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卷烟工厂蒸汽系统节能改造探索与实践

作时间:2019-09-29  来源:山东中烟工业有限责任企业济南卷烟厂能源动力处(动力车间)  编辑:冯川,李桐,张红娟
   
[ 摘要 ] 济南卷烟厂有三台额定蒸发量为 16 t/h 的燃油燃气锅炉,动力车间技术人员针对锅炉蒸汽系统能耗现状进行节能改造。重点先容锅炉加药流程优化、排污余热回收利用、冷凝式烟气余热回收、凝结水的综合回收利用这四项节能改造措施,分别从优化控制和余热利用的角度,阐述蒸汽系统的节能优化措施。
1 课题背景
济南卷烟厂有三台额定蒸发量为 16 t/h 的燃油燃气锅炉,配置 2 台热力除氧器、6 台钠离子交换器以及一套闭式凝结水回收系统,负责企业生产、生活蒸汽供应。蒸汽系统能源消耗占到我厂综合能耗的 59%,蒸汽生产效率,直接影响企业能源消耗水平。
对于锅炉设备本身,由于其设备安全性要求,锅炉设备厂家不会提供锅炉内部控制程度,一般也不建议工业锅炉用户直接对其进行改造和优化。对于蒸汽系统的节能改造,更多的应该以减少热损失和提高余热回收为主,优化改造对象可以包括除氧系统、凝结水回收系统等。
2 实施过程
济南卷烟厂针对蒸汽系统,从设备搭配、岗位操作、设备自控、状态检测、能源分配等多个方面开展节能优化,以减少能源浪费,提高系统转化效率。本论文重点先容锅炉加药流程优化、排污余热回收利用、冷凝式烟气余热回收以及凝结水的综合回收利用。
2.1 磷酸三钠加药流程优化
在锅炉给水中需要加入弱碱性磷酸根溶液,用于保持锅炉内部呈弱碱性,并且磷酸根可以和给水中容易结成锅垢的残余可溶性钙盐、镁盐等起作用,生成不溶性的磷酸钙 Ca3(PO4)2、磷酸镁 Mg3(PO4)2等沉淀物悬浮于水中,确保锅炉不结锅垢。济南卷烟厂在锅炉给水中加入药剂为磷酸三钠 Na3PO4。同大部分小型锅炉一样,采用定量加药的方式,不随蒸发量调整,这种控制方式锅水磷酸根离子浓度波动较大,会造成锅炉碱度上升、排污量大,热损失严重等问题。针对此问题,自行研发磷酸三钠动态加药控制系统。为了动态调整加药量,在加药浓度、时间、速度上,选择了更容易控制的加药时间。以小时为单位,根据锅炉单位时间内的用水量,计算出下一单位时间的加药量,转化为加药时间,控制加药泵启停状态。通过改造,有效降低锅炉中磷酸根离子浓度波动,减少排炉次数和能源浪费。此种小型锅炉动态加药控制方式,在国内属于首例
2.2 锅炉排污余热回收利用
锅炉运行中,需持续排放高盐分锅水,以维持水质稳定。利用扩容器可以回收这部分排污热量,依靠排污水的闪蒸产生的二次蒸汽,为除氧系统供热。在扩容器内部,需要形成一定的低压环境,压力过大会导致二次蒸汽量产生过少,压力过小会导致二次蒸汽无法补入除氧器被回收利用。因此需要对扩容器进行容量控制。
扩容器的容量控制依靠液位变送器和底部阀门实行器来完成。在液位变送器的选择上,由于压差液位计的导压管冷凝水会影响到液位测量准确性,因而选择了抗干扰比较强的磁翻板液位计。扩容器底部阀门实行器选择调节阀,根据液位进行PID 控制,维持扩容器内液位稳定,压力稳定,二次蒸汽持续产生,减少除氧罐蒸汽和二次蒸汽损耗。
2.3 冷凝式烟气余热回收器的利用
燃气锅炉主要成分为 CH4,燃烧后产生 CO2和 H2O,因此,燃气锅炉烟气中含有大量的气态 H2O,水蒸气中有大量的汽化潜热,约占天然气发热量的 10%。对于这部分热量,可利用冷凝式烟气余热回收器进行回收,提高锅炉热效率。由于冷凝式烟气余热回收器利用的是水蒸气的汽化潜热,因此必须将排烟温度降低到水蒸气露点温度以下才能加以回收。如图 1 所示,配备冷凝式节能器可以大幅提高锅炉热效率,并且冷凝式节能器进水温度越低,热效率越高。
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在一般的冷凝式节能器安装要求上,都会注明将除氧给水通入到冷凝式节能器。如果除氧给水为单一软化水,那么这样要求是合适的。但是在实际工程应用中,大部分软化水会和凝结水混合后,补充至除氧器,此时除氧给水温度为 60-80℃,冷凝式节能器热效率很低。因此,在有凝结水回收的系统中,就需要将 20℃左右的软水首先进入冷凝式除氧器,再与凝结水混合。济南卷烟厂在安装了冷凝式节能器并调整了管道布局,优化了加热顺序后,仅通过冷凝式节能器就可以直接将软水加热到 60℃。
2.4 蒸汽凝结水的回收与利用
济南卷烟厂采用一套闭式凝结水回收系统,用于收集蒸汽使用过程中产生的凝结水,为除氧系统供给热能,使用过程中需要利用凝结水循环泵为凝结水提供动力。为避免凝结水闪蒸蒸汽造成凝结水泵气蚀故障,需要利用气水分离器和外排阀排除闪蒸蒸汽,为凝结水进行降温,造成较大的热量损失。对闭式凝结水回收系统进行改造,前移软水与凝结水混合点,将传导式热交换改为混合式热交换,在回收器内完成降温过程,改造结果如图 2 所示。确保凝结水回收器内温度不高于95℃,避免了凝结水闪蒸作业,消除水泵气蚀隐患。同时该项改造还降低了闪蒸汽外排量,减少系统热损失,确保凝结水高效回收。
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