卷煙廠鍋爐余熱階梯利用技術改造

鄭東升

（河南中煙工業公司，河南鄭州 450000）

0 引言

卷煙廠異地技改時，設計的燃氣燃油工業鍋爐工藝流程及余熱回收利用系統如下:軟化水→熱水箱（在熱水箱中，與二級節能器的煙氣換熱，然后與連續排污換熱器進行熱量交換，完成初步加熱）→除氧器（被蒸汽加熱，蒸汽加藥物除氧）→鍋爐一級節能器→鍋爐（鍋爐運行參數，壓力1.2 MPa，溫度194℃）→蒸汽→供制絲和中央空調使用。同時回收高溫冷凝水，回收流程如下:制絲和中央空調的蒸汽經過做功后，溫度降低，變為冷凝水，制絲冷凝水經過閃蒸灌閃蒸，閃蒸汽壓力0.2 MPa，溫度120℃，凝結水溫度110℃，空調凝結水溫度75℃，進入熱水箱對軟化水預加熱，然后進入除氧器。高溫冷凝水回收流程見圖1。

圖1 鍋爐冷凝水回收利用工藝流程

1 存在問題

（1）在制絲車間生產期間，熱水箱的放散管有連續不斷的蒸汽排放，造成大量熱能浪費。

（2）熱水箱水擊嚴重，造成熱水箱開裂漏水，危急生產保供。（3）鍋爐本體的一級節能器水擊嚴重，危急鍋爐爐體安全。（4）除氧器水溫不穩定，藥物補充除氧加藥量大。

2 原因分析

高溫冷凝水回收方式及熱能品位見圖2。制絲凝結水和空調凝結水均采用閉式回收，混合后注入熱水箱，變為開式回收，之后再進入除氧器，又變為閉式回收。

開式回收相比較閉式回收的缺點:閃蒸損失大、回收水溫低、熱能利用率差、管網腐蝕嚴重。即便是設計相對比較完善的開式系統，閃蒸損失及降溫損失仍舊十分可觀。

圖2 高溫冷凝水回收方式及熱能品位

飽和水及水蒸氣的熱力學特性（圖3）。蒸汽攜帶的總熱量遠大于同溫度下的飽和水含有的熱量，多出部分是對應壓力下的汽化潛熱，例如2 bar（絕對壓力）蒸汽的汽化潛熱是水的顯熱的4倍。熱能品位高低與壓力和溫度有關，壓力越高、溫度越高則熱能品位越高，蒸汽潛熱的熱能品位遠大于顯熱的熱能品位。

圖3 飽和水及水蒸氣的熱力學特性曲線

（1）制絲高品質的冷凝水采用開式回收（熱水箱），使超過100℃水溫的熱量無法有效利用，是造成大量熱源外排（放散管排蒸汽）的主要原因。

（2）高品質制絲冷凝水（110℃）、閃蒸汽（120℃）與低品質空調冷凝水（75℃）混合，再與常溫的軟化水及純凈水（20℃）混合，介質之間溫差大，沒有采用減壓消振措施，是造成熱水箱水擊、劇烈振動的原因。

（3）多種溫度介質在熱水箱內的水混合換熱，水通常只能加熱到（70～80）℃，通過除氧泵加壓進入除氧器。再通過蒸汽加熱，除氧器中的水與鍋爐本體的一級節能器（煙溫230℃）換熱，二者溫度懸殊大，造成嚴重水擊。除氧器的進水口位置偏下方，距離除氧器的出水口近，除氧器溫度傳感器在上方，造成水溫虛假，新蒸汽加熱有限。造成進入鍋爐鍋體的水溫維持在（65～85）℃，導致鍋爐效能不高。

（4）由于除氧器的實際溫度不高，造成熱力除氧效果不好，補充藥物除氧，消耗的藥物量大。

3 改造措施

3.1 整體思路

盡可能保留原管道系統的整體布置，局部改造現有管道，把凝結水、閃蒸汽由現在的開式回收方式，改為閉式回收方式，根據余熱品位采用階梯形式分級利用，逐步提高鍋爐給水溫度，達到余熱收得回來、充分利用，消除熱水箱和一級節能器振動。改造后的余熱回收與利用的工藝流程見圖4。

圖4 改造后余熱回收與利用工藝流程

（1）軟化水進入熱水箱，通過循環泵先與二級節能器、表面排污換熱器進行循環熱交換，吸收熱量后，再通過除氧泵送入除氧器，與回收的高溫凝結水在除氧頭水室混合。閃蒸汽直接送入除氧水箱，并通過設置在除氧水箱低水位線處的浸沒式蒸汽消音加熱器噴出，先與除氧水箱內的水進行混合換熱，未交換完的閃蒸汽析出水面并匯集進入除氧頭，與從除氧頭啟膜器向下流動的低溫水再次進行熱交換，提高剛進入除氧器的水溫。相應的熱水箱水溫降低，有利于二級節能器和排污換熱罐換熱。

（2）除氧器溫度控制在104℃，多余熱量（乏汽）經過除氧頭上部排放管排出送入熱水箱，與熱水箱內的水進行最后一次熱交換，放盡熱量凝結成水，使熱量得到充分利用。

3.2 除氧器藥物除氧的改進

穩定除氧水箱的水溫，改變藥劑進入除氧器的位置，提高藥物補充除氧效果。除氧藥劑從除氧頭給水管道進入，與同時進入除氧器的水提前混合，使藥劑混合擴散更快，除氧效果更佳，降低加藥量，節省藥劑，降低費用。除氧器水溫升高，除氧藥劑使用量減少。

3.3 改造施工示意圖

具體改造施工示意見圖5，圖中虛線為改動新增管道及閥門。

3.4 改造實施

利用十一假期停產時間實施改造，保持原有系統，利用原有管道和備件，減少工作量，節約改造費用。

（1）凝結水回收利用。用DN150 316L不銹鋼管，接在進入熱水箱前的管道上，直接送入1#，2#除氧器的配水室，配備相應的閥門便于調節，原進入熱水箱的凝結水閥門關閉。

圖5管道改造示意

（2）閃蒸汽回收利用。在DN150閃蒸汽主管道上開設三通，用DN100和DN80的管道分別接入兩臺除氧器水箱的備用口，配PN16 DN100和DN80截止閥各1臺，便于調節和檢修時使用。

（3）除氧器消振。除氧器內部，閃蒸汽管連接2個316L DN100 PN16和316L DN65 PN16浸沒式蒸汽消聲加熱器，縱向安裝在除氧頭下方，水箱低水位線處，消除沖擊振動，提高換熱效果，穩定除氧器水溫。

（4）隔斷原進入熱水箱的閃蒸汽管路。在2#除氧頭1側適當位置安裝1臺DN150截止閥，把原閃蒸汽管隔斷，隔斷閥后部管道暫不做改動。

（5）除氧器做完功后乏汽的再利用。切斷1#，2#除氧器頭上部 DN65的除氧器乏汽排放管道，與另鋪設1條DN65管道連接，最后接在DN150閃蒸汽管道的隔斷閥后部管道上，品位較低的熱能送到熱水箱再利用。

（6）除氧器加藥的改進。藥物除氧是彌補除氧器溫度偏低引起的除氧效果不佳的除氧方式。原來，加藥除氧的管道在除氧器中下部，導致除氧水箱藥物混合不均衡，藥物除氧效果下降。改造后將藥物除氧的進水管接在兩臺除氧器給水管主管道上，從除氧器上部進入，隨除氧器給水噴淋而下，達到藥物混合均勻，提高除氧效果。

4 改造后的成效

4.1 直接效果

（1）余熱使用方式采取的是按余熱品位階梯使用，各部換熱會更加合理，余熱利用更加完全，熱水箱的放散管連續外排蒸汽的現象徹底消失。

（2）進入熱水箱的熱為除氧器使用不完的余熱，不存在介質間大的溫差，熱水箱水擊振動現象消失。

（3）采取余熱的梯級利用、改變除氧進水方式，除氧器內部換熱充分且均勻，除氧器溫度（即鍋爐給水溫度）由原來的（65～85）℃左右提高到（99～104）℃左右，提高了17 ℃，除氧器加熱不再使用新蒸汽。由于除氧器溫度與鍋爐一級節能器之間溫差的減小，并且溫度均衡，鍋爐本體的一級節能器水擊振動的現象消失（開工點爐時段除外）。

（4）改造后由于進入熱水箱的都是低品位的余熱，熱水箱水溫低，有利于低品位熱量的利用，正常情況下熱水箱可全部利用完。由于熱水箱水溫降低，二級節能器煙溫由原來的110℃左右降低到90℃左右，提高了二級節能器煙氣余熱的回收利用率。

（5）改造后因除氧水溫的提高約20℃，加藥管位置的改變，使藥劑擴散更快，混合更好，除氧效果更佳，加藥量由原來的60%調整為40%，減少20%，且給水含氧量化驗值30 μg左右（國標規定給水含氧量<100 μg），符合標準。

4.2 鍋爐能效的提升

改造后，2018年10月份鍋爐氣汽比74.71 m3/t；2017年10月份鍋爐氣汽比76.69 m3/t，同比下降了1.98 m3/t，實現了鍋爐效能指標的明顯提升。

4.3 經濟價值

（1）改造后提升了鍋爐能效，按照氣汽比下降1.98 m3/t計算，按照2017年全年蒸汽產量70 600 t，天然氣價格3.6元/m3，可以算出，年節約天然氣價值70 600×1.98×3.6=50.323 7萬元人民幣。

（2）按2017年除氧藥劑使用量40 t，20元/kg計算，改造后減少加藥量20%，年節約藥劑價值40 000×20×20%=16萬元人民幣。

以上合計，改造后每年直接經濟價值＞66萬元人民幣，扣除改造成本費用4.8萬元人民幣，當年凈節約61.2萬元人民幣。

5 結束語

全國煙廠都有制絲線和中央空調，都有鍋爐余熱回收的必要，在余熱回收過程中，不可避免面對各品位余熱的分級利用的問題，技術改造所探索出的余熱分級利用經驗和模式，投資不大，成效明顯，對存在相似困擾的卷煙廠和新技改項目，具有較強的推廣、借鑒價值。