医院锅炉改造分析与节能研究

杨寅明

（上海市第一妇婴保健院，上海201204）

0 引言

随着国家“十三五”规划的实施，医院又步入了一个快速发展期，规划确立的“绿色、高效、可持续”的发展理念逐步深入人心，生态文明建设也提升到了新的高度，医院发展也逐步向“绿色、节能、环保、低碳”的目标迈进。为顺应时代发展要求，2016年初长乐路院区锅炉节能改造正式启动，2016年7月改造完成并投入运行，通过一年的运行，取得了较好的节能效果。笔者作为项目经理参与了改造，本文将介绍初期的设计思路、中期的施工方案及后期的运行方案，并从节能减排和经济性两个方面对改造后的系统进行分析。

1 设计要求和思路

长乐路院区锅炉是2001年9月投入使用的两台双良蒸汽锅炉（一台1.5 t/h、一台3 t/h），正常情况夏、秋季使用一台1.5 t锅炉，冬、春季使用一台3 t锅炉，同时互为备用。主要供应范围：一是为院区临床、医技和后勤提高生活用热水；二是为供应室提供消毒用蒸汽；三是为开水炉、食堂蒸箱提供蒸汽。

考虑改造的主要原因有以下几点：（1）锅炉使用年限长，安全系数差；（2）蒸汽锅炉能源利用效率低下；（3）属高压容器，需24 h人员值守，人力成本高；（4）管道长，耗能大，维护成本高。

改造后希望达到以下几点目的：（1）提高能源利用效率和安全系数；（2）节约维护成本和人力成本；（3）系统性考虑，减少占用房屋面积；（4）实现供热系统的自动化；（5）在使用周期内（8年）收回成本支出并有结余。

2 设计要点

2.1 改造方案

首先，将以前的集中蒸汽供应模式改造为分散型就近供应模式，主要包含以下内容：（1）利用锅炉房平台靠近供应室处加装2台电热蒸汽发生器（ZFQ-T、60 kW），为供应室提供蒸汽消毒；（2）将以前的4台食堂蒸箱和1台蒸汽开水炉改造为4台燃气蒸箱和1台燃气开水炉，同时总共废弃了近120 m的老压力管道。

其次，将以前蒸汽锅炉供应生活用热水改造为由2台CO2（P744）空气源热泵机组和2台常压热水锅炉（1 t/h）配合供应生活用热水。

最后，从供热系统整体考虑，精选设备，注重设备的能效比，做好设备的配套使用。

2.2 改造前后设备比较

原蒸汽锅炉及辅助设备、食堂蒸饭箱、消毒设备等拆除的具体数量及参数如表1所示。

表1 改造前设备清单

改造后锅炉系统、消毒设备及食堂蒸饭主要设备的具体数量及参数如表2所示。

表2 改造后锅炉系统、消毒设备及食堂蒸饭主要设备清单

2.3 改造后设备运行方案

2.3.1 锅炉系统运行说明

（1）市政水经钠离子水处理器软化后进入高位膨胀水箱，给常压热水锅炉一次系统补水。

（2）锅炉启动后，锅炉燃烧器根据参数设置自动启停：当锅炉出水温度低于启炉温度时，自动启动燃烧器，并且大火燃烧；当锅炉出水温度高于转火温度时，燃烧机小火燃烧；当锅炉出水温度高于停炉温度时，燃烧器自动停止。

（3）锅炉燃烧器运行和一次循环泵联锁，当一次循环泵停止时，锅炉燃烧器自动停止。

（4）锅炉运行中，出现缺水、出水超温时，自动停止锅炉系统。

图1为医院锅炉房设备平面布置图，如图所示，储热水箱、板式换热器、变频泵等设备安装在锅炉房内北部房间，热水锅炉及CO2空气源热泵设备放置在锅炉房屋顶，通过空间合理化布局，可将锅炉房南部面积全部空出留做他用，节约面积约51 m3。

图1 锅炉节能改造设备平面布置图

2.3.2 热泵系统运行说明

（1）市政水直接经热泵机组加热（温度可调）后进入储热水箱。

（2）热泵运行时，根据设置的参数自动启停：当储热水箱液位达到设定值时，则停止热泵运行；若水箱温度达到要求，则直接供院区使用；若温度达不到要求，则切换至锅炉系统进行辅助加热。

（3）热泵机组带就地及远程控制。

图2为医院锅炉房楼顶空气源热泵及热水锅炉设备安装示意图，如图所示，为了保证安全，设备基础选用20#工字钢，横架在锅炉房屋顶结构梁上。用轻质结构搭建约26 m3房屋用来放置热水锅炉，空气源热泵露天放置。

2.3.3 锅炉换热系统与CO2空气源热泵自动控制切换使用说明

（1）换热系统控制由主控制柜、现场锅炉、热水循环泵、板式换热器及温度/液位传感器组成。

（2）CO2空气源热泵系统控制由两台热泵机组及远程控制柜组成。

（3）系统夏季运行时，先由CO2空气源热泵加热市政水后进入原水箱，若水箱温度能保持60℃，则直接由变频供水泵供院区各用水点使用；若水箱的温度低于设定温度下限，无法满足院区用水点要求，系统自动停止CO2空气源热泵运行，切换至锅炉系统，启动锅炉二次循环泵，带动水箱内的水通过板式热交换器循环，然后打开一次循环泵和锅炉燃烧器，根据热交换原理，把通过板式热交换器的冷水加热，把热水再送到水箱，直到水箱的水被加热至60℃（此温度可根据要求调节），当水箱的水温高于温度设定上限时，关闭锅炉燃烧器，停止热水循环泵；当水箱水温下降到温度设定下限时，重复启动以上步骤，不断循环运行。

图2 CO2空气源热泵及热水锅炉安装示意图

（4）系统冬季运行时，由于环境温度较低，CO2空气源热泵效率降低，不符合节能要求，故此时停止CO2空气源热泵系统运行，全部由锅炉系统为院区提供热水。

（5）系统运行时，当水箱内的液位低于设定液位下限时，自动启动补水泵；当液位补到设定液位上限时，自动停运补水泵。

图3为锅炉系统控制示意图，如图所示，该系统通过信号采集，将热水锅炉及空气源热泵的工作状态、储热水箱的水位高低、热水变频泵的运行状况等信息全部反映到控制室中央的控制台上。值班人员可通过监控屏幕观察到上述设备的信息，也可通过监控台控制设备的启、停。

图3 锅炉系统控制示意总图

图4为锅炉系统供热示意图，如图所示，该系统春季、夏季和秋季主要由空气源热泵生产热水为院区供热，若院区热水用量突然增加，热泵无法满足需求时，开启热水锅炉生产热水作为补充为医院供热水。冬季时，空气源热泵制热水效率下降，无法满足医院热水需求，故直接使用热水锅炉为医院提供生活热水。

图4 锅炉系统供热示意图

3 结论分析

3.1 改造后能耗对比

3.1.1 燃气量对比

该项目于2016年7月竣工并正式投入运行，系统运行后医院天然气用量较之前明显降低，下降幅度约为50%。表3为设备运行一年（2016年7月至2017年6月期间）医院天然气用量与上年同比。

表3 2016年7月至2017年6月医院用燃气量与上年同比

3.1.2 用电量对比

由于空气源热泵是利用电能压缩空气达到制热效果，故系统运行后医院用电量较之前略有提高，幅度约为20%。表4为设备运行一年（2016年7月至2017年6月期间）医院用电量与上年同比。

表4 2016年7月至2017年6月医院用电量与上年同比

3.2 能耗分析

据统计，一妇婴西院锅炉系统经改造后一年时间内燃气用量减少128 565 m3，占上年同期用气总量的50%左右，用电量增加360 026 kW·h，每年能耗下降59 126.7 kg标准煤。

3.3 经济效益成本分析

因在改造期间未安装区域计量，同时2015年7月—2016年6月与2016年7月—2017年6月医院业务量对比增长率达到22%，故我们是以总体耗能不增加为前提来考虑进行经济效益成本分析。

（1）燃气成本对比：

改造前，2015年7月—2016年6月燃气总支出：1 033 925.6元；

改造后，2016年7月—2017年6月燃气总支出：494 810.9元；

节约开支：1 033 925.6-494 810.9=539 114.7元。

（2）用电成本对比：

改造前，2015年7月—2016年6月用电总支出：1982984.32元；

改造后，2016年7月—2017年6月用电总支出：2 187 059.5元；

增加开支：2 187 059.5-1 982 984.32=204 075.18元。（3）人力成本对比：

改造前，因使用蒸汽锅炉需24 h值守，共用工6人；

改造后，整个系统只需白天运行（07：00—17：00），且自动化程度高，按设计要求只需要2名工人就可确保系统正常运行。因单位自己职工安排问题，目前用工为4人。以人员工资6 500元/月计算，节约人力成本156 000元/年。

（4）节约场地费用：一妇婴西院院区位于上海市静安区寸土寸金的长乐路地块，通过改造节约大炉间场地面积51 m3，如按长乐路区域租借场地平均费用每天3.5元/m3来计算，共需开支3.5×51×365=65 152.5元/年。

（5）一年节约费用总计：53.9（天然气）-20.4（电费）+15.6（人力支出）+6.5（场地节省）=55.6万元。

（6）设备系统质保期2年，使用年限为8年。我们从第3年开始将产生设备维修费用（每年为5万元），且设备使用效率降低10%，同时从不减少用工和场地租金不调整来考虑，我们初步估算设备在使用年限内每年节支情况如下：

使用第1年、第2年，每年节约55.6万元，共计节约55.6×2=111.2万元；

使用第3年节约：（53.9-20.4）×0.9+15.6+6.5-5=47.25万元；

使用第4年节约：33.5×0.9×0.9+15.6+6.5-5=44.24万元；

使用第5年节约：33.5×0.9×0.9×0.9+22.1-5=41.52万元；

使用第6年节约：33.5×0.9×0.9×0.9×0.9+22.1-5=39.08万元；

使用第7年节约：33.5×0.9×0.9×0.9×0.9×0.9+22.1-5=36.88万元；

使用第8年节约：33.5×0.9×0.9×0.9×0.9×0.9×0.9+22.1-5=34.90万元。

新系统在使用年期内共计可节约开支：355.07万元。

（7）改造系统总投入：锅炉改造费用195.5万元，蒸汽发生器采购19.8万元，蒸汽发生器配电柜配套35万元，食堂燃气蒸饭箱9.3万元，燃气开水炉1.8万元，合计：投入总成本261.4万元。

综上所述，医院在锅炉改造中可实现经济效益93.67万元。

4 结语

虽然本文针对长乐路院区锅炉改造项目，就节能、降耗、节约开支等方面做了一次有益的探索和尝试，但距离医院后勤发展实现“绿色、节能、环保、低碳”的目标还有相当长的路要走，真可谓“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。

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