直流式天然气蒸汽发生器在合同能源管理中的应用

福建中燃清洁能源投资有限公司 龚小辉

目前，蒸汽发生器已经广泛地应用于为宾馆、酒楼、食堂、酒店等公共建筑场所提供蒸汽或热水，但鉴于蒸汽发生器多为小型的蒸汽发生装置，单个蒸汽发生装置多在0.125 t 以下，部分蒸汽发生器厂家将4 台甚至更多的蒸汽发生装置集成在1 个蒸汽发生单元或机中，单台蒸汽单元或机所产生的蒸汽可在0.5～0.8 t/h 以下。现有一种直流式蒸汽发生器为无压力容器、安全性能高、升温速度快，可5 s出蒸汽，能分布式模块化管理，且可根据需求对设备功率自动进行调整，现已逐步在化工、食品、化纤等行业在蒸汽需求在4 t/h 左右的企业进行试点运行，并得到了相关试点企业的好评，同时也发现存在若干问题。为了推动直流式蒸汽发生器的发展，本文针对直流式天然气蒸汽发生器在合同能源管理中的应用进行了分析与探讨，并针对所存在的问题提出了若干解决措施。

1 直流式天然气蒸汽发生器合同能源管理概述

直流式天然气蒸汽发生器合同能源管理的原理，如图1 所示。

图1 直流式天然气蒸汽发生器合同能源管理原理

直流式天然气蒸汽发生器合同能源管理中的主要设备及功能如下：

(1)纯水设备：设备的作用是对自来水或井水等水源进行杂质过滤和软化，主要由砂过滤器(作用为粗过滤，主要过滤原水中的淤泥、毛发、藻类、大颗粒状物体)、活性炭过滤器(作用为除色，除味，除余氯，还原氧化物)、树脂过滤器(作用为软化水质)、精密过滤器(作用为过滤粒径大于5 μm 的颗粒物)、RO 膜反渗透过滤器(其孔径小于0.000 5 μm，利用反渗透原理能有效去除水中的细菌、无机盐、病毒和农药等致癌物)等组成，其内部工艺流程为：自来水或井水→源水泵→石英砂过滤器→活性碳过滤器→软化过滤器→精密过滤器→进水阀→高压RO 泵→RO 反渗透膜过滤器→纯水箱。

(2)蒸汽机：以1台直流式天然气蒸汽机(0.5 t/h)为例，其由4 个蒸汽发生机组模块(每个模块产生0.125 t/h的蒸汽量)集成为1台蒸汽机(每台蒸汽机有4个蒸汽出口)。每个蒸汽发生机组模块又由3个蒸汽发生器构成，依次为第一蒸汽发生器、第二蒸汽发生器和第三蒸汽发生器；每个蒸汽发生器包括3个由上往下设置在燃烧室内的热交换器，依次为第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器，每个热交换器均由蛇形铜管组成。蒸汽机内部工艺流程为：纯水箱的水→蒸汽机的进水管→机内水泵→机内进水压力开关→机内进水电磁阀→机内进水喷嘴→第一蒸汽发生器的第一热交换器→第二蒸汽发生器的第一热交换器→第三蒸汽发生器的第一热交换器→第三蒸汽发生器的第二热交换器→第二蒸汽发生器的第二热交换器→第一蒸汽发生器的第二热交换器→第一蒸汽发生器的第三热交换器→第二蒸汽发生器的第三热交换器→第三蒸汽发生器的第三热交换器→蒸汽机内出口，具体流向见图2。

图2 直流式天然气蒸汽机内部结构

2 直流式天然气蒸汽发生器在合同能源管理中的应用实例

福建省某化工企业使用1 台4 t/h 的煤锅炉，日用蒸汽量在50 t 左右，24 h 生产，由于煤锅炉不能满足环保的要求，该化工企业拟采用天然气作为燃料。经试用，使用1 台0.5 t/h 的直流式天然气蒸汽发生器能满足其使用蒸汽需求，该企业考虑到直流式天然气蒸汽发生器具有安全、升温速度快、便于启停、能耗少等优点，率先在其厂区内采用直流式天然气蒸汽发生器进行了合同能源管理的试点工作。布置合同能源管理用蒸汽发生器时可分置于各用气点，也可集中放置在一起。该企业直流式天然气蒸汽发生器放置的现场见图3。

图3 直流式天然气蒸汽发生器放置现场

3 直流式天然气蒸汽发生器合同能源管理实测数据及分析

由于直流式天然气蒸汽发生器用于合同能源管理属于尝试阶段，并无现成的经验可参照。为了便于蒸汽使用量的比对和确定，在蒸汽出口后端除安装涡街蒸汽流量计外，还在蒸汽机的水进口处安装了进水水表。同时为了便于统计吨水(以水表计量)和吨蒸汽(以蒸汽表计量)天然气的耗量，在供蒸汽机的燃气调压柜中也安装了天然气流量计。2018年运行一年后的统计数据见表1。

表1 2018 年合同能源管理能耗统计数据

通过2018全年的运行数据可知，如液化天然气的价格按2018年项目实际平均采购价4 507 元/t，气化率为1 440 m3/t计算(以下蒸汽使用价格测算均以此气价计算)，按涡街蒸汽表计量的蒸汽吨数进行合同能源管理结算依据，合同能源管理方的1 t/h蒸汽的燃料成本就在307.98～354.3 元；而按水表计量作为结算依据，合同能源管理方的1 t/h蒸汽的燃料成本只有156.62～189.48 元。合同能源管理能耗统计表的数据表明：直流式天然气蒸汽发生器用于合同能源管理，使用涡街蒸汽表计量和按水表计量进行结算蒸汽的吨数和价格的差异比较大，这也造成了蒸汽用户的使用价格相差较大，测算情况见表2。

表2 合同能源管理1 t/h 蒸汽使用价格测算 元

从直流式天然气蒸汽发生器在合同能源管理项目实施初期开始，合同能源管理方、用蒸汽方和蒸汽设备厂家就密切关注和分析相关数据，并经充分的论证得出以下结论：直流式天然气蒸汽发生器生产的蒸汽中含有水，使得涡街流量计在有水的情况下无法准确计量蒸汽流量，造成蒸汽量的测量值偏少，1 t/h蒸汽的耗气量高达98.04～113.20 m3，从而蒸汽使用价格高达355.98～402.3 元，故不能以此作为结算依据。而直流式天然气蒸汽发生器直接用水表数计量显然也不合理，因为蒸汽中含有水分，应用水表数扣除蒸汽含有的水含量方才合理。

鉴于上述情况，为解决合同能源管理方、用蒸汽方和蒸汽设备厂家三方的矛盾，在本项目需要全日运行的情况下，选择在另一小型项目进行蒸汽含有的水含量的检测试验，在蒸汽机的蒸汽出口加装设水汽分离器和回水水表，得出蒸汽含水量在10%左右的结果。依据检测结果，重新对合同能源管理1 t/h 蒸汽使用价格进行调整测算。但若按蒸汽机产生的蒸汽含水量计算，得出 1 t/h 蒸汽仅需要55.6～67.27 m3天然气，这又显然与理论计算1 t/h蒸汽耗天然气在75～80 m3相冲突。蒸汽设备厂家也声称在厂内试验其蒸汽机设备的1 t/h 蒸汽耗用天然气的气量约为75 m3，并依照此用气量也作了1 t/h 蒸汽使用价格的重新测算，两种调整测算结果见表3。

表3 合同能源管理1 t/h 蒸汽使用价格调整测算元

尽管本应用实例中合同能源管理方、蒸汽使用方和蒸汽设备厂家三方进行了反复测算，但蒸汽使用方仍坚持以蒸汽表测算蒸汽数乘以约定的合同蒸汽使用价格进行结算，这无疑是合同能源管理方不能接受的。最终，合同能源管理方和蒸汽使用方协商，不以蒸汽表或水表来计量蒸汽数乘以约定的合同蒸汽使用价格结算，而以天然气购进价加上一定的毛差乘以天然气使用量来结算。

4 结语

通过直流式天然气蒸汽发生器应用于福建省某化工企业合同能源管理实例的数据分析和统计，得出以下结论：

(1)由于直流式天然气蒸汽发生器生产的蒸汽中含有水，使得涡街流量计无法准确计量蒸汽流量，如用蒸汽计量乘以约定的合同蒸汽使用价格为合同能源管理的结算依据，直流式天然气蒸汽发生器将不利于合同能源管理方。

(2)由于直流式天然气蒸汽发生器生产的蒸汽中含有水，如以水计量为合同能源管理的结算依据，水表的量大于提供蒸汽的量，这又不利于合同能源使用方。

(3)鉴于直流式天然气蒸汽发生器用水计量或用蒸汽流量计计量都存在不能公平计量的情况，双方可先行采用以天然气的用气量和天然气顺价作为合同能源管理的基准。

直流式天然气蒸汽发生器用于福建省某化工企业合同能源管理的实例中虽然出现了不少的争议，但直流式天然气蒸汽发生器具有适应性强、放置地点灵活、安全等优点，为促进小型直流式天然气蒸汽发生器在合同能源管理上的发展，后续推广使用时须在工艺流程上进行改进，如采取在直流式天然气蒸汽发生器出口端增加水气分离器、增加回水热利用、测试其它适应于含水的蒸汽流量计等措施都可以化解所存在的问题。