卷烟厂锅炉余热阶梯利用技术改造

郑东升

（河南中烟工业公司，河南郑州 450000）

0 引言

卷烟厂异地技改时，设计的燃气燃油工业锅炉工艺流程及余热回收利用系统如下:软化水→热水箱（在热水箱中，与二级节能器的烟气换热，然后与连续排污换热器进行热量交换，完成初步加热）→除氧器（被蒸汽加热，蒸汽加药物除氧）→锅炉一级节能器→锅炉（锅炉运行参数，压力1.2 MPa，温度194℃）→蒸汽→供制丝和中央空调使用。同时回收高温冷凝水，回收流程如下:制丝和中央空调的蒸汽经过做功后，温度降低，变为冷凝水，制丝冷凝水经过闪蒸灌闪蒸，闪蒸汽压力0.2 MPa，温度120℃，凝结水温度110℃，空调凝结水温度75℃，进入热水箱对软化水预加热，然后进入除氧器。高温冷凝水回收流程见图1。

图1 锅炉冷凝水回收利用工艺流程

1 存在问题

（1）在制丝车间生产期间，热水箱的放散管有连续不断的蒸汽排放，造成大量热能浪费。

（2）热水箱水击严重，造成热水箱开裂漏水，危急生产保供。（3）锅炉本体的一级节能器水击严重，危急锅炉炉体安全。（4）除氧器水温不稳定，药物补充除氧加药量大。

2 原因分析

高温冷凝水回收方式及热能品位见图2。制丝凝结水和空调凝结水均采用闭式回收，混合后注入热水箱，变为开式回收，之后再进入除氧器，又变为闭式回收。

开式回收相比较闭式回收的缺点:闪蒸损失大、回收水温低、热能利用率差、管网腐蚀严重。即便是设计相对比较完善的开式系统，闪蒸损失及降温损失仍旧十分可观。

图2 高温冷凝水回收方式及热能品位

饱和水及水蒸气的热力学特性（图3）。蒸汽携带的总热量远大于同温度下的饱和水含有的热量，多出部分是对应压力下的汽化潜热，例如2 bar（绝对压力）蒸汽的汽化潜热是水的显热的4倍。热能品位高低与压力和温度有关，压力越高、温度越高则热能品位越高，蒸汽潜热的热能品位远大于显热的热能品位。

图3 饱和水及水蒸气的热力学特性曲线

（1）制丝高品质的冷凝水采用开式回收（热水箱），使超过100℃水温的热量无法有效利用，是造成大量热源外排（放散管排蒸汽）的主要原因。

（2）高品质制丝冷凝水（110℃）、闪蒸汽（120℃）与低品质空调冷凝水（75℃）混合，再与常温的软化水及纯净水（20℃）混合，介质之间温差大，没有采用减压消振措施，是造成热水箱水击、剧烈振动的原因。

（3）多种温度介质在热水箱内的水混合换热，水通常只能加热到（70～80）℃，通过除氧泵加压进入除氧器。再通过蒸汽加热，除氧器中的水与锅炉本体的一级节能器（烟温230℃）换热，二者温度悬殊大，造成严重水击。除氧器的进水口位置偏下方，距离除氧器的出水口近，除氧器温度传感器在上方，造成水温虚假，新蒸汽加热有限。造成进入锅炉锅体的水温维持在（65～85）℃，导致锅炉效能不高。

（4）由于除氧器的实际温度不高，造成热力除氧效果不好，补充药物除氧，消耗的药物量大。

3 改造措施

3.1 整体思路

尽可能保留原管道系统的整体布置，局部改造现有管道，把凝结水、闪蒸汽由现在的开式回收方式，改为闭式回收方式，根据余热品位采用阶梯形式分级利用，逐步提高锅炉给水温度，达到余热收得回来、充分利用，消除热水箱和一级节能器振动。改造后的余热回收与利用的工艺流程见图4。

图4 改造后余热回收与利用工艺流程

（1）软化水进入热水箱，通过循环泵先与二级节能器、表面排污换热器进行循环热交换，吸收热量后，再通过除氧泵送入除氧器，与回收的高温凝结水在除氧头水室混合。闪蒸汽直接送入除氧水箱，并通过设置在除氧水箱低水位线处的浸没式蒸汽消音加热器喷出，先与除氧水箱内的水进行混合换热，未交换完的闪蒸汽析出水面并汇集进入除氧头，与从除氧头启膜器向下流动的低温水再次进行热交换，提高刚进入除氧器的水温。相应的热水箱水温降低，有利于二级节能器和排污换热罐换热。

（2）除氧器温度控制在104℃，多余热量（乏汽）经过除氧头上部排放管排出送入热水箱，与热水箱内的水进行最后一次热交换，放尽热量凝结成水，使热量得到充分利用。

3.2 除氧器药物除氧的改进

稳定除氧水箱的水温，改变药剂进入除氧器的位置，提高药物补充除氧效果。除氧药剂从除氧头给水管道进入，与同时进入除氧器的水提前混合，使药剂混合扩散更快，除氧效果更佳，降低加药量，节省药剂，降低费用。除氧器水温升高，除氧药剂使用量减少。

3.3 改造施工示意图

具体改造施工示意见图5，图中虚线为改动新增管道及阀门。

3.4 改造实施

利用十一假期停产时间实施改造，保持原有系统，利用原有管道和备件，减少工作量，节约改造费用。

（1）凝结水回收利用。用DN150 316L不锈钢管，接在进入热水箱前的管道上，直接送入1#，2#除氧器的配水室，配备相应的阀门便于调节，原进入热水箱的凝结水阀门关闭。

图5管道改造示意

（2）闪蒸汽回收利用。在DN150闪蒸汽主管道上开设三通，用DN100和DN80的管道分别接入两台除氧器水箱的备用口，配PN16 DN100和DN80截止阀各1台，便于调节和检修时使用。

（3）除氧器消振。除氧器内部，闪蒸汽管连接2个316L DN100 PN16和316L DN65 PN16浸没式蒸汽消声加热器，纵向安装在除氧头下方，水箱低水位线处，消除冲击振动，提高换热效果，稳定除氧器水温。

（4）隔断原进入热水箱的闪蒸汽管路。在2#除氧头1侧适当位置安装1台DN150截止阀，把原闪蒸汽管隔断，隔断阀后部管道暂不做改动。

（5）除氧器做完功后乏汽的再利用。切断1#，2#除氧器头上部 DN65的除氧器乏汽排放管道，与另铺设1条DN65管道连接，最后接在DN150闪蒸汽管道的隔断阀后部管道上，品位较低的热能送到热水箱再利用。

（6）除氧器加药的改进。药物除氧是弥补除氧器温度偏低引起的除氧效果不佳的除氧方式。原来，加药除氧的管道在除氧器中下部，导致除氧水箱药物混合不均衡，药物除氧效果下降。改造后将药物除氧的进水管接在两台除氧器给水管主管道上，从除氧器上部进入，随除氧器给水喷淋而下，达到药物混合均匀，提高除氧效果。

4 改造后的成效

4.1 直接效果

（1）余热使用方式采取的是按余热品位阶梯使用，各部换热会更加合理，余热利用更加完全，热水箱的放散管连续外排蒸汽的现象彻底消失。

（2）进入热水箱的热为除氧器使用不完的余热，不存在介质间大的温差，热水箱水击振动现象消失。

（3）采取余热的梯级利用、改变除氧进水方式，除氧器内部换热充分且均匀，除氧器温度（即锅炉给水温度）由原来的（65～85）℃左右提高到（99～104）℃左右，提高了17 ℃，除氧器加热不再使用新蒸汽。由于除氧器温度与锅炉一级节能器之间温差的减小，并且温度均衡，锅炉本体的一级节能器水击振动的现象消失（开工点炉时段除外）。

（4）改造后由于进入热水箱的都是低品位的余热，热水箱水温低，有利于低品位热量的利用，正常情况下热水箱可全部利用完。由于热水箱水温降低，二级节能器烟温由原来的110℃左右降低到90℃左右，提高了二级节能器烟气余热的回收利用率。

（5）改造后因除氧水温的提高约20℃，加药管位置的改变，使药剂扩散更快，混合更好，除氧效果更佳，加药量由原来的60%调整为40%，减少20%，且给水含氧量化验值30 μg左右（国标规定给水含氧量<100 μg），符合标准。

4.2 锅炉能效的提升

改造后，2018年10月份锅炉气汽比74.71 m3/t；2017年10月份锅炉气汽比76.69 m3/t，同比下降了1.98 m3/t，实现了锅炉效能指标的明显提升。

4.3 经济价值

（1）改造后提升了锅炉能效，按照气汽比下降1.98 m3/t计算，按照2017年全年蒸汽产量70 600 t，天然气价格3.6元/m3，可以算出，年节约天然气价值70 600×1.98×3.6=50.323 7万元人民币。

（2）按2017年除氧药剂使用量40 t，20元/kg计算，改造后减少加药量20%，年节约药剂价值40 000×20×20%=16万元人民币。

以上合计，改造后每年直接经济价值＞66万元人民币，扣除改造成本费用4.8万元人民币，当年净节约61.2万元人民币。

5 结束语

全国烟厂都有制丝线和中央空调，都有锅炉余热回收的必要，在余热回收过程中，不可避免面对各品位余热的分级利用的问题，技术改造所探索出的余热分级利用经验和模式，投资不大，成效明显，对存在相似困扰的卷烟厂和新技改项目，具有较强的推广、借鉴价值。