工业蒸汽锅炉节能优化改造实践

摘要：随着工业蒸汽锅炉节能技术的逐渐发展和变化，原有配套设备已不能满足目前节能降耗工作需要，需进行节能优化改造。本研究以成都卷烟厂为例，对原锅炉在运行中存在的节能空间进行了细致的分析，针对性提出了优化改造思路，并详细介绍了优化改造后的运行情况。

关键词：工业锅炉；蒸汽锅炉；节能；优化；改造

前言

成都卷烟厂锅炉房共装有4台锅炉主机，均为德国菲斯曼Vitomax 200型燃气蒸汽锅炉，2台10t的燃油燃气锅炉（1#、2#）可燃烧柴油和燃烧天然气两种模式自动切换、2台10t的燃气锅炉（3#、4#）仅通过燃烧天然气供热，单台锅炉最大工作压力1.3MPa，额定蒸发量为10t/h。锅炉辅助系统包括有：1套30m3的柴油存储系统，含大小油罐两组；1套锅炉给水系统，含2套20m3的钠离子水处理系统、1套常温除氧系统、1套常温除铁系统、6台套给水泵组，2套水箱。

2016年，锅炉系统共生产蒸汽2.56万t蒸汽，有效运行时间为1.18万h，共耗水3.10万t，耗电23.81万kW·h；天然气263.99万m3，占锅炉系统总能耗的99%，锅炉系统总耗能占全厂综合能耗43.25%。锅炉系统运行效率方面，2016年全年气汽比为103m3/t，水汽比1.21m3/t，均不在锅炉系统能源绩效参数设定的控制范围以内。

1.改造前状况

锅炉系统年度能源耗用分析主要集中分析锅炉系统的表1所示。

表1 锅炉系统年度能耗分析

1.1 锅炉系统气汽比分析

2012年-2016年锅炉系统气汽比呈上升趋势。气汽比最小的是2012年，为91.77m3/t；最大的是2016年，为103.18m3/t；即每生产1吨蒸汽2016年比2012年多消耗天然气11m3。五年内，气汽比升高幅度达12.43%，反映成都卷烟厂锅炉系统热效率大幅降低，节能空间较大，急需开展技术改进，提高锅炉系统热效率，降低锅炉气汽比。

1.2 锅炉系统电汽比分析

2012年-2016年成都卷烟厂电汽比平均值为9.87kW·h/t，即近五年生产1吨蒸汽平均需要耗电9.87kW·h。电力消耗占蒸汽生产成本较小，锅炉系统电力消耗节能空间较小。

1.3 锅炉系统自来水利用率分析

2012年-2016年成都卷烟厂锅炉系统水汽比呈下降趋势。水汽比最高的是2012年，为1.36m3/t，水汽比最低的是2016年，为1.21m3/t。根据锅炉系统能源绩效参数要求，水汽比的控制值≤1.50，五年内，水汽比数据均在控制值范围内，节能空间较小。

1.4 给水系统分析

由于软水设备再生钠离子交换器运行已久，系统陈旧落后，除氧器除氧率不达标，实际运行中导致锅炉氧腐蚀比较严重，锅炉热效率大幅度下降。同时，冷凝水管道锈蚀严重，造成回收的冷凝水含铁量严重超标，含铁量达5.37mmol/L，无法正常回收使用，造成大量热量和水资源的浪费。拟在现有条件下对该系统进行改造，使锅炉在运行中尽最大可能减少氧腐蚀，提高锅炉能源使用效率，保证锅炉稳定、安全、高效、节能的运行。

综合上述分析：现阶段成都卷烟厂锅炉系统气汽比高位运行，锅炉主机热效率偏低，为近五年最低水平，急需通过技术改造，提高锅炉热效率。

2.水处理节能优化改造

本次改造新上两台除氧器，考虑建筑承重载荷，两台除氧器安装在现有的软水设备间，而软水设备安装在锅炉房二楼原除氧设备间，将1楼化验间改造为盐液池，并且增加一套锅炉排污自动控制及热回收利用装置，同时，更换现有蒸汽冷凝水主管道及保温，并在二楼配置一台除铁器和一套CCD（污染在线检测系统），以提高锅炉系统能源利用率。

锅炉系统节能改造完成后，锅炉水处理系统一共分两条供水线路。一条为自来水经钠离子交换器处理后，合格进入软水箱，软水经热力除氧器除氧后供锅炉使用；另一条为蒸汽冷凝水汇于冷凝水水箱后，经除铁器除去冷凝水中铁离子，经过CCD在线检测合格后进入软水箱，再经除氧器除氧后供锅炉使用。

增设除氧器后，锅炉给水温度可达104℃，远高于改造前的50℃。锅炉给水温度提高，大幅度提高了锅炉热效率，即锅炉气汽比大幅度提高。同时，高温冷凝水回收二次利用，大量热量与水资源得以再次利用，大幅度提高了锅炉水资源利用率，即锅炉水汽比大幅度提高。

3.能优化改造结果

3.1 锅炉给水水质

钠离子交换器产出达标水与除铁后冷凝水在软水箱混合，再经过除氧器除氧供锅炉使用。试运行期间，共对锅炉给水主要水质指标进行了25次测试。测试数据整理如下：

（1）温度（℃）：试验期间，锅炉给水温度最高为104℃，最低为99℃，平均温度为101.32℃。

（2）硬度（mmol/L）：试验期间，锅炉给水硬度醉倒为0.02mmol/L，最低为0.01mmol/L，平均值为0.12mmol/L。

（3）氯根（mg/L）：试验期间，锅炉给水氯根最高为15mg/L，最低为13mg/L，平均值为13.32mg/L。

（4）PH值：试验期间，锅炉给水PH值一直为7。锅炉给水PH值测试记录结果如图5.8所示。

3.2 冷凝水水质

冷凝水回收系统改造后，冷凝水回收品质得到很大提升，大部分冷凝水经除铁器处理后可供锅炉使用。试运行期间，共采集15日回水水量与平均温度数据，如表2所示。

表2 冷凝水回收系统试运行数据

从试验数据可以看出，日回水量最多为72.9m3，最少为59.1m3，平均每日回水65m3，蒸汽系统约60.6%的高温冷凝水能得以回收利用；回水温度最高为82℃，最低为72℃，平均温度为77℃。

回收的冷凝水中杂质主要是Fe离子，因此，冷凝水回收系统主要是通过除铁器去除冷凝水中的Fe离子。改造完成后，主要检测冷凝水中含铁量（mg/L）的变化情况，以及PH值的变化情况。试运行期间，成都卷烟厂正常生产情况下，每日平均可回收高温蒸汽冷凝水65t、平均温度77℃。冷凝水经除铁器过滤后，含铁量≤0.3mg/L，PH值为7，可供锅炉安全使用。

3.3改造后锅炉系统运行效率

锅炉系统节能改造完成后，试运行期间，共采集15日试运行数据进行系统运行效率分析。

（1）气汽比：试运行期间，共生产蒸汽1608.7t，消耗天然气146450kW·h，平均气汽比为90.88 m3/t，单日气汽比最高为102.1m3/t，最低为77.37m3/t，远低于去年同期平均值。

（2）水汽比：试运行期间，共生产蒸汽1608.7t，消耗水1555.1m3，平均水汽比为0.97m3/t，单日水汽比最高为1.12m3/t，最低为0.82m3/t，远低于去年同期平均值。

（3）电汽比：试运行期间，共生产蒸汽1608.7t，消耗电17992kW·h，平均电汽比为11.19kW·h/t，单日电汽比最高为13.42kW·h/t，最低为9.82kW·h/t，略低于去年同期平均值。

3.4锅炉系统节能改造节能效果预测

成都卷烟厂锅炉系统节能改造完成后，锅炉系统能源利用率明显提高，特别是自来水与天然气利用率指标。气汽比与去年同期比较降低22.00m3/t，即每产生1t蒸汽，减少天然气消耗22m3，降低幅度达19.5%；水汽比与去年同期比较降低0.42m3/t，即每产生1t蒸汽，减少水消耗0.42m3，降低幅度达30.4%；电汽比与去年同期比较降低2.67 kW·h/t，即每产生1t蒸汽，减少电消耗2.67kW·h，降低幅度达19.3%，锅炉系统能源利用率指标整体良好。

能源节约量计算方式如下：

式中，W—能源节约量

M—蒸汽生产总量

P—单位蒸汽能源消耗降低值

2016年锅炉系统共生产蒸汽25586t，根据上公式可得，预计全年可节约自来水消耗1.07万m3，经济收益8.00万元；预计全年可节约电消耗6.83万kW·h，经济收益6.28万元；预计可节约天然气56.29万m3，经济收益182.38万元。成都卷烟厂锅炉节能改造预估年度总收益近196.66万元。

4.结束

锅炉系统增加热力除氧器，可大幅度提高锅炉给水温度，降低锅炉气汽比，提高锅炉系统天然气利用率。热力除氧器自身要消耗锅炉系统部分蒸汽，可通过回收冷凝水提高除氧器给水温度，闪蒸锅炉排污水产生蒸汽供除氧器使用等措施，减少除氧器蒸汽使用量。蒸汽冷凝水回收系统中，除铁器过滤后的冷凝水大部分可用于锅炉系统，可降低锅炉自来水消耗，降低锅炉系统水汽比和气汽比。

本次成都卷烟厂锅炉系统节能优化改造的成功，对于工业低压蒸汽锅炉行业，特别是烟草行业蒸汽锅炉改造具有较好的借鉴意义。