鍋爐水系統(tǒng)節(jié)能改造工程實(shí)踐

文_李均 成都生物制品研究所有限責(zé)任公司

隨著國家環(huán)境保護(hù)排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，在“碳達(dá)峰、碳中和”背景下，節(jié)能減排工作越來越引起各級政府和相關(guān)企業(yè)的高度重視，如何進(jìn)行節(jié)能減排已成為企業(yè)能源管理的重要目標(biāo)。鍋爐蒸汽生產(chǎn)作為能源轉(zhuǎn)換的一個(gè)至關(guān)重要環(huán)節(jié)，開展節(jié)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(jìn)行調(diào)查，結(jié)合鍋爐房及某公司蒸汽利用的實(shí)際情況，充分研究和科學(xué)論證對除氧器排放熱量進(jìn)行回收，不僅可以節(jié)約能源消耗量、減少自來水的取水量，還可以給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。

1 鍋爐車間的現(xiàn)狀及存在問題

某公司鍋爐房有2臺(tái)蒸發(fā)量為10 t/h的燃?xì)忮仩t和2臺(tái)蒸發(fā)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(chǎn)，由于電極式蒸汽鍋爐要求補(bǔ)水電導(dǎo)率小于4μs,因此鍋爐補(bǔ)水統(tǒng)一采用純化水。純化水由35t/h的純化水機(jī)生產(chǎn)，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(xiàng)不足。

1.1 除氧器熱量損失嚴(yán)重

水暴露在空氣中時(shí)，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(yè)蒸汽將補(bǔ)水在除氧塔內(nèi)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(shí)，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(gè)DN40手動(dòng)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(fèi)。估算每年排放蒸汽超過3500t，造成極大能源浪費(fèi)。

1.2 純化水系統(tǒng)水資源浪費(fèi)

鍋爐房純化水采用RO反滲透工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)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(fèi)，同時(shí)增加了企業(yè)的排污成本和污水處理成本。在進(jìn)行反滲透前，因?yàn)樽詠硭呀?jīng)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(shù)指標(biāo)都優(yōu)于自來水，有很大的回收利用價(jià)值。

2 鍋爐車間節(jié)能改造思路

除氧器排放的蒸汽是鍋爐房生產(chǎn)的二次能源，純水機(jī)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(yán)重浪費(fèi)，違背節(jié)能減排的宗旨，也不利于企業(yè)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(bǔ)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(jìn)行熱交換，應(yīng)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(zhì)與鍋爐房補(bǔ)水相同，所以冷凝水可以直接作為鍋爐補(bǔ)水使用，通過對冷凝水進(jìn)行回收利用達(dá)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(bǔ)水，在除氧過程中消耗的蒸汽減少，達(dá)到了對補(bǔ)水進(jìn)行預(yù)加熱的效果。

2.2 純化水制備系統(tǒng)濃水回收改造

鍋爐房外有循環(huán)量4500t/h冷卻塔1座，800t冷卻塔1座，主要給中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)組降溫，兩座水塔年耗水量近9萬t。冷卻塔對補(bǔ)水的水質(zhì)要求非常低，如果將純化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的濃水做為冷卻塔補(bǔ)水，可以有效減少冷卻塔的自來水消耗量，達(dá)到回收利用的目的。

3 節(jié)能改造項(xiàng)目實(shí)施過程

3.1 除氧系統(tǒng)熱回收改造實(shí)施過程

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，容積20m3的除氧水箱，每小時(shí)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(wěn)定運(yùn)行，本次改造采用管式換熱器進(jìn)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(shè)成本及長距離輸送帶來的熱損失，在除氧器附近新建一個(gè)30m3余熱回收水箱，原來純水箱不再給除氧器補(bǔ)水，改為給余熱回收水箱補(bǔ)水，將余熱回收水箱的水作為熱回收的冷媒。采用一臺(tái)循環(huán)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(jìn)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(jīng)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(bǔ)水使用，降溫后的低溫水汽通過換熱器側(cè)面的排放口排到大氣中。

如圖1所示，原除氧器的補(bǔ)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(hào)泵（一用一備）的啟停受除氧器液位控制，型號(hào)與原1號(hào)泵相同。新增2號(hào)泵功率1.1kW、循環(huán)量10m3/h作為余熱回收循環(huán)泵，處于常開。為保證余熱回收過程中，不改變水質(zhì)，本項(xiàng)目的所有管道均采用304材質(zhì)，管道及余熱回收水箱保溫均采用標(biāo)準(zhǔn)50m巖棉保溫加保護(hù)鋁皮。新增水泵選擇二級能效水泵充分節(jié)能。

圖1 除氧系統(tǒng)熱回收改造流程圖

3.2 純化水制備系統(tǒng)濃水回收實(shí)施過程

將鍋爐房原有一座容積18m3地下式水池進(jìn)行改造，進(jìn)行必要防水處理后用于收集鍋爐房產(chǎn)生的濃水。改造不對純化水機(jī)組進(jìn)行任何改動(dòng)，直接將純水機(jī)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(bǔ)水。用冷卻塔的液位控制潛水泵的啟停。同時(shí)將原冷卻塔的自動(dòng)補(bǔ)水閥降低，達(dá)到優(yōu)先采用濃水補(bǔ)充，當(dāng)濃水水量不足時(shí)采用自來水補(bǔ)水，保證空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 項(xiàng)目投資及效益

本項(xiàng)目回收的熱量主要用于除氧器補(bǔ)水的預(yù)加熱，因此項(xiàng)目節(jié)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(jìn)行節(jié)能量測算。通過測量，除氧器原來補(bǔ)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(yù)算量測算，每年節(jié)省電量達(dá)275萬kWh。節(jié)能改造新增水泵電耗1.93萬kWh/a。最終本項(xiàng)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(xiàng)目主要新增設(shè)施設(shè)備為熱水箱1座、除氧器熱回收換熱器1臺(tái)、除氧器補(bǔ)水泵2臺(tái)、除氧器熱潛水泵1臺(tái)，以及配套管道，項(xiàng)目總投資50萬元。按照某公司鍋爐房平均電價(jià)0.4元/kWh計(jì)算，年節(jié)省電費(fèi)為109.2萬元；回收濃水按照所在地水費(fèi)4.43元/t計(jì)算節(jié)省水費(fèi)21萬元，該項(xiàng)目在不考慮減少的污水處理及排放成本的情況下，年節(jié)省水電費(fèi)用130萬元，不到半年即可收回投資費(fèi)用。

5 結(jié)語

本次節(jié)能改造在不改變鍋爐房蒸汽生產(chǎn)工藝的前提下，增加熱回收裝置進(jìn)行熱回收，從效果分析，該項(xiàng)目降低了鍋爐的用電量，半年即可收回投資，投資小、回報(bào)高，達(dá)到了節(jié)能降耗、降本增效的目的。該項(xiàng)目為企業(yè)的綠色發(fā)展提供了有益的借鑒，用實(shí)際行動(dòng)踐行“節(jié)能降碳 綠色發(fā)展”的理念。