，1 t/h蒸汽的耗氣量高達98.04～113.20 m3，從而蒸汽使用價格高達355.98～402.3 元，故不能以此作為結(jié)算依據(jù)。而直流式天然氣蒸汽發(fā)生器直接用水表數(shù)計量顯然也不合理，因為蒸汽中含有水分，應用水表數(shù)扣除蒸汽含有的水含量方才合理。

鑒于上述情況，為解決合同能源管理方、用蒸汽方和蒸汽設(shè)備廠家三方的矛盾，在本項目需要全日運行的情況下，選擇在另一小型項目進行蒸汽含有的水含量的檢測試驗，在蒸汽機的蒸汽出口加裝設(shè)水汽分離器和回水水表，得出蒸汽含水量在10%左右的結(jié)果。依據(jù)檢測結(jié)果，重新對合同能源管理1 t/h 蒸汽使用價格進行調(diào)整測算。但若按蒸汽機產(chǎn)生的蒸汽含水量計算，得出 1 t/h 蒸汽僅需要55.6～67.27 m3天然氣，這又顯然與理論計算1 t/h蒸汽耗天然氣在75～80 m3相沖突。蒸汽設(shè)備廠家也聲稱在廠內(nèi)試驗其蒸汽機設(shè)備的1 t/h 蒸汽耗用天然氣的氣量約為75 m3，并依照此用氣量也作了1 t/h 蒸汽使用價格的重新測算，兩種調(diào)整測算結(jié)果見表3。

表3 合同能源管理1 t/h 蒸汽使用價格調(diào)整測算元

盡管本應用實例中合同能源管理方、蒸汽使用方和蒸汽設(shè)備廠家三方進行了反復測算，但蒸汽使用方仍堅持以蒸汽表測算蒸汽數(shù)乘以約定的合同蒸汽使用價格進行結(jié)算，這無疑是合同能源管理方不能接受的。最終，合同能源管理方和蒸汽使用方協(xié)商，不以蒸汽表或水表來計量蒸汽數(shù)乘以約定的合同蒸汽使用價格結(jié)算，而以天然氣購進價加上一定的毛差乘以天然氣使用量來結(jié)算。

4 結(jié)語

通過直流式天然氣蒸汽發(fā)生器應用于福建省某化工企業(yè)合同能源管理實例的數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計，得出以下結(jié)論：

(1)由于直流式天然氣蒸汽發(fā)生器生產(chǎn)的蒸汽中含有水，使得渦街流量計無法準確計量蒸汽流量，如用蒸汽計量乘以約定的合同蒸汽使用價格為合同能源管理的結(jié)算依據(jù)，直流式天然氣蒸汽發(fā)生器將不利于合同能源管理方。

(2)由于直流式天然氣蒸汽發(fā)生器生產(chǎn)的蒸汽中含有水，如以水計量為合同能源管理的結(jié)算依據(jù)，水表的量大于提供蒸汽的量，這又不利于合同能源使用方。

(3)鑒于直流式天然氣蒸汽發(fā)生器用水計量或用蒸汽流量計計量都存在不能公平計量的情況，雙方可先行采用以天然氣的用氣量和天然氣順價作為合同能源管理的基準。

直流式天然氣蒸汽發(fā)生器用于福建省某化工企業(yè)合同能源管理的實例中雖然出現(xiàn)了不少的爭議，但直流式天然氣蒸汽發(fā)生器具有適應性強、放置地點靈活、安全等優(yōu)點，為促進小型直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理上的發(fā)展，后續(xù)推廣使用時須在工藝流程上進行改進，如采取在直流式天然氣蒸汽發(fā)生器出口端增加水氣分離器、增加回水熱利用、測試其它適應于含水的蒸汽流量計等措施都可以化解所存在的問題。