立式燃?xì)忮仩t在卷煙廠的應(yīng)用與節(jié)能減排探究

朱加繁，溫明肖，李 民，唐書文，陳 立

（紅云紅河集團會澤卷煙廠，云南曲靖 654200）

0 引言

隨著國家對工業(yè)企業(yè)在安全、節(jié)能、環(huán)保等方面的要求越來越高，煙草企業(yè)積極響應(yīng)國家號召，選擇使用清潔燃料的燃?xì)忮仩t。以天然氣為燃料，可大幅降低煙氣中粉塵、二氧化硫、氮氧化物的排放濃度，提高燃料利用率，對建成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)意義重大，但天然氣價格較高，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本[1]。

燃?xì)忮仩t的自動化程度較高，可以根據(jù)工況變化自動跟蹤運行，保持蒸汽壓力穩(wěn)定。設(shè)備運行過程中需要手動操作的項目不多，操作人員難以找到明確的節(jié)能方向和措施，而且在點爐過程中仍然存在煙氣污染物排放持續(xù)超標(biāo)的情況。立式燃?xì)忮仩t具有結(jié)構(gòu)緊湊、熱效率高、環(huán)保清潔、安全性好等特點，近年來正逐漸被煙草企業(yè)引進和采用。由于煙絲生產(chǎn)過程中蒸汽用量波動大、壓力需求變化快等因素，許多卷煙廠在節(jié)能減排方面的效果不太理想。本文結(jié)合會澤卷煙廠（以下簡稱“卷煙廠”）蒸汽耗用的特點及規(guī)律，查找出主要原因，分析并制定出相應(yīng)的節(jié)能減排措施。

1 卷煙廠對蒸汽的需求及特點

卷煙廠的蒸汽主要用于制絲生產(chǎn)線和工藝空調(diào)增溫增濕，制絲生產(chǎn)線主要有真空回潮機、蒸梗機、潤梗機、加香加料機、煙絲膨脹機、薄板烘絲機和低速氣流烘絲機等用汽設(shè)備；工藝空調(diào)主要利用蒸汽對生產(chǎn)區(qū)域增溫增濕，確保卷煙生產(chǎn)環(huán)境溫濕度達(dá)到工藝要求?？傮w來說，卷煙廠的用汽量規(guī)律有以下兩個特點。

（1）用汽量波動大，峰谷明顯。煙絲生產(chǎn)過程中，由于不同品牌所使用的工藝不完全相同，蒸汽耗用量也不同，且制絲主要用汽設(shè)備是分批次過料，因此過料時蒸汽耗用量急劇增大，過料后又大幅減小，每一批次之間呈現(xiàn)規(guī)律性變化。因為過料的不連續(xù)性，所以生產(chǎn)時段蒸汽耗用量需求大、波動幅度大。

（2）蒸汽壓力需求不一致。工藝空調(diào)與制絲生產(chǎn)線用汽設(shè)備對蒸汽壓力的需求差異較大，如烘絲機需要利用蒸汽加熱大量的煙絲，降低煙絲含水量，對蒸汽的壓力和溫度要求較高，而工藝空調(diào)只需要用蒸汽調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度，蒸汽壓力需求較低；制絲生產(chǎn)過程中，蒸汽管道壓力較高，工藝空調(diào)用汽前端需要安裝減壓閥，將蒸汽壓力降低后才能供工藝空調(diào)使用。

2 影響鍋爐能耗的因素分析

2.1 鍋爐氣汽比

鍋爐氣汽比是指鍋爐產(chǎn)生1 t 蒸汽所需耗用的天然氣量，是反映鍋爐熱效率的重要指標(biāo)[2]。該指標(biāo)既取決于鍋爐本身的結(jié)構(gòu)類型，也會受到給水頻率、風(fēng)門開度、風(fēng)機頻率、燃?xì)獾y開度等運行參數(shù)的影響，只有各項參數(shù)設(shè)置合理，燃?xì)獠拍艹浞秩紵?，提高能源轉(zhuǎn)化率，實現(xiàn)節(jié)能的目的。如果鍋爐運行參數(shù)搭配不合理，則氣汽比偏高、熱效率低、燃?xì)饫速M較大。

2.2 燃?xì)赓|(zhì)量

天然氣質(zhì)量也是影響鍋爐能耗的重要因素。理論上天然氣的熱值越高，完全燃燒1 m3的天然氣釋放的熱量就越多，鍋爐將等量的水加熱至相同溫度所需的天然氣越少，鍋爐能耗也就越低。反之，如果天然氣的熱值越低，則天然氣耗用量增大、能源成本升高。

2.3 蒸汽供需不平衡

卷煙廠的“煤改氣”項目完成后，配備了2 臺鍋爐，額定蒸發(fā)量分別為10 t/h 和5.3 t/h。為了讓用汽負(fù)荷與鍋爐型號相匹配，制絲過程中蒸汽用量較大時運行10 t/h 鍋爐，夜班和周末制絲非生產(chǎn)時段蒸汽用量小的情況下運行5 t/h 鍋爐。但是由于制絲車間和鍋爐房的溝通不及時等原因，經(jīng)常出現(xiàn)制絲生產(chǎn)已結(jié)束仍然運行10 t/h 鍋爐的情況，造成蒸汽壓力偏高和天然氣浪費。

2.4 周末期間鍋爐持續(xù)運行

卷煙廠的生產(chǎn)模式一般為每周生產(chǎn)5 d，周末（2 d）休息期間需要保障儲葉、儲絲所需的環(huán)境溫濕度，鍋爐設(shè)備持續(xù)為工藝空調(diào)提供蒸汽。由于工藝空調(diào)所需的蒸汽量較小、壓力要求不高，鍋爐持續(xù)低負(fù)荷運行、熱效率較低，而且當(dāng)外界環(huán)境溫濕度較高時，工藝空調(diào)短暫停運，相關(guān)區(qū)域的環(huán)境溫濕度基本維持穩(wěn)定。因此，周末非生產(chǎn)時段工藝空調(diào)和鍋爐持續(xù)運行，存在浪費現(xiàn)象。

2.5 夜班期間鍋爐自動運行

夜班是指0：00—8：00 這一時段，制絲生產(chǎn)已經(jīng)結(jié)束，僅有工藝空調(diào)用汽，鍋爐負(fù)荷低、保持自動運行。自動運行過程中，由于工藝空調(diào)用汽存在波動，鍋爐燃燒率隨負(fù)荷波動，不能穩(wěn)定在最小燃燒率運行。而且空調(diào)設(shè)備所需的蒸汽壓力相對較低，0.3 MPa 即可滿足工藝要求，如果夜班期間不調(diào)整蒸汽壓力的跟蹤值，采用與制絲生產(chǎn)線相同的壓力供汽，也會造成能源浪費。

2.6 鍋爐排污和蒸汽管道泄漏

為了控制鍋爐水質(zhì)符合規(guī)定，鍋爐需要定期排污，排出含鹽量較大的爐水和沉積在鍋爐內(nèi)部的水渣。如果排污操作不規(guī)范、排污手法不統(tǒng)一、排污時間過長等，也有可能導(dǎo)致大量合格的爐水外排，造成浪費。

另外，蒸汽管道泄漏也會造成能源損失。鍋爐產(chǎn)出的蒸汽需要通過蒸汽管道輸送至制絲車間和空調(diào)機房，蒸汽管道上通常會裝有多個疏水閥，疏水閥長時間使用后可能出現(xiàn)泄漏或關(guān)閉不嚴(yán)的情況，如果未能及時發(fā)現(xiàn)也會形成蒸汽消耗、引起燃?xì)饫速M。

3 影響鍋爐煙氣排放的因素分析

理論上，燃?xì)忮仩t的燃料為甲烷，燃燒后的產(chǎn)物為二氧化碳和水，而煙氣排放污染物主要為顆粒物、二氧化硫和氮氧化物，設(shè)備運行過程中不應(yīng)出現(xiàn)排放超標(biāo)的情況。但是實際上鍋爐點火升壓過程經(jīng)常出現(xiàn)顆粒物超標(biāo)的情況。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計和現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，點爐過程中鍋爐顆粒物排放超標(biāo)的主要原因有兩個，一是煙氣濕度大，另一個是燃燒不充分、煙氣氧含量偏高。

3.1 煙氣濕度大，顆粒物檢測裝置將水汽誤判為煙塵

點爐過程中，由于煙氣的濕度較大，顆粒物檢測裝置將水汽誤判為煙塵。

目前國內(nèi)大多數(shù)的卷煙廠安裝的煙塵濃度在線監(jiān)測儀工作原理為，向煙囪內(nèi)發(fā)射穩(wěn)定的激光信號，照射煙塵粒子，被照射的煙塵粒子反射激光信號，反射的信號強度與煙塵濃度呈正相關(guān)變化，再通過特定的算法計算出煙塵的濃度。鍋爐點爐是一個緩慢升溫的過程，由于煙道內(nèi)壁溫度較低，煙氣容易在內(nèi)壁上形成冷凝水，隨著溫度的升高被加熱為水蒸汽混在煙氣中導(dǎo)致在線監(jiān)測儀探頭將其誤判為顆粒物。

不過，鍋爐升壓完成之后，冷凝水會完全蒸發(fā)，顆粒物濃度值會逐漸恢復(fù)正常。

3.2 燃?xì)馊紵怀浞謱?dǎo)致顆粒物的折算值超標(biāo)

點爐過程中，如果燃?xì)馊紵怀浞?，則煙氣中的氧含量偏高，同樣會導(dǎo)致顆粒物折算值超標(biāo)。

國家環(huán)保部門對工廠煙塵排放的管控主要針對折算值ρ，其與實際值ρ′的關(guān)系為：

其中，φ′（O2）為煙氣中的實測氧含量。

本文中，燃?xì)忮仩t過剩空氣系數(shù)為1.2，空氣成分中氧氣體積分?jǐn)?shù)約占21%，則

從圖1 可以看出，煙氣氧含量對煙塵折算值的影響很大，煙塵實測值一定時，氧含量越高、折算值越大。點爐過程中，由于燃燒率低、燃燒不充分，煙氣氧含量偏高、折算倍率大，極易造成煙塵折算值超標(biāo)。

4 采取的措施及建議

4.1 降低立式燃?xì)忮仩t能耗

4.1.1 優(yōu)化鍋爐運行控制參數(shù)，降低鍋爐氣汽比

降低氣汽比是實現(xiàn)鍋爐節(jié)能運行最直接的方法，操作人員和維修人員應(yīng)對鍋爐定期保養(yǎng)，避免盤管結(jié)垢等問題降低傳熱效率，同時應(yīng)定期優(yōu)化調(diào)整鍋爐運行參數(shù)，如適當(dāng)減小給水頻率、風(fēng)門開度、燃?xì)獾y開度等，讓鍋爐氣汽比穩(wěn)定在一個較優(yōu)的水平。卷煙廠通過不斷優(yōu)化鍋爐運行控制參數(shù)，氣汽比由86 m3/t下降至83 m3/t 左右，能源有效利用率提高。

4.1.2 嚴(yán)格管控天然氣質(zhì)量，確保燃?xì)馄焚|(zhì)達(dá)標(biāo)

為了避免燃?xì)赓|(zhì)量不達(dá)標(biāo)增加天然氣耗用量，應(yīng)嚴(yán)格把控天然氣品質(zhì)，與燃?xì)夤?yīng)單位簽訂詳細(xì)的采購合同，在合同中要明確燃?xì)赓|(zhì)量需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，并不定期對天然氣抽樣送檢，供氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況可依據(jù)合同條件處理。另外，應(yīng)要求燃?xì)夤径ㄆ谔峁┨烊粴赓|(zhì)量檢測報告，以確保天然氣品質(zhì)符合工廠要求。

4.1.3 加強信息溝通，確保供需平衡

工廠制絲生產(chǎn)線與鍋爐房應(yīng)加強溝通，建立蒸汽供需聯(lián)動方式，加強部門之間的溝通協(xié)作。制絲車間提前告知鍋爐房用汽設(shè)備的啟停時間、用汽流量等，鍋爐房則根據(jù)生產(chǎn)需求及時切換鍋爐型號并調(diào)整運行參數(shù)，盡可能實現(xiàn)蒸汽供需平衡，避免蒸汽和燃?xì)饫速M。

4.1.4 周末期間間歇運行設(shè)備，減少蒸汽供給

為了檢驗鍋爐間歇運行實現(xiàn)節(jié)約天然氣的可行性，首先對工藝空調(diào)機組進行了間歇運行試驗：鍋爐保持連續(xù)運行供汽，空調(diào)機組停運，觀察儲葉、儲絲等區(qū)域環(huán)境溫濕度的變化情況，當(dāng)溫濕度降低一定數(shù)值時，立即啟動空調(diào)加溫加濕，確保溫濕度在工藝要求范圍內(nèi)。

試驗結(jié)果顯示，當(dāng)外界溫濕度較高時，空調(diào)停運后，儲葉、儲絲等區(qū)域環(huán)境溫濕度基本保持穩(wěn)定；隨著工藝空調(diào)停運時間的增長，部分區(qū)域溫濕度逐漸降低，但停運期間鍋爐處于熱備狀態(tài)，從點爐到正常供汽僅需15 min，有充足的時間提供蒸汽保障空調(diào)運行。這說明周末卷煙非生產(chǎn)時段，通過鍋爐和空調(diào)的間歇運行節(jié)約天然氣是可行的。

4.1.5 夜班采取手動操作，精準(zhǔn)控制鍋爐燃燒率

夜班期間，由于氣溫相對較低，儲葉、儲絲等區(qū)域溫濕度變化較快，鍋爐設(shè)備不能間歇運行。為了消除燃?xì)饫速M，將鍋爐切換為手動操作方式，將鍋爐設(shè)定為固定燃燒率運行，蒸汽壓力滿足空調(diào)用汽需求即可。

4.1.6 科學(xué)排污，杜絕“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象

為了避免鍋爐排污時間長、操作手法不統(tǒng)一等造成的能源浪費，首先應(yīng)加強對鍋爐操作人員的技能培訓(xùn)，增強他們的節(jié)能意識和節(jié)能操作水平，排污操作應(yīng)遵循“勤排、少排、均衡排”的原則，盡量縮短排污過程、減少爐水消耗。2022 年會澤卷煙廠優(yōu)化了鍋爐的排污方式，由原來的“注水+點火+升壓”全過程排污改為僅升壓過程排污，縮短排污時間、減少排污產(chǎn)生的浪費。

其次，操作人員應(yīng)重視管道巡檢工作，采用疏水閥檢漏儀等設(shè)備，發(fā)現(xiàn)泄漏的應(yīng)及時維修和更換，發(fā)現(xiàn)管道跑冒滴漏情況要按期修復(fù)，避免不必要的能源損失。

4.2 降低鍋爐煙塵超標(biāo)風(fēng)險

為了避免點爐過程煙氣夾帶的水汽對檢測儀器造成干擾，工廠首先應(yīng)在煙氣管道容易產(chǎn)生冷凝水的部位安裝排水裝置和加熱裝置，及時將冷凝水排出，而且在點爐之前可以提前啟動加熱裝置對煙管內(nèi)壁進行預(yù)熱，降低煙氣與煙管內(nèi)壁的溫差，避免冷凝水的產(chǎn)生。

其次要盡量降低點爐過程的煙氣氧含量。煙氣氧含量與鍋爐的負(fù)荷一般負(fù)相關(guān)，鍋爐負(fù)荷越大、燃燒越充分，則氧含量越低。點爐過程中，操作人員可適當(dāng)開啟蒸汽排空閥門、增加燃燒率，在保證設(shè)備安全運行的前提下，盡量縮短點爐升壓時間，降低煙塵超標(biāo)的風(fēng)險。

5 結(jié)束語

本文以會澤卷煙廠為例，系統(tǒng)分析了影響立式燃?xì)忮仩t能耗和煙氣排放的主要因素，并提出對應(yīng)的改進措施及建議。通過一系列措施的試驗實施，卷煙廠鍋爐能耗明顯下降，煙氣超排的情況明顯改善，證明了節(jié)能措施的合理性與有效性。該方案的實施，也為立式燃?xì)忮仩t的節(jié)能減排提供了一定的理論依據(jù)。