锅炉余热阶梯利用真空除氧器技术改造
 

     分析蒸汽余热回收过程中热能回收效率低、热水箱振动问题，原因是不同品质的热能在热水箱中进行混合、采用开式回收。采用闭式回收高品质的热能、阶梯利用不同品质热能，解决原余热回收系统存在的问题，提升锅炉能效。
    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：软化水寅热水箱（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）寅真空除氧器（被蒸汽加热，蒸汽加药物除氧）寅锅炉一级节能器寅锅炉（锅炉运行参数，压力1.2MPa，温度194）寅蒸汽寅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0.2MPa，温度120益，凝结水温度110益，空调凝结水温度75益，进入热水箱对软化水预加热，然后进入真空除氧器。高温冷凝水回收流程见图1。图2高温冷凝水回收方式及热能品位下的汽化潜热，例如2bar（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1锅炉冷凝水回收利用工艺流程
真空除氧器存在问题
    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。热水箱水击严重，造成热水箱开裂漏水，危急生产保供。锅炉本体的一级节能器水击严重，危急锅炉炉体安全。真空除氧器水温不稳定，药物补充除氧加药量大。
真空除氧器原因分析
    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，之后再进入真空除氧器，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。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制丝高品质的冷凝水采用开式回收（热水箱），使超过100益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。
图3饱和水及水蒸气的热力学特性曲线
    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耀80）益，通过除氧泵加压进入真空除氧器。再通过蒸汽加热，真空除氧器中的水与锅炉本体的一级节能器（烟温230益）换热，二者温度悬殊大，造成严重水击。真空除氧器的进水口位置偏下方，距离真空除氧器的出水口近，真空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耀85）益，导致锅炉效能不高。
    由于真空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。
真空除氧器改造措施整体思路
    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
    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，再通过除氧泵送入真空除氧器，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，提高刚进入真空除氧器的水温。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。
    真空除氧器温度控制在104益，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后一次热交换，放尽热量凝结成水，使热量得到充分利用。
真空除氧器药物除氧的改进
    稳定除氧水箱的水温，改变药剂进入真空除氧器的位置，提高药物补充除氧效果。除氧药剂从除氧头给水管道进入，与同时进入真空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。真空除氧器水温升高，除氧药剂使用量减少。
真空除氧器改造施工示意图
    真空除氧器具体改造施工示意见图，图中虚线为改动新增管道及阀门。
真空除氧器改造实施
    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。凝结水回收利用。用DN150316L不锈钢管，接在进入热水箱前的管道上，直接送入1#，2#真空除氧器的配水室，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
    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真空除氧器水箱的备用口，配PN16DN100和DN80截止阀各1台，便于调节和检修时使用。真空除氧器消振。真空除氧器内部，闪蒸汽管连接2个316L100PN16和316LDN65PN16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，稳定真空除氧器水温。
    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。真空除氧器做完功后乏汽的再利用。切断1#，2#真空除氧器头上部DN65的真空除氧器乏汽排放管道，与另铺设1条DN65管道连接，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。
    真空除氧器加药的改进。药物除氧是弥补真空除氧器温度偏低引起的除氧效果不佳的除氧方式。原来，加药除氧的管道在真空除氧器中下部，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真空除氧器给水管主管道上，从真空除氧器上部进入，随真空除氧器给水喷淋而下，达到药物混合均匀，提高除氧效果。
改造后的成效
真空除氧器直接效果
    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。进入热水箱的热为真空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。
    采取余热的梯级利用、改变除氧进水方式，真空除氧器内部换热充分且均匀，真空除氧器温度（即锅炉给水温度）由原来的益左右提高到益左右，提高了17益，真空除氧器加热不再使用新蒸汽。由于真空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）。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益左右降低到90益左右，提高了二级节能器烟气余热的回收利用率。改造后因除氧水温的提高约20益，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滋g左右（国标规定给水含氧量<100滋g），符合标准。
    锅炉能效的提升改造后，10月份锅炉气汽比74.71m3/t；10月份锅炉气汽比76.69m3/t，同比下降了1.98m3/t，实现了锅炉效能指标的明显提升。
安装真空除氧器经济价值
    改造后提升了锅炉能效，按照气汽比下降1.98m3/t计算，按照全年蒸汽产量70600t，天然气价格3.6元/m3，可以算出，年节约天然气价值70600伊1.98伊3.6=50.3237万元人民币。按2017年除氧药剂使用量40t，20元/kg计算，改造后减少加药量20%，年节约药剂价值40000伊20伊20%=16万元人民币。以上合计，改造后每年直接经济价值跃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。