鍋爐水系統節能改造工程實踐

文_李均 成都生物制品研究所有限責任公司

隨著國家環境保護排放標準不斷提高，在“碳達峰、碳中和”背景下，節能減排工作越來越引起各級政府和相關企業的高度重視，如何進行節能減排已成為企業能源管理的重要目標。鍋爐蒸汽生產作為能源轉換的一個至關重要環節，開展節能減排工作十分必要。對蒸汽鍋爐熱力除氧器余熱排放情況進行調查，結合鍋爐房及某公司蒸汽利用的實際情況，充分研究和科學論證對除氧器排放熱量進行回收，不僅可以節約能源消耗量、減少自來水的取水量，還可以給企業帶來經濟效益。

1 鍋爐車間的現狀及存在問題

某公司鍋爐房有2臺蒸發量為10 t/h的燃氣鍋爐和2臺蒸發量為15t/h的電極式蒸汽鍋爐。電鍋爐于2018年建成，2019年正式投產，由于電極式蒸汽鍋爐要求補水電導率小于4μs,因此鍋爐補水統一采用純化水。純化水由35t/h的純化水機生產，除氧工藝采用旋膜熱力除氧，除氧能力為35t/h。鍋爐房年消耗自來水12萬t，電力消耗4000萬kWh、天然氣消耗65萬m3，約占公司總能耗的50%，使用過程中暴露出兩項不足。

1.1 除氧器熱量損失嚴重

水暴露在空氣中時，使氧的飽和溶液濃度隨著溫度上升，含氧量降低。鍋爐除氧器為旋膜試除氧器，用0.2MPa工業蒸汽將補水在除氧塔內升高至104℃，除氧過程析出的空氣與蒸汽混合在一起，將空氣排出除氧器的唯一辦法就是排出空氣的同時，排出蒸汽。為維持除氧水箱104℃的溫度，保證氧含量不升高，要用蒸汽維持除氧水箱與外界0.02MPa壓力，也要排放蒸汽。在除氧器排氣管道上安裝1個DN40手動球閥，球閥后通過管道直接排入大氣，空氣和蒸汽攜帶大量熱量通過除氧器的排氣口排放到大氣中，造成能源的浪費。估算每年排放蒸汽超過3500t，造成極大能源浪費。

1.2 純化水系統水資源浪費

鍋爐房純化水采用RO反滲透工藝生產，生產過程中要排放大量濃水。按照40%的濃水排放率，一年排放超過4.8萬t。改造前，濃水通過污水管道直接排放到污水站，造成很大的水資源浪費，同時增加了企業的排污成本和污水處理成本。在進行反滲透前，因為自來水已經過沙濾、活性炭過濾、陽離子樹脂以及保安過濾器處理，排放的濃水的大多數指標都優于自來水，有很大的回收利用價值。

2 鍋爐車間節能改造思路

除氧器排放的蒸汽是鍋爐房生產的二次能源，純水機排放的濃水屬于寶貴的水資源，二者如果直接排放是對能源和資源的嚴重浪費，違背節能減排的宗旨，也不利于企業降本增效,因此對二者的回收利用顯得尤為重要。

2.1 除氧器排氣熱回收改造

除氧器補水是常溫水，平均溫度10～20℃之間，除氧器排放水蒸氣溫度在100℃以上，平均溫差在80℃左右，二者具有良好的熱交換條件，采用熱交換方式，將純化水和排放水汽進行熱交換，應該具有良好交換效果。只要將排放水蒸氣溫度降低到100℃以下，就可以將水蒸氣冷凝。冷凝后的冷凝水具有較高的熱量，冷凝水的水質與鍋爐房補水相同，所以冷凝水可以直接作為鍋爐補水使用，通過對冷凝水進行回收利用達到熱量及水資源回收利用的雙重目的。通過熱交換后的純化水水溫升高，作為除氧器的補水，在除氧過程中消耗的蒸汽減少，達到了對補水進行預加熱的效果。

2.2 純化水制備系統濃水回收改造

鍋爐房外有循環量4500t/h冷卻塔1座，800t冷卻塔1座，主要給中央空調系統的制冷機組降溫，兩座水塔年耗水量近9萬t。冷卻塔對補水的水質要求非常低，如果將純化生產過程中產生的濃水做為冷卻塔補水，可以有效減少冷卻塔的自來水消耗量，達到回收利用的目的。

3 節能改造項目實施過程

3.1 除氧系統熱回收改造實施過程

根據經驗，容積20m3的除氧水箱，每小時排放蒸汽和不容性氣體約400Kg。為保證熱回收效果及除氧器的穩定運行，本次改造采用管式換熱器進行熱量回收。考慮到原來純水箱與除氧器的距離帶來的建設成本及長距離輸送帶來的熱損失，在除氧器附近新建一個30m3余熱回收水箱，原來純水箱不再給除氧器補水，改為給余熱回收水箱補水，將余熱回收水箱的水作為熱回收的冷媒。采用一臺循環量10m3/h水泵，將水輸送至換熱面積為20m2熱交換器的管層，在管層與除氧器放散口排放的蒸汽進行熱交換后變成熱水回流至余熱回收水箱。除氧器排放的蒸汽經換熱器殼層后變成冷凝水，通過換熱器的下端收集到余熱回收熱水箱作為除氧器的補水使用，降溫后的低溫水汽通過換熱器側面的排放口排到大氣中。

如圖1所示，原除氧器的補水泵啟停受除氧器器液位控制改為受余熱回收水箱液位控制，新增3、4號泵（一用一備）的啟停受除氧器液位控制，型號與原1號泵相同。新增2號泵功率1.1kW、循環量10m3/h作為余熱回收循環泵，處于常開。為保證余熱回收過程中，不改變水質，本項目的所有管道均采用304材質，管道及余熱回收水箱保溫均采用標準50m巖棉保溫加保護鋁皮。新增水泵選擇二級能效水泵充分節能。

圖1 除氧系統熱回收改造流程圖

3.2 純化水制備系統濃水回收實施過程

將鍋爐房原有一座容積18m3地下式水池進行改造，進行必要防水處理后用于收集鍋爐房產生的濃水。改造不對純化水機組進行任何改動，直接將純水機組的濃水排放管道延長至濃水收集池近濃水回收。收集的濃水使用0.75kW的潛水泵抽到冷卻塔，作為冷卻塔補水。用冷卻塔的液位控制潛水泵的啟停。同時將原冷卻塔的自動補水閥降低，達到優先采用濃水補充，當濃水水量不足時采用自來水補水，保證空調系統的穩定運行。

4 項目投資及效益

本項目回收的熱量主要用于除氧器補水的預加熱，因此項目節能量主要通過測量純水箱及熱回收水箱的溫差，通過溫差進行節能量測算。通過測量，除氧器原來補水箱（純水箱）平均溫度15.35℃，測試期余熱回收水箱平均溫度56.23℃，平均溫升40.88℃。按照某鍋爐房2021年5.8萬t蒸汽預算量測算，每年節省電量達275萬kWh。節能改造新增水泵電耗1.93萬kWh/a。最終本項目每年減少電力消耗273萬kWh，折合336.6tce，年減少溫室氣體排放約1435t,年回收利用濃水4.8萬t。

該項目主要新增設施設備為熱水箱1座、除氧器熱回收換熱器1臺、除氧器補水泵2臺、除氧器熱潛水泵1臺，以及配套管道，項目總投資50萬元。按照某公司鍋爐房平均電價0.4元/kWh計算，年節省電費為109.2萬元；回收濃水按照所在地水費4.43元/t計算節省水費21萬元，該項目在不考慮減少的污水處理及排放成本的情況下，年節省水電費用130萬元，不到半年即可收回投資費用。

5 結語

本次節能改造在不改變鍋爐房蒸汽生產工藝的前提下，增加熱回收裝置進行熱回收，從效果分析，該項目降低了鍋爐的用電量，半年即可收回投資，投資小、回報高，達到了節能降耗、降本增效的目的。該項目為企業的綠色發展提供了有益的借鑒，用實際行動踐行“節能降碳 綠色發展”的理念。