復烤廠利用空氣源熱泵預加熱鍋爐給水技術研究

毛光平

摘 要：利用空氣源熱泵吸收空氣中的熱能對鍋爐給水進行預加熱，不僅可以節約燃料、節約電能，而且可以減少煙塵及CO2、SO2的排放量，保護環境，企業從而達到節能減排的目的，并獲得良好的經濟效益與社會效益。本方案在鍋爐原有給水系統的給水泵和除氧器之間增設一套空氣源熱泵系統裝置，該系統可實現對鍋爐給水的連續預加熱，以滿足打葉復烤生產工藝的需要。

關鍵詞：空氣源熱泵；預加熱；鍋爐給水；節能減排

引言

空氣源熱泵技術是近年來在全世界備受關注的新能源技術，是一種能從自然界的空氣中獲取低品位熱能，通過介質傳遞，提供可利用高品位熱能的裝置，其節能效果顯著，已成為熱水器行業發展趨勢之一。因為空氣源熱泵（能效比超過4.3）能效比比較高，與傳統的熱水器（能效比小于1）相比較它最大的優勢就是節能，所以，采用空氣源熱泵對鍋爐給水進行預加熱，可以得到事半功倍的節能減排效果。

復烤廠由于打葉復烤車間生產需要用蒸汽，一般配有蒸汽鍋爐供生產用，鍋爐額定蒸發量在10～15t/h。根據《GBT 1576-2008 工業鍋爐水質》要求，鍋爐額定蒸發量在10t/h以上的鍋爐給水應進行除氧，由于熱力除氧器運行可靠，除氧效果好，一般蒸汽鍋爐都配熱力除氧器進行給水除氧，以保證鍋爐安全運行。

1 熱力除氧器的工作原理及現階段存在的問題

1.1 熱力除氧器的工作原理是：將鍋爐給水加熱至沸點，使氧的溶解度減小，水中氧不斷逸出，而后，再將水面上產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）。除氧后的水不會增加含鹽量，也不會增加其他氣體溶解量，操作控制相對容易，而且運行穩定、可靠。熱力除氧是目前應用最多的一種除氧方法。

1.2 熱力除氧器現階段存在的問題

熱力除氧器加熱時耗用的蒸汽一般是鍋爐蒸發量的15～16%左右，這部分蒸汽沒有直接用于生產，它直接降低了鍋爐蒸汽的有效利用率，企業為了保證生產正常運行就必須加大鍋爐額定蒸發量，購買更大蒸發量的鍋爐，燃燒更多的燃料，導致的問題是增加了企業鍋爐采購成本和生產成本，同時也增加了鍋爐煙氣及廢渣的排放量。

2 改進措施

本方案在鍋爐原有給水系統的給水泵和除氧器之間增設一套空氣源熱泵系統裝置（見圖1），將空氣中的低溫熱能通過有機介質吸收，經過壓縮機壓縮后轉化為高溫熱能對鍋爐給水進行預加熱至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，降低蒸汽生產成本。該系統可實現對鍋爐給水的連續預加熱，以滿足工藝生產需要，不僅可以降低鍋爐的燃料消耗量（以每年生產9個月計算，每年可節約燃料費90.44萬元），而且可以減少煙塵及CO2、SO2的排放量，保護環境，企業從而達到節能減排的目的，并獲得良好的經濟效益與社會效益。新增的空氣源熱泵系統可放置在熱力除氧器所在的屋面上或者鍋爐房內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 改進效果

3.1 預期達到的技術經濟指標（以1臺15t/h燃煤工業鍋爐為例）

3.1.1 將給水從20℃加熱至55℃的蒸汽消耗量計算

額定蒸發量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；15t/h燃煤工業鍋爐按每天連續生產24小時、每年生產9個月（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

每年消耗的蒸汽費用（按每噸蒸汽費用250元/t計算，本數據由大理復烤廠鍋爐運行實測費用得出）：

6221×250=155.50萬元/年

3.1.2 將給水從20℃加熱至55℃的空氣源熱泵耗電量計算

（1）空氣源熱泵數量的確定

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（按設備廠家技術參數選取）；每臺空氣源熱泵功率按5.77kW計：

1kW=860×4.1868=3596kJ

則空氣源熱泵選用數量N為：

N=Q/3596×4.3×5.77=29臺；

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

（2）空氣源熱泵加熱系統自耗電費用

29臺空氣源熱泵加熱系統自耗電總功率：

29×5.77=167.33kW

29臺空氣源熱泵每天自耗電費用（工業用電價格按市價0.6元/kW.h暫定）：

167.33×24×0.6=2409.55元

每年自耗電費用為：2409.55×270=65.06萬元/年

3.1.3 蒸汽加熱和空氣源熱泵加熱系統費用對比

蒸汽加熱每年消耗的蒸汽費用（按每噸蒸汽費用250元計算）：155.50萬元/年。

空氣源熱泵加熱系統每年自耗電費用為：65.06萬元/年。

蒸汽加熱和空氣源熱泵加熱系統每年費用差為：155.50-65.06=90.44萬元。

3.1.4 空氣源熱泵加熱系統投資

32臺空氣源熱泵系統總投資預算為284.00萬元，系統設備包括空氣源熱泵、熱水箱、加壓泵、控制系統、管道等。

投資回收期為：284.00/90.44=3.14年。

4 結束語

綜上所述，利用空氣源熱泵吸收空氣中的熱能對鍋爐給水進行預加熱，可以得到事半功倍的節能減排效果。以1臺15t/h燃煤工業鍋爐為例（每天生產24小時、每年生產270天），將鍋爐給水從20℃加熱至55℃，如果使用蒸汽加熱法，每年的運行費用是155.50萬元/年，如果使用空氣源熱泵加熱法，每年的運行費用是65.06萬元/年，二者相差90.44萬元，亦即每年可節約燃煤費用90.44萬元。其次，使用空氣源熱泵加熱鍋爐給水系統3.14年即可收回投資成本，投資回報率高，不僅可以節約燃料、節約電能，而且可以減少煙塵及CO2、SO2的排放量，保護環境，企業從而達到節能減排的目的，并獲得良好的經濟效益與社會效益。

參考文獻

[1]水和水蒸汽性質圖表[M].北京科學技術出版社，2-4.