大機組集中供熱替代導(dǎo)熱油鍋爐技術(shù)的應(yīng)用與探討

摘要：熱定型機是染整、制革、橡膠等行業(yè)中主要耗能設(shè)備之一，隨著環(huán)保指標(biāo)越來越嚴格，大機組集中供熱替代導(dǎo)熱油鍋爐技術(shù)越來越普及。本文通過對比采用蒸汽加熱和導(dǎo)熱油加熱的優(yōu)缺點和經(jīng)濟分析，論述大機組集中供熱替代導(dǎo)熱油技術(shù)是一種節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：蒸汽;導(dǎo)熱油;定型機

1.概述

熱定型機是染整、制革、橡膠等行業(yè)中主要耗能設(shè)備之一，是利用熱空氣對織物、皮革或橡膠等進行干操和整理并使之定型的裝置，通常需要提供高達180～225℃的定型溫度，因此一般采用導(dǎo)熱油定型。而一般企業(yè)自我管理使用燃煤導(dǎo)熱油鍋爐效率低，除塵脫硫率難度大，投入較高，不利于節(jié)能減排;且維護成本高，并且存有高溫起火的安全隱患;導(dǎo)熱油介質(zhì)的循環(huán)輸送也需要較多的電能;屬于小鍋爐范疇已列入淘汰和關(guān)停范圍，使用和審批已受到嚴格限制。因此利用大機組集中供熱來改造原有的導(dǎo)熱油定型機和關(guān)停小鍋爐系統(tǒng)成為必然。

2.采用蒸汽加熱與使用天然氣加熱或?qū)嵊图訜醿?yōu)缺點分析

熱空氣的供給方式有多種途徑，可以直接在定型機內(nèi)導(dǎo)熱油加熱、燃燒煤氣（天然氣）燃燒解熱和蒸汽加熱。采用蒸汽加熱與使用天然氣加熱或?qū)嵊图訜岬膬?yōu)缺點分析如下：

3.蒸汽替代導(dǎo)熱油定型的系統(tǒng)組成

蒸汽加熱定型機的系統(tǒng)由蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)、蒸汽輸送系統(tǒng)、蒸汽與空氣的熱交換系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、凝結(jié)水回收系統(tǒng)四部分系統(tǒng)組成。

蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)和蒸汽輸送系統(tǒng)：可由熱電廠高效率鍋爐產(chǎn)生過熱蒸汽發(fā)電后的余熱蒸汽通過保溫管道集中供熱。

蒸汽與空氣的熱交換系統(tǒng)：蒸汽加熱定型機的原理是蒸汽通過間接加熱定型機烘箱內(nèi)的流動空氣后來定型的，間接加熱就是通過一種稱為“換熱器”的設(shè)備進行加熱的方法。蒸汽從換熱器壁表面流過，蒸汽的熱量就轉(zhuǎn)移到被加熱的物質(zhì)一側(cè)。通過這種方式，蒸汽不會和被加熱的物質(zhì)接觸。典型的使用蒸汽加熱的熱交換器為翅片式換熱器。

使用蒸汽加熱：供應(yīng)給換熱器的蒸汽處于氣態(tài)，在設(shè)定溫度的壓力下，蒸汽在其內(nèi)部換熱到翅片上散熱，當(dāng)?shù)陀陲柡蜏囟群笞兂梢簯B(tài)（冷凝水）并離開換熱器。即散熱翅片的溫度與交換器內(nèi)的溫度相當(dāng)。使用熱水或熱油加熱：供應(yīng)給加熱器的熱水或熱油溫度要大幅高于散熱翅片上所需的溫度，熱水或熱油在離開換熱器與進入換熱器時的溫差較大。對比通過降溫進行加熱的熱水或熱油與蒸汽通過從氣體轉(zhuǎn)換成液體進行加熱，蒸汽通過凝結(jié)傳遞的熱量明顯比熱水或?qū)嵊屯ㄟ^對流的熱量多。從蒸汽加熱的基本特性來看，從作為熱媒的標(biāo)準來看，蒸汽有著很多其它熱媒無法比擬的優(yōu)勢，在這其中比較突出的是：能夠均勻加熱：能夠快速加熱。

蒸汽如何能確保穩(wěn)定、均勻的加熱。對于飽和蒸汽，如果知道蒸汽壓力就能確定蒸汽的溫度，在空間內(nèi)的壓力可迅速變化。當(dāng)飽和蒸汽發(fā)生冷凝，此時的冷凝溫度就是飽和溫度，并且飽和水（冷凝水）也是飽和溫度。這就意味著如果維持換熱面（換熱器）的壓力在一個常量，在換熱面的每個位置都可以進行相同溫度的交換。

加熱速度，傳熱量有傳熱系數(shù)表示，單位是[W/m2K]。W=J/sec，傳熱系數(shù)越大，所需加熱時間越短。熱油與蒸汽的傳熱系數(shù)如下：以熱油做熱源，熱水和熱油通過對流傳熱，沒有相變，熱媒通過降低自身溫度傳遞熱量給被加溫的產(chǎn)品。工業(yè)領(lǐng)域的主流技術(shù)是通過設(shè)備，例如泵等使流體流過換熱表面，進行強制對流，量通過換熱器換熱面的速率1000 ～6000[W/m2K];以蒸汽作為熱源，蒸汽釋熱就是冷凝過程，就是熱量的傳遞過程。蒸汽中的熱量在蒸汽冷凝成液體時釋放出來，所釋放的潛熱的量比冷凝后的熱水（飽和水）中所含的顯熱大2～5倍。潛熱被瞬間釋放并且通過換熱器傳遞到被加熱的產(chǎn)品上，熱量通過熱交換器換熱面的速率6000～15000[W/m2K]。

實際工況中，換熱過程包括換熱器內(nèi)表面的換熱和通過換熱面?zhèn)鬟f到加熱產(chǎn)品兩部分，必須使用總的換熱系數(shù)[W/m2K]來估算換熱效率。不同換熱器的換熱系數(shù)相差很大，盡管如此，使用蒸汽換熱數(shù)值是使用熱油熱水的1.5～2倍。根據(jù)經(jīng)驗可以得知，純棉品種的蒸汽溫度<160℃，蒸汽用量0.8噸/小時;棉氨彈力品種，蒸汽溫度170℃～195℃，蒸汽用量1.3噸/小時;化纖和滌棉品種，蒸汽溫度180℃～200℃，蒸汽用量1.7噸/小時。

疏水系統(tǒng)：疏水系統(tǒng)的作用就是連續(xù)及時將蒸汽系統(tǒng)中的凝結(jié)水排到系統(tǒng)之外，同時防止蒸汽的泄露。他是蒸汽與凝結(jié)水的分界點，是蒸汽系統(tǒng)中的至關(guān)重要環(huán)節(jié)，它的好壞直接影響加熱過程中蒸汽的耗量或加熱設(shè)備的熱效率。同時，直接關(guān)系到后續(xù)“凝結(jié)水回收系統(tǒng)”的工作，甚至決定著整個蒸汽與凝結(jié)水系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

凝結(jié)水回收系統(tǒng)：蒸汽凝結(jié)水是蒸汽釋放潛熱后的產(chǎn)物，蒸汽潛熱利用完后，就變成了含有蒸汽顯熱的高溫凝結(jié)水，大多數(shù)用汽設(shè)備是利用蒸汽的潛熱，排出的飽和蒸汽的凝結(jié)水。因此，蒸汽凝結(jié)水體現(xiàn)在水質(zhì)和熱值兩個方面，凝結(jié)水的回收利用也包括水的回收利用和熱的回收利用兩個方面，對蒸汽定型機排出的高溫凝結(jié)水首先經(jīng)由閃蒸罐，使部分轉(zhuǎn)化為低壓蒸汽進入低壓系統(tǒng)，余下的凝結(jié)水可以回收到鍋爐車間再利用。閃蒸汽估算表如下：

4.案例分析

本案例調(diào)研的對象為某乳膠制品有限公司，某電廠擬建設(shè)管網(wǎng)對其進行集中供熱，替代導(dǎo)熱油爐。系統(tǒng)分析如下：

4.1蒸汽管道：

本系統(tǒng)采用高淳協(xié)鑫燃機的過熱蒸汽，蒸汽指標(biāo)具體為：供汽壓力為2.5MPa，溫度為300℃，引入后整理車間分汽缸，作為區(qū)域內(nèi)的定型機等設(shè)備的汽源。為保證蒸汽在輸送過程中的壓降，建議5臺定型機設(shè)備共用一根φ133×5無縫鋼管，蒸汽用量約6.5t/h。

4.2定型機設(shè)備系統(tǒng)：

蒸汽引至定型機旁后改用φ76×5的支管對每臺定型機供汽，通過DN60 PN64的截止閥進行控制，再通過分配管由φ32×3的導(dǎo)管分配到定型機中的每臺換熱器，蒸汽通過換熱器放出熱量，加熱烘箱中的空氣，使之加熱到120～205℃的范圍，其溫度由調(diào)節(jié)閥來控制。每臺定型機按最高溫度設(shè)計，在使用時根據(jù)生產(chǎn)工藝可靈活使用。

4.3尾部蒸汽回收系統(tǒng)：

定型機換熱后的冷凝水是160℃左右，壓力約有1.3MPa，用減壓閥降至0.4～0.5MPa，由φ89×5的管道送到閃蒸罐（5臺定型機共用一套系統(tǒng)）中閃蒸出蒸汽由φ60×5母管匯入低壓母管送至廠用低壓系統(tǒng)（就近使用），閃蒸后的凝結(jié)水由管道送到前處理工藝，使能源得到了循環(huán)利用。

5.項目節(jié)能及經(jīng)濟效益分析

以一臺600萬大卡導(dǎo)熱油爐計算節(jié)能及經(jīng)濟效益分析如下：

5.1污染物初始排放濃度：

SO2：1500mg/m3

NOx：500mg/ m3

粉塵：2375mg/ m3

停用1臺600萬大卡導(dǎo)熱油爐后減少污染物為（按運行300天/年計算）：

SO2：151.2噸/年

Nox：20.2噸/年

粉塵：1512噸/年

節(jié)省污染物處理費用為：

SO2：54.4萬元/年，（按堿價格3000元/噸計算）

NOx為：36.6萬元/年，（按尿素2500元/噸計算）

粉塵為：9.36萬元/年（按布袋除塵所需要的電費計算，約損失20KW/h）。

5.2由于現(xiàn)有設(shè)施不可能達到零排放，所以公司為響應(yīng)地方環(huán)保要求決定停用導(dǎo)熱油爐，改用電廠鍋爐供汽，停用1臺導(dǎo)熱油爐后將節(jié)省導(dǎo)熱油爐用煤量為（按額定負荷計算）：25噸/天，合計為每年：7500噸（5000大卡/Kg煤）。

5.3電廠鍋爐熱效率為90%以上，導(dǎo)熱油爐熱效率為60%以下，所以采用中壓蒸汽后實際節(jié)省煤量為：2250噸/年。

6.投資比較

從上表可以看出：采用導(dǎo)熱油爐投資費用為88.8萬元，采用蒸汽加熱投資費用為31萬元，節(jié)省為：57.8萬元。

7.運行費用比較（年運行300天計算）

從上表可以看出：采用導(dǎo)熱油爐每年運行費用為840.36萬元，采用蒸汽加熱每年運行費用為795.6萬元，節(jié)省為：44.76萬元。同時由于蒸汽加熱快，每天將可以提高20%以上的產(chǎn)能。

8.結(jié)論

綜上所述，大機組集中供熱替代導(dǎo)熱油鍋爐技術(shù)無論從安全性、工藝成熟性、性價比的要求，還是從環(huán)保，節(jié)能減排的要求都是比較符合的，真正從源頭實現(xiàn)節(jié)能減排?？芍^一舉四得，既削減了區(qū)域污染物排放企業(yè)降低運營成本，又提升企業(yè)生產(chǎn)效率和安全性，極具行業(yè)和區(qū)域性示范推廣作用。因此，大機組集中供熱替代導(dǎo)熱油技術(shù)安全、環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟、成熟、可行。

參考文獻：

[1]席云波 李巨翠. 中壓蒸汽替代導(dǎo)熱油定型技術(shù)應(yīng)用推廣.第三屆熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能降耗新技術(shù)探討會論文集.2014.4

[2]吳劍恒，洪方明，俞金樹，謝如謙. 中壓蒸汽替代導(dǎo)熱油爐在熱定型機上的應(yīng)用.長三角能源論壇.2015.5

作者簡介：王秋月，女，2010年入職公司，畢業(yè)于南京師范大學(xué)動力工程學(xué)院，從事熱工外管專業(yè)設(shè)計，主要工作業(yè)績有：華能玉環(huán)電廠1至4號機組供熱改造及至濱港工業(yè)園區(qū)供熱管網(wǎng)工程（廠外工程）、華能巢湖電廠1、2號機組供熱改造及廠外蒸汽管網(wǎng)建設(shè)工程、常州市東部片區(qū)供熱管網(wǎng)建設(shè)工程等。

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