锅炉房运行经济性与安全性改造探索

Alexandria2020

锅炉房运行经济性与安全性改造探索

摘要：锅炉作为现阶段江浙地区大型公共建筑重要的动力设备起着举足轻重的作用。作为高耗能设备及特种设备，锅炉运行的经济性和安全性的高低对用户的运行成本支出及用能稳定性、环境安全性都有重要影响。通过合理的技术改造并配合良好地运行，可以大大提高锅炉生产效率。在建筑系统多元化发展的背景下，生产建设单位也应集思广益，逐步实现锅炉房建设的现代化。

关键词：锅炉运行  经济性  安全性  改造

       锅炉是利用煤、天然气等燃料能源的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。按照蒸发量的大小，锅炉有小型、中型、大型之分，但并无明确界限；按照锅炉蒸汽参数高低可分为：低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、亚临界锅炉、超临界锅炉、超超临界锅炉等。

       其中，大容量、高参数锅炉多为火力发电厂或大型工业园区自备生产锅炉，低压锅炉多为商用、民用锅炉。在大型公共建筑体系中，锅炉因其工作原理的特殊性，在提供热能的同时也消耗了大量的天然气和水资源。因此，如何安全、高效、经济地运行好锅炉也是当下每一个锅炉使用单位需要认真探索的重要课题。

一、改善锅炉运行条件的必要性

       以苏南地区为例，城市蒸汽管道网建设并不发达，除少部分工业生产集中地区蒸汽实现了热电厂管道直供外，绝大多数区域并不具备管道集中供应蒸汽的条件。

       因此，目前绝大多数大型公共建筑，例如大型医院、商场、办公大楼、娱乐场所等均根据自身情况，配备了相应符合的锅炉，通过运行锅炉，生产蒸汽，满足建筑采暖、灭菌消毒、食堂蒸煮等热能需求。鉴于城建蒸汽管网特点，在目前和未来一段时间内，通过运行自备锅炉仍将成为大型公共建筑和工业部门获得高温高压蒸汽最主要，甚至唯一途径。

       结合我院与本市类似规模的大型公共建筑能源消耗情况，与锅炉运行相关的天然气及新水消耗占了相当大的比重。经分析，若通过合理手段，提高锅炉运行效率，降低每吨蒸汽天然气及新水消耗，将会大大节约单位运行成本开支，且节约了自然资源，具有积极的社会效益。此外，锅炉作为压力容器和特种设备，具有潜在的运行安全风险，如若运行不当，产生的安全事故将有可能造成不可估量的生命财产损失。对此，各级管理部门对锅炉运行安全性也有着严格的标准，各生产单位也需将安全运行作为生产过程中的重中之重。

由此可见，改善锅炉运行条件，提高锅炉运行的经济性和安全性，可以在降低单位运行成本方面起到重要作用。同时，作为现代化的公共建筑，通过科学的手段优化设备运行效率，对后勤设备部门积累优秀运行管理经验大有裨益！

二、影响锅炉安全经济运行的主要因素

       从能量平衡的角度出发，在稳定工况下，输入锅炉的热量应于输出锅炉的热量相平衡。输入锅炉的热量是指伴随燃料送入锅炉及工质本身携带的热量；锅炉输出的热量可以分为两个部分，一部分为有效利用热量，另一部分为各项热损失。

       以低压力小型工业锅炉为例，在锅炉蒸发量及运行参数保持稳定的情况下，通过提高锅炉给水温度、降低锅炉排烟温度、加强燃料燃烧效率等手段均可以有效提高锅炉输入热量，减少燃料消耗量，降低锅炉能耗。

       此外，锅炉运行过程中对工质，即锅炉给水品质要求极高，不达标的锅炉给水在直接导致蒸汽品质下降的同时，还会造成锅炉管道结垢，影响锅炉热效率，甚至造成管道和炉体的腐蚀，存在爆管风险。

       由此可见，提高工质的输入热量，降低锅炉及汽水系统热量损耗、保证给水品质，是锅炉运行经济高效与安全的重要保障措施。

三、锅炉房改造项目论证与尝试

       我院锅炉房重建于2005年，改建后使用至今已近10年时间。为提高锅炉运行效率，确保安全生产，我们结合锅炉实际运行情况，参考相关优秀技术应用，通过技术论证，开展了对锅炉系统地改造与探索。

       1、蒸汽冷凝水回收项目

       锅炉蒸汽冷凝水是一种清洁、优质的热源，其品质远高于软化水，接近纯水品质，是优质的热源给水。合理利用蒸汽冷凝水可以明显减少锅炉燃料消耗，减少软化水量，降低蒸汽生产成本，是锅炉供热过程中节能节水的有效措施。同时，由于锅炉水质的改善，锅炉的排污热损失会降低，锅炉的热效率会进一步提高。

       以我院本部为例，共有燃气（油）锅炉5台，总蒸发量42t/h。生产的蒸汽主要用于加热医院各医疗用房及相关单位生活热水、冬季中央空调热水板换供暖，消毒供应室器械灭菌、食堂蒸煮等，高峰季节锅炉每小时蒸发量接近35吨，用汽量很大。

       为了利用好蒸汽冷凝水这一优质热源，我院建设了冷凝水回收系统，通过铺设管道及安装回收泵组，收集蒸汽冷凝水统一回收至锅炉房，经过处理后作为锅炉补水使用。

图为我院冷凝水管道布置图

       系统建成并投入使用后，将极大地节约天然气资源和水资源的消耗，经初步估算分析，可在原基础上使生产每吨蒸汽的耗水量节约60%-80%，每年节约天然气费用约10%—20%。

       2、冷凝水除铁项目

       工业锅炉生产的蒸汽冷凝水质量受换热介质和换热设备影响较大，冷凝水能否回收利用应以水质满足锅炉给水要求为前提。当冷凝水质量符合锅炉给水标准时，应最大程度加以利用，提高回收率，当冷凝水质量不符合锅炉给水标准时，应予以排放或及时处理，待水质满足要求后再加以利用。

       系统启用初期，通过对回收的冷凝水水质进行观测，我们发现水质并不理想，目测既能发现回水带色且伴有杂质沉淀。经过对水质进行化验，回收的蒸汽冷凝水存在含铁量超标的现象，最严重的管路水质Fe(mg/L)超标近2倍。锅炉给水含铁量超标会加速锅炉管道腐蚀，造成严重的安全隐患，从安全角度出发，该阶段冷凝水并未作为锅炉给水使用。在排放不达标冷凝水的同时，我院组织了技术论证和经济效益分析，决定在锅炉房加装冷凝水除铁设备，通过设备除铁，保证回收的冷凝水品质。该系统也会作为冷凝水回收系统的重要辅助环节，共同作用，提高冷凝水回收利用率。

       加装的除铁设备通过离子交换原理，将冷凝水中的铁离子含量降至0.3mg/L以下，满足锅炉给水要求，在减少锅炉腐蚀与结垢的同时提高了锅炉热效率。

图为我院冷凝水除铁系统管道布置图

       3、给水处理系统优化

       通常情况下，大部分锅炉给水在进入锅炉前均经过了不同程度的软化处理，消除水中钙、镁离子。但是虽然经过了锅炉外的水处理，但多数情况下仍会携带一定的盐分。随着给水不断被加热、蒸发，给水中的杂质大部分转移到炉水中，因此炉水的杂质浓度逐渐升高。饱和蒸汽随管道引出时，会携带含有杂质浓度大的炉水，这也是蒸汽污染的主要原因。被污染的蒸汽当含盐量比较大时，就会在锅炉中沉积下来，形成盐垢。当盐垢在设备换热面上沉积时，就会影响工质流动，导致阻力增大，传热效果打折扣，使蒸汽吸热量减少，锅炉排烟温度升高，降低锅炉效率；若沉积严重则会使管壁温度升高，产生爆管风险。

       由此可见，锅炉给水水质的高低很大程度上影响了锅炉等热力设备运行的经济性与安全性。为了保证锅炉安全高效运行，必须对锅炉给水提出要求，严格控制给水含盐量、杂质、电导率等指标。

       目前，在控制锅炉给水及炉水品质方面，最有效的方法仍为进炉前的水处理和运行过程中的锅炉排污。结合我院锅炉实际运行情况，本次水处理系统改造在原有软化水处理基础上增加了纯水处理，进一步消除给水中该、镁离子及含盐量，降低给水电导率。

       1)软化水系统

       我院选择的软化水系统主要由双联软化过滤器以及必要的阀门、仪表和管路组成；设计产能为软化水处理量15 m3/h，设计质量参数要求为软化水出水硬度≤1.2ppm。

       主要处理流程如下：

       采用的软化过滤器主要通过离子交换树脂上的钠离子与原水中的钙、镁等离子进行交换，降低水中钙、镁等离子的浓度使水质得到软化，从而达到工业锅炉生产所需求的水质硬度标准。为了保证软化水系统连续24小时的正常运行，软化过滤器设计为双联式，软化与再生分开进行，当其中一个软化过滤器再生时，另一个软化过滤器保持正常的生产运行。双联软化过滤器的再生为手动控制模式，再生的周期通过实际验证来确定，可根据累积流量和时间来设定；当软化器需要再生时操作人员将手动控制阀门和多路阀切换到再生状态，当再生结束时操作人员再将手动控制阀门和多路阀切换到正常运行状态。

       2）RO纯水处理系统

       本项目选用了先进、成熟、出水水质稳定、系统运行稳定的反渗透装置作为系统的主制水设备；反渗透装置主要由保安过滤器、高压泵、反渗透膜组以及必要的阀门、仪表和管路组成。设计产能反渗透产水量6.0m3/h；设计质量参数要求RO纯水电导率≤15.0 μS/cm (25℃)。

主要处理流程如下：

       设计要求保安过滤器安装位置位于反渗透装置进水前，阻垢加药装置之后。

经过软化设备和纯水机处理后的给水能去除99%以上的溶解性固体，99%以上的有机物及胶体，几乎100%的细菌，电导率也在较低水平。这样的锅炉给水不仅能保证较高的蒸汽品质，降低锅炉结垢腐蚀风险，也可降低锅炉排污率，节约水资源和热量，起到节约运行成本的效果。

       4、除氧器系统恢复使用

       含氧量超标的水进入锅炉后被加热到运行压力下的饱和温度，水中的气体逸出，特别是氧气将随蒸汽进入下游蒸汽管道及其他热力设备中，使与水接触的金属被腐蚀。同时在热交换器中若有气体聚积，将使传热的热阻增加，降低设备的传热效果，也间接影响了蒸汽冷凝水品质。

       除氧器的主要作用是除去锅炉给水中的氧气和其他不凝结气体，以保证给水的品质。我院锅炉房系统在建设工程中配有除氧器，但因考虑给水泵汽蚀等原因一直未实现热力除氧的功能，只作为储水罐使用。

       为彻底解决给水泵汽蚀，重新启用除氧器，我们对给水泵系统进行了改造：

       1）在所有的给水泵前串联一台低扬程高流量，汽蚀余量较低的水泵。利用低扬程高流量的泵增加原有锅炉给水泵的注水压头，防止给水泵汽蚀。

       2）在加设增压泵的同时增加旁路回流管，防止所有锅炉给水泵均不工作时增压泵过热。

       3）在每台锅炉给水管道上增加隔离阀，防止锅炉待机时给水进入锅炉

图为锅炉给水除氧系统改造系统图

       5、闪蒸汽回收系统

       我院蒸汽冷凝水通过冷凝水回收泵组作为动力媒介回收至锅炉房后直接进入冷凝水回收箱。因蒸汽冷凝水温度较高，携带大量热量，且未被及时利用导致大量闪蒸汽从冷凝水箱顶部冒出，造成宝贵热量浪费的同时也对锅炉房室内环境造成了影响。

       此次改造，主要针对冷凝水回收水箱和除氧器这两处蒸汽浪费较为严重的设备加装了闪蒸汽回收系统：

       1）通过加装的换热器与闪蒸汽进行对流换热，提高补水温度，节约能源。

       2）闪蒸汽经过换热冷凝成水后，回流至冷凝水箱，增加了冷凝水回收量。

       3）合理利用闪蒸汽，也改善了锅炉房室内环境。

图为闪蒸汽回收系统管路示意图

       四、建设现代化锅炉房改造规划

       在建筑信息化、智能化、现代化技术发展日新月异的今天，锅炉房作为大型建筑核心的动力部门，也需将锅炉房的现代化建设提上日程。在对锅炉房优化改造的工程中，我们也对未来我院锅炉房建设作出了几点规划：

       1、提升锅炉房系统信息化、集约化水平

       相对于正在逐步优化的各生产系统，锅炉房中心控制室设备已较为陈旧，集中控制话程度低，针对此，下阶段将在锅炉运行数据处理、集中电子信息化方面对控制系统进行改造，例如电控柜电子信息输入输出控制系统的升级；电控柜与电脑的联网与集中控制；排污、液位控制系统升级；生产操作区视频监控等项目。

       2、继续推进优秀节能技术的应用

       通过对目前中小型工业锅炉运行技术发展的学习和与同行的交流，锅炉技改仍有很大空间，例如已在某兄弟单位应用的锅炉烟气余热回收系统、针对冷凝水质量问题的在线监测系统以及对能耗分析有很大帮助的蒸汽流量计量系统等。这些成熟、优秀的技术都应在未来现代化的锅炉房中有所体现。

       3、操作环境人性化、改善生产生活条件

       在大型公共建筑中，绝大多数锅炉房位于地面以下，地理环境不优越。以我院锅炉房为例，就存在环境密闭、通风效果不好，且生产区五台锅炉设备在运行过程中会持续对外界散发巨大热量和噪声，操作条件较为恶劣的问题。运行人员长期在此环境下工作有损身心健康。因此，从人性化的角度出发，通过隔音降噪、加强室内外通排风等手段改善生产生活条件也是现代化锅炉房在建设中需要考虑的一个重要问题。

内容来源：特安锅炉