一種高效節(jié)能導(dǎo)熱油集中供熱系統(tǒng)

汪雙敏* 王烈高 朱珊珊 胡斌斌

（1.黃山市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗中心 2.黃山市徽州區(qū)聚能供熱有限公司）

0 引言

近年來，隨著環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排理念的日漸深化，企業(yè)對生產(chǎn)成本控制要求越來越嚴(yán)格。據(jù)了解，國內(nèi)的聚酯樹脂企業(yè)普遍采用導(dǎo)熱油爐進(jìn)行供熱，而傳統(tǒng)獨立、分散的供熱形式不僅需要消耗大量能源，而且對環(huán)境污染較為嚴(yán)重，與可持續(xù)發(fā)展理念相悖。黃山市某供熱公司創(chuàng)新設(shè)計出以導(dǎo)熱油爐與熱交換器為主要設(shè)備，利用二次循環(huán)系統(tǒng)集中為經(jīng)濟(jì)園區(qū)內(nèi)6 家用熱單位提供熱能服務(wù)，既符合環(huán)保節(jié)能的理念，又取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。本文以該公司為例探討了該系統(tǒng)在節(jié)能與減排兩方面的相關(guān)有效措施。

1 節(jié)能減排差別分析

（1）節(jié)能方面

集中供熱常采用大型鍋爐，可燃揮發(fā)性氣體在爐內(nèi)燃燒時間越長，燃料燃燒就越充分，而分散供熱的小鍋爐由于自身規(guī)模的限制，機械不完全燃燒損失比例高，浪費能源且污染環(huán)境，因此大型集中供熱鍋爐優(yōu)勢明顯。

（2） 減排方面

大型鍋爐在設(shè)計和制造方面，均需考慮脫硫、脫硝、除塵等因素[1]。當(dāng)前集中供熱的鍋爐中SO2排放一般都達(dá)到或優(yōu)于國家環(huán)保指標(biāo)，而小鍋爐大多沒有設(shè)施或者設(shè)施不完備，無法控制廢氣排放，隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，小企業(yè)常面臨被淘汰的命運。該項目鍋爐廢氣中粉塵顆粒物、SO2、NOx等排放物的監(jiān)測結(jié)果如表1 所示。

表 1 鍋爐廢氣排放物監(jiān)測結(jié)果

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，與分散供熱的導(dǎo)熱油鍋爐相比，集中供熱導(dǎo)熱油鍋爐供熱效率提高了15%，這也就是說，集中供熱方式更節(jié)能。集中供熱利用雙堿法脫硫可使廢氣減排70%以上[2]。

2 優(yōu)化系統(tǒng)，利用余熱

2.1 集中供熱二次循環(huán)系統(tǒng)

導(dǎo)熱油二次循環(huán)系統(tǒng)流程如圖1 所示。

對于只有單一用熱設(shè)備的用戶來說，導(dǎo)熱油鍋爐的一次循環(huán)系統(tǒng)就能滿足其用熱需求，而該項目面對6 家聚酯樹脂生產(chǎn)企業(yè)，各企業(yè)的產(chǎn)品工藝不同以及生產(chǎn)投料存在時差，因此需要同時提供多種溫度和流量的熱源，且熱源的進(jìn)出口溫度與主循環(huán)回路有時差別很大。二次循環(huán)系統(tǒng)不但解決了上述難題，在實際應(yīng)用中也得到了用戶的普遍認(rèn)可[3]。在聚酯樹脂生產(chǎn)過程中，聚合反應(yīng)釜需要吸收大量熱能，并且產(chǎn)品對各個環(huán)節(jié)的導(dǎo)熱油溫度及穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。因此在鍋爐總熱功率滿足6家用戶滿負(fù)荷運行的條件下，為每家用熱單位單獨配置導(dǎo)熱油換熱器、循環(huán)泵、油氣分離器和三通調(diào)節(jié)閥，構(gòu)成多套二次循環(huán)回路。當(dāng)用戶輸入用熱參數(shù)后，PLC自動控制系統(tǒng)使三通閥直通管路開大、旁通管路關(guān)小，換熱器輸出的高溫導(dǎo)熱油會有一部分增量補充到用熱設(shè)備聚合釜內(nèi)，相同份額低溫導(dǎo)熱油經(jīng)聚合釜反應(yīng)吸熱后返回至換熱器，各回路的流量不變，但在調(diào)節(jié)閥的控制下改變了高溫導(dǎo)熱油和低溫導(dǎo)熱油的混合比率，以滿足各個時段各種產(chǎn)品的溫度要求。

圖 1 導(dǎo)熱油二次循環(huán)系統(tǒng)流程圖

2.2 余熱回收

2.2.1 余熱鍋爐節(jié)能計算

導(dǎo)熱油爐排出廢氣的平均溫度T2為300 ℃，平均風(fēng)量V 為20 000 m3/h，要求廢氣平均溫度從（T2）300 ℃降至（T1）180 ℃，根據(jù)熱力學(xué)第一定律并由《工業(yè)鍋爐設(shè)計手冊》中查得煙氣物性參數(shù)Cp[4]，代入下式計算得到每小時可回收熱量Q：

實測軟水進(jìn)口溫度為20 ℃，比熱容Cp為4.186 J/（kg·℃），加熱水量（D）為4 m3/h,按照熱回收效率90 %計算爐水加熱后溫度值T：

通過式（2）式（3）計算可得T=110 ℃。因此，通過余熱鍋爐加熱后，每小時可以將4 m3水從20 ℃加熱至110 ℃。

折算為節(jié)約的燃煤量（Ⅱ類煙煤的焦耳熱值按20 373 kJ/kg 計算）：

每小時節(jié)約燃煤量 = 回收熱量÷煤熱值

則余熱鍋爐每年能節(jié)約燃煤量為81.55 kg/h×24 h/d×365 d / a=714.38 t/a。

2.2.2 空氣預(yù)熱器節(jié)能計算

煙氣入口溫度（T3）為180 ℃，煙氣出口溫度（T4）為140 ℃，導(dǎo)熱油爐燃煤量為2 177 kg/h，煙氣的質(zhì)量流量M1=2 177 kg/h×20=43 540 kg/h。

根據(jù)熱力學(xué)第一定律并由《工業(yè)鍋爐設(shè)計手冊》中查得煙氣物性參數(shù)（Cp1）[4]，代入計算可得到每小時余熱回收量Qy：

折算節(jié)約燃煤量（Ⅱ類煙煤的熱值按5 000 K/kg計算）為：

每小時節(jié)約燃煤量 = 余熱回收量÷煤熱值

則采用空預(yù)器每年可節(jié)約燃煤量為97.88 kg/h×24 h/d×365=845.7 t/a。

3 采用電力節(jié)能技術(shù)

變壓器無功補償是改善電力品質(zhì)的重要手段。無功補償可以提高功率因數(shù)，其投資成本可以從日常節(jié)省的電力運行費用中逐步回收，是一項投資少、收效快的節(jié)能降耗措施。該項目選用高效機泵和高效節(jié)能電機，提高了設(shè)備效率，降低了設(shè)備能耗。據(jù)統(tǒng)計，該項目全年用電量約為700.95×104 kW·h，變配電設(shè)施功率因數(shù)由0.8 提高到0.92，每年可節(jié)約的用電約量為13.46×104 kW·h。

4 管理優(yōu)化措施

（1）針對導(dǎo)熱油爐及二次循環(huán)系統(tǒng)制定相應(yīng)的操作規(guī)程并嚴(yán)格執(zhí)行；（2）同時制定相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)規(guī)章制度，使熱油循環(huán)泵每月切換運行，并對備用泵進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；（3）編寫導(dǎo)熱油爐供熱系統(tǒng)檢修細(xì)則，按周期對導(dǎo)熱油爐及附屬設(shè)備進(jìn)行檢修；（4）使用正壓氮氣將儲油罐和膨脹罐充滿并密閉，避免導(dǎo)熱油和空氣接觸發(fā)生氧化[5]；（5）采用新型發(fā)明專利，在油氣分離器與膨脹罐之間加裝一臺油冷卻罐，降低膨脹罐的運行溫度，防止高溫導(dǎo)熱油蒸餾氣化；（6）煙道、管道等重要設(shè)備均采用氣凝膠隔熱氈為主體保溫材料，硅酸鋁保溫棉套管輔助的保溫方式，從而降低熱量的損耗；（7）鍋爐一次循環(huán)系統(tǒng)與換熱器二次循環(huán)系統(tǒng)的導(dǎo)熱油應(yīng)選取同一廠家的相近型號產(chǎn)品，避免因膨脹系數(shù)不同發(fā)生漏油、混油事故；（8）嚴(yán)格執(zhí)行每年一次的導(dǎo)熱油取樣檢測制度，以掌握運行中的導(dǎo)熱油質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時更換導(dǎo)熱油；（9）為了更好地研究系統(tǒng)能耗和控制廢氣排放，制定每月一次的參數(shù)分析制度。

5 經(jīng)濟(jì)性評估

該項目采取節(jié)能技術(shù)措施的總投資（Ct）約為350 萬元，其中空氣預(yù)熱器、余熱蒸汽鍋爐及相應(yīng)配套設(shè)施投資約90 萬元，管道保溫投資約為120 萬元，采取無功補償?shù)姆绞交ㄙM約為20 萬元，其他相應(yīng)的節(jié)能設(shè)備及人員培訓(xùn)、管理花費約為20 萬元/年。采用配電網(wǎng)無功補償?shù)姆绞矫磕昕晒?jié)約用電量約13.46 萬kW·h，按電單價為0.762 5 元/（kW·h）計算，其節(jié)能收益（C0）為12.91 萬元/年。采取各項節(jié)能措施后可節(jié)約用煤量1 605.33 t/a，按Ⅱ類煙煤價格800 元/t 計算，節(jié)能收益（C0）為127.32 萬元/a。則可計算出投資回收期T=Ct/C0=350÷（12.91+127.32）=2.49 a。根據(jù)業(yè)主提供的信息，該項目實際于2016年3 月投產(chǎn)，綜合了向外企輸送余熱蒸汽的技改增效項目，節(jié)能措施的相關(guān)投資已提前全部收回。

6 結(jié)論

鑒于我國集中供熱大多以蒸汽和熱水為介質(zhì)，文中所述以導(dǎo)熱油為換熱介質(zhì)的集中供熱模式，在以安全性和經(jīng)濟(jì)性為基礎(chǔ)的前提下，應(yīng)在節(jié)能減排方面進(jìn)行相關(guān)探索。未來應(yīng)結(jié)合電子和計算機技術(shù)提高換熱系統(tǒng)在穩(wěn)定輸出參數(shù)、保障設(shè)備安全、降低勞動強度、維持經(jīng)濟(jì)燃燒等方面的水平。該系統(tǒng)應(yīng)能實時采集鍋爐燃燒狀態(tài)、介質(zhì)流動參數(shù)以及工藝指令等數(shù)據(jù)，并根據(jù)管理者要求，適時改變換熱器運行參數(shù)，滿足生產(chǎn)需求。