復(fù)烤廠利用空氣源熱泵預(yù)加熱鍋爐給水技術(shù)研究

毛光平

摘 要：利用空氣源熱泵吸收空氣中的熱能對(duì)鍋爐給水進(jìn)行預(yù)加熱，不僅可以節(jié)約燃料、節(jié)約電能，而且可以減少煙塵及CO2、SO2的排放量，保護(hù)環(huán)境，企業(yè)從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。本方案在鍋爐原有給水系統(tǒng)的給水泵和除氧器之間增設(shè)一套空氣源熱泵系統(tǒng)裝置，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐給水的連續(xù)預(yù)加熱，以滿足打葉復(fù)烤生產(chǎn)工藝的需要。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；預(yù)加熱；鍋爐給水；節(jié)能減排

引言

空氣源熱泵技術(shù)是近年來(lái)在全世界備受關(guān)注的新能源技術(shù)，是一種能從自然界的空氣中獲取低品位熱能，通過(guò)介質(zhì)傳遞，提供可利用高品位熱能的裝置，其節(jié)能效果顯著，已成為熱水器行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)之一。因?yàn)榭諝庠礋岜茫苄П瘸^(guò)4.3）能效比比較高，與傳統(tǒng)的熱水器（能效比小于1）相比較它最大的優(yōu)勢(shì)就是節(jié)能，所以，采用空氣源熱泵對(duì)鍋爐給水進(jìn)行預(yù)加熱，可以得到事半功倍的節(jié)能減排效果。

復(fù)烤廠由于打葉復(fù)烤車間生產(chǎn)需要用蒸汽，一般配有蒸汽鍋爐供生產(chǎn)用，鍋爐額定蒸發(fā)量在10～15t/h。根據(jù)《GBT 1576-2008 工業(yè)鍋爐水質(zhì)》要求，鍋爐額定蒸發(fā)量在10t/h以上的鍋爐給水應(yīng)進(jìn)行除氧，由于熱力除氧器運(yùn)行可靠，除氧效果好，一般蒸汽鍋爐都配熱力除氧器進(jìn)行給水除氧，以保證鍋爐安全運(yùn)行。

1 熱力除氧器的工作原理及現(xiàn)階段存在的問(wèn)題

1.1 熱力除氧器的工作原理是：將鍋爐給水加熱至沸點(diǎn)，使氧的溶解度減小，水中氧不斷逸出，而后，再將水面上產(chǎn)生的氧氣連同水蒸汽排除，這樣能除掉水中各種氣體（包括游離志CO2、N2）。除氧后的水不會(huì)增加含鹽量，也不會(huì)增加其他氣體溶解量，操作控制相對(duì)容易，而且運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。熱力除氧是目前應(yīng)用最多的一種除氧方法。

1.2 熱力除氧器現(xiàn)階段存在的問(wèn)題

熱力除氧器加熱時(shí)耗用的蒸汽一般是鍋爐蒸發(fā)量的15～16%左右，這部分蒸汽沒(méi)有直接用于生產(chǎn)，它直接降低了鍋爐蒸汽的有效利用率，企業(yè)為了保證生產(chǎn)正常運(yùn)行就必須加大鍋爐額定蒸發(fā)量，購(gòu)買(mǎi)更大蒸發(fā)量的鍋爐，燃燒更多的燃料，導(dǎo)致的問(wèn)題是增加了企業(yè)鍋爐采購(gòu)成本和生產(chǎn)成本，同時(shí)也增加了鍋爐煙氣及廢渣的排放量。

2 改進(jìn)措施

本方案在鍋爐原有給水系統(tǒng)的給水泵和除氧器之間增設(shè)一套空氣源熱泵系統(tǒng)裝置（見(jiàn)圖1），將空氣中的低溫?zé)崮芡ㄟ^(guò)有機(jī)介質(zhì)吸收，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮軐?duì)鍋爐給水進(jìn)行預(yù)加熱至55℃左右后，再利用部分鍋爐蒸汽將水溫從55℃提高至104℃，這樣就減少了鍋爐蒸汽的自耗量，從而提高蒸汽利用效率，降低蒸汽生產(chǎn)成本。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐給水的連續(xù)預(yù)加熱，以滿足工藝生產(chǎn)需要，不僅可以降低鍋爐的燃料消耗量（以每年生產(chǎn)9個(gè)月計(jì)算，每年可節(jié)約燃料費(fèi)90.44萬(wàn)元），而且可以減少煙塵及CO2、SO2的排放量，保護(hù)環(huán)境，企業(yè)從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。新增的空氣源熱泵系統(tǒng)可放置在熱力除氧器所在的屋面上或者鍋爐房?jī)?nèi)空氣溫度較高的地方，以提高空氣源熱泵的熱效率，熱水箱靠近軟水箱布置。空氣源熱泵占地面積約100m2。

3 改進(jìn)效果

3.1 預(yù)期達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（以1臺(tái)15t/h燃煤工業(yè)鍋爐為例）

3.1.1 將給水從20℃加熱至55℃的蒸汽消耗量計(jì)算

額定蒸發(fā)量Gzq=15t/h

額定工作壓力 P=1.25Mpa

蒸汽溫度t=194℃

鍋爐給水流量Ggs=18t/h（按100%新水計(jì)算）

20℃水熱焓[1]：hgs=84kJ/kg

飽和蒸汽溫度194℃熱焓[1]：hzq=2795kJ/kg

55℃水熱焓：hgs=230kJ/kg

除氧器加熱效率按98%計(jì)；15t/h燃煤工業(yè)鍋爐按每天連續(xù)生產(chǎn)24小時(shí)、每年生產(chǎn)9個(gè)月（270天）考慮；將18t/h給水從20℃加熱至55℃的熱量Q為：

Q=（Hgs-hgs）×Ggs=（230-84）×18000

=2628000kJ/h；

每小時(shí)需要消耗194℃的飽和蒸汽量為：

Gz=Q/（hzq×1000×0.98）

=2628000/（2795000×0.98）

=0.96t/h

每年加熱熱水所需蒸汽量：

Gj=Gz×24×270

=0.96×24×270

=6221t/a

每年消耗的蒸汽費(fèi)用（按每噸蒸汽費(fèi)用250元/t計(jì)算，本數(shù)據(jù)由大理復(fù)烤廠鍋爐運(yùn)行實(shí)測(cè)費(fèi)用得出）：

6221×250=155.50萬(wàn)元/年

3.1.2 將給水從20℃加熱至55℃的空氣源熱泵耗電量計(jì)算

（1）空氣源熱泵數(shù)量的確定

將18t/h給水從20℃加熱至55℃的熱量Q為2628000kJ/h；空氣源熱泵能效比按4.3選取（按設(shè)備廠家技術(shù)參數(shù)選取）；每臺(tái)空氣源熱泵功率按5.77kW計(jì)：

1kW=860×4.1868=3596kJ

則空氣源熱泵選用數(shù)量N為：

N=Q/3596×4.3×5.77=29臺(tái)；

根據(jù)計(jì)算選用功率為5.77kW，出水量520kg/h，出水水溫55℃，空氣源熱泵32臺(tái)（3臺(tái)備用）。

（2）空氣源熱泵加熱系統(tǒng)自耗電費(fèi)用

29臺(tái)空氣源熱泵加熱系統(tǒng)自耗電總功率：

29×5.77=167.33kW

29臺(tái)空氣源熱泵每天自耗電費(fèi)用（工業(yè)用電價(jià)格按市價(jià)0.6元/kW.h暫定）：

167.33×24×0.6=2409.55元

每年自耗電費(fèi)用為：2409.55×270=65.06萬(wàn)元/年

3.1.3 蒸汽加熱和空氣源熱泵加熱系統(tǒng)費(fèi)用對(duì)比

蒸汽加熱每年消耗的蒸汽費(fèi)用（按每噸蒸汽費(fèi)用250元計(jì)算）：155.50萬(wàn)元/年。

空氣源熱泵加熱系統(tǒng)每年自耗電費(fèi)用為：65.06萬(wàn)元/年。

蒸汽加熱和空氣源熱泵加熱系統(tǒng)每年費(fèi)用差為：155.50-65.06=90.44萬(wàn)元。

3.1.4 空氣源熱泵加熱系統(tǒng)投資

32臺(tái)空氣源熱泵系統(tǒng)總投資預(yù)算為284.00萬(wàn)元，系統(tǒng)設(shè)備包括空氣源熱泵、熱水箱、加壓泵、控制系統(tǒng)、管道等。

投資回收期為：284.00/90.44=3.14年。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用空氣源熱泵吸收空氣中的熱能對(duì)鍋爐給水進(jìn)行預(yù)加熱，可以得到事半功倍的節(jié)能減排效果。以1臺(tái)15t/h燃煤工業(yè)鍋爐為例（每天生產(chǎn)24小時(shí)、每年生產(chǎn)270天），將鍋爐給水從20℃加熱至55℃，如果使用蒸汽加熱法，每年的運(yùn)行費(fèi)用是155.50萬(wàn)元/年，如果使用空氣源熱泵加熱法，每年的運(yùn)行費(fèi)用是65.06萬(wàn)元/年，二者相差90.44萬(wàn)元，亦即每年可節(jié)約燃煤費(fèi)用90.44萬(wàn)元。其次，使用空氣源熱泵加熱鍋爐給水系統(tǒng)3.14年即可收回投資成本，投資回報(bào)率高，不僅可以節(jié)約燃料、節(jié)約電能，而且可以減少煙塵及CO2、SO2的排放量，保護(hù)環(huán)境，企業(yè)從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]水和水蒸汽性質(zhì)圖表[M].北京科學(xué)技術(shù)出版社，2-4.