1、化工企业蒸汽节能方案化工企业蒸汽节能方案第一章项目概述；山东单县尚舜化工有限公司（下称尚舜化工）位于鲁西；公司现有新厂区和老厂区两个生产基地，每个厂区有独；老厂配置1台20吨/小时燃煤链条炉，2台10吨/；两个厂区全年运行时间约300天；本次节能改造的范围：新厂区和老厂区蒸汽系统在输送；通过我公司专业技术人员现场调研和技术分析，发现该；本次蒸汽节能改造项目的投资情况为：新厂区约292；项目投资回收 第一章 项目概述 山东单县尚舜化工有限公司（下称尚舜化工）位于鲁西南牡丹之乡山东省菏泽市，是一家专业生产橡胶助剂的化工公司，规模较大、品种较全。 公司现有新厂区和老厂区两个生产基地，每个厂区有独立的
2、蒸汽供应系统。 新厂配置2台20吨/小时燃煤链条炉，其中有一台是新建的锅炉，正处于调试阶段。目前产蒸汽量约18吨/小时，蒸汽压力为0.6Mpa0.95Mpa。 老厂配置1台20吨/小时燃煤链条炉，2台10吨/小时的燃煤链条炉。20吨/小时锅炉常年运行，2台10吨/小时锅炉备用。目前产汽量和蒸汽压力与新厂相同。 两个厂区全年运行时间约300天。冬季蒸汽主要用于生产车间工艺供热及办公室采暖，夏季主要用于生产车间工艺供热。原煤价格约600元/吨，煤热值约5500大卡/kg，软化水成本约5元/吨，蒸汽成本约150元/吨。 本次节能改造的范围：新厂区和老厂区蒸汽系统在输送、利用、凝结水回收、凝结水净化等
3、四个方面的优化改造。 通过我公司专业技术人员现场调研和技术分析，发现该公司蒸汽系统节能潜力很大。以新、老厂区总产汽量为34吨/小时计算，通过我公司提供的系统优化和改造，可直接节约蒸汽5.1t/小时（总量的15%），直接节能效益约550万元；增加凝结水回收26吨/小时，间接节能效益约232万元。年总节能效益约780万元，节能效果十分明显。 本次蒸汽节能改造项目的投资情况为：新厂区约292万元，其中设备投资约214万元，配套材料费及安装费约78万元；老厂区约205万元，其中设备投资约164万元，配套材料费及安装费约41万元。 项目投资回收期约8个月，是一个非常优质的项目，完全值得投资。 北京弘泰斯
4、奔思技术服务有限责任公司 第 6 页 共 55 页 第二章 蒸汽及凝结水系统节能概述 水蒸汽是企业最常见的二次能源，常用于实现生产所需要的换热、伴热、机械驱动力、工艺混合、干燥、采暖、吹扫等功能，是保障企业正常生产运行的重要基础。实际上，蒸汽是很多工业企业能量流的最大交换平台，因此，通过实施节能改造，保障蒸汽及凝结水系统稳定高效运行，对提升企业市场竞争力具有十分重要的意义。 北京弘泰斯奔思公司主要从事热能利用领域的优化设计和节能改造，尤其擅长蒸汽动力系统优化改造、换热网络优化改造、凝结水回收系统优化改造、高温凝结水精处理等业务。公司系统优化应用技术、模拟分析软件技术、硬件设备等均来自美国spe
5、nce公司、美国尼科森公司、美国莱斯理控制器公司、德国君威（RTK）公司、美国西克公司、美国SSI等。各公司历史悠久，产品过硬，优势互补，现已云集美国CIRCOR集团旗下，可为客户提供蒸汽系统全方位节能解决方案。弘泰-斯奔思公司是美国spence公司在中国地区的唯一合作伙伴，也是亚洲地区的总代理商。 弘泰-斯奔思将蒸汽系统作为一个综合能量交换平台来看待，在蒸汽的输配、利用、回收及净化等环节都有应用开发，各类产品相互支撑，互为前提，互为倚重，已形成一个完备的、多元化和多层次的产品供给体系，且有深度成熟的节能技术和经验作后盾，能在工艺装置用能优化、装置热联合、低温余热利用、贮运系统优化、凝结水回水
6、、凝结水净化等方面，为客户提供全方位技术服务。 一、蒸汽的产生阶段 锅炉补水除氧等的自耗汽最高可达17%。一般说来，锅炉补水温度每增加6，锅炉燃料消耗减少约1%。因此，蒸汽产生阶段的节能要点为：利用锅炉自身的长期稳定的热阱（吸热）资源，最大程度地吸收整个企业的低温余热（凝结水、排污水等），减少锅炉自耗汽，提高锅炉产汽效率。 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 7 页 共 55 页 二、蒸汽的传输阶段 节能要点在于：减少泄漏、减少散热损失、减少压降、保障品质。保持蒸汽品质不降低，其实质就是减少了用户对蒸汽的需求量。 蒸汽传输过程的泄漏损失十分惊人。下表为蒸汽泄漏损失测试报告： 表1 0.7M
7、pa下蒸汽泄漏损失测试报告（蒸汽单价：150元/吨） 三、蒸汽的使用阶段 节能要点在于：仔细研究每个换热设备设计耗能和实际耗能之间的差距，找出过多耗能的原因；根据工艺要求，减压使用蒸汽，以便提高蒸汽干度和蒸汽潜热；及时排除混入换热设备中的空气，提高换热效率和换热设备寿命；疏水器合理选型、凝结水回收管网优化设计，及时排除凝结水，避免换热器积水，提高换热效率和换热设备寿命。 四、凝结水的回收阶段 节能要点在于：采用凝结水管网整体优化设计以及“分散前沿加压回收技术”，主动加压输送凝结水，既保障疏水器上游换热器的正常工作，又保障凝结水管网的高效运行。 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 8 页 共
8、 55 页 五、凝结水的净化处理再利用 凝结水中含有“余热、水和软化费”三项价值，单凝结水中余热就约占蒸汽总带热量的25%，可资利用的价值非常高。很多情况下，凝结水因受到污染而直接排放，或降质使用，浪费十分惊人。北京弘泰斯奔思采用“特种树脂”，通过类萃取和过滤法，使凝结水在高温（120以下）下直接进行除油除铁净化处理，达到中压锅炉（3.5MPa）进水标准：含油量小于1.0ppm，含铁量小于50ppb。 第三章 尚舜化工蒸汽系统存在的问题 一、蒸汽输送系统存在的问题 1蒸汽主管线和沿线龙门架没有采取疏水措施 任何蒸汽管道都会有部分蒸汽由于辐射和散射损失而凝结成水，如不及时排出，将带来诸多问题。尚
9、舜化工蒸汽主管线、沿线龙门架、管网低点均未采取任何疏水措施，造成蒸汽带水严重，品质降低，影响换热设备的换热效率；存在巨大的“水击”隐患，沿线阀门、仪表、弯头均受威胁；凝结水在龙门架前段弯头处汇集后形成“喉部限流”，局部压力损失大，管路末端压力低。 2蒸汽主管线未安装高位排空气措施 尚舜化工整个蒸汽管网未安装排空气阀，但管网混入空气的客观因素却普遍存在： 1） 从锅炉夹带的不凝性气体； 2） 管道连接处焊缝缺陷导致空气混入； 3） 间歇式工作换热器在“停汽阶段”，换热器内气体冷却收缩，形成真空， 空气通过疏水阀混入（见图1），并扩散到蒸汽管网。 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 9 页 共
10、 55 页 图1 非工作期间，空气混入换热器和管网 混入的空气和其他不凝性气体给整个蒸汽热力系统带来如下危害： 1）腐蚀管网、各类阀门、仪表等 图2 因混入空气而严重腐蚀的管道 2）降低蒸汽品质 空气不携带有用的热。空气混入蒸汽，混合气体的热容量减少，温度变得更低。这遵循道尔顿（Dalton）分压定律，即在混合气体或汽体中，总压为组成混合气体 3）；图3混合气体分压定律；例如，2.8bar的干饱和蒸汽温度为142，但；3）降低传热效率；空气膜是绝好的隔热膜（见图4）；北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司；第11页共55页；图4气膜和水膜的绝热特性；二、蒸汽换热系统存在的问题；1蒸汽系统压力存在的
11、问题；锅炉产汽压力主要根据全厂最高用汽压力、蒸汽在输送；1）未利 的各个气体或汽体所施加的分压之和（见图3）。任何蒸汽空气混合物比例都使蒸汽的温度和压力更低，单靠控制压力就不能保证加热设备达到应有的温度。 图3 混合气体分压定律 例如，2.8bar的干饱和蒸汽温度为142，但是如果是90%蒸汽与10%空气混合的话，温度只有139；空气比例为25%时，温度降低到135。但是在所有这些情况中，压力表的读数都保持在2.8bar。 3）降低传热效率 空气膜是绝好的隔热膜（见图4）。事实证明，换热器中0.5%的空气的存在会降低50%的换热效率。因此，排出空气是必需的，且空气排出越快，空气与蒸汽混合的可能
12、性就越小。 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 11 页 共 55 页 图4 气膜和水膜的绝热特性 二、蒸汽换热系统存在的问题 1蒸汽系统压力存在的问题 锅炉产汽压力主要根据全厂最高用汽压力、蒸汽在输送过程中需克服的压力损失等因素确定。尚舜化工所有用汽点未见安装减压站，即不管工艺要求如何，基本上使用一个压力等级，高压低用现象严重，由此造成的后果有： 1）未利用减压过程提高蒸汽干度，蒸汽消耗量增加 ? 95%干度的7巴蒸汽减压到2巴，蒸汽干度提高至97.28% ? 95%干度的7巴蒸汽减压到0.5巴，蒸汽干度提高至98.73% 2）未利用减压过程提高蒸汽潜热比率，蒸汽消耗量增加 ? 7巴蒸汽
13、减压到2巴使用，潜热提高4.17% ? 7巴蒸汽减压到1巴使用，潜热提高5.54% ? 7巴蒸汽减压到0.5巴使用，潜热提高6.42% 3）降低了换热设备的使用寿命 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 12 页 共 55 页 2换热系统疏水问题 疏水设备是蒸汽系统的末端产品，也是保证工艺高效换热的关键。尚舜化工基本未见正常工作的疏水阀，疏水设备失效、通过旁通排放凝结水、疏水阀蒸汽泄漏等情况十分严重，造成换热设备中蒸汽流速加快、换热效率降低、设备磨损加快，既无谓地消耗了蒸汽，又增加了凝结水并网的难度。 3换热系统中疏水设备的安装问题 多台（组）换热设备合并使用一只疏水设备，造成不均衡换热疏水
14、，换热设备积水严重，换热效率低下；疏水阀一旦失效，组内的所有换热设备均受影响；多台疏水设备并联安装，只要其中一台失效，其它疏水阀都无法正常工作。 4换热系统中的排空气问题 间歇式工作的用热单元在停止用汽后，换热设备内凝结水无法及时排出，冷却收缩后产生真空，空气通过疏水阀回灌，系统中有空气存在。再次启动时，附着在换热器表面的空气膜形成极大热阻，导致加热速度减慢，影响换热效率和产品质量。 5换热系统中的安全运行问题 多台（组）换热设备没有安装真空破坏器等安全运行保障设备。 三、凝结水回收系统存在的问题 1凝结水管网不健全，新厂区只有一小部分凝结水回收管网，老厂区没有，造成泄漏的蒸汽和凝结水闪蒸汽到
15、处逸散； 2新厂区现有的回收系统设计不合理，属于“非同程回路”，近点凝结水压力大于远点凝结水压力，管网憋压严重，远点凝结水根本无法自流回到锅炉房； 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 13 页 共 55 页 3新厂区蒸汽管线长，凝结水完全依靠疏水器后的余压和凝结水自压来克服静压差和管道阻力损失，实际上根本行不通； 4疏水器因质量问题产生严重的蒸汽泄漏，导致凝结水管内充满蒸汽，压力升高，阻碍了凝结水的流动。 四、凝结水再次利用存在的问题 凝结水中含有“余热、水和软化费”三项价值，所以应该回到锅炉循环使用。但是企业不重视凝结水回收再利用，其中很重要的原因是：所回收的高温凝结水中含有活性很大的油
16、类污染物以及各种有害离子（如铁离子、或Na+、Ca2+、Mg2+）等，很难去除，从而导致凝结水降级使用或直接排放。 尚舜新厂区有小部分凝结水回收到锅炉房软化水池中，因软化水池很大，软化水很多，且敞开放置，少量的高温凝结水混入池中，难以起到加温作用。 旧厂区的凝结水基本没有回收，更谈不上再利用。 第四章 蒸汽系统优化技术思路 本次尚舜蒸汽及凝结水系统整体节能技改，主要针对第三章所述问题提出如下优化思路： ? 蒸汽输送系统-上不排空 ? 蒸汽换热系统-阻汽排水 ? 凝结水回收系统-下不滴水 ? 凝结水净化处理系统-高温凝结水直接进入锅炉 上述技术思路是从尚舜蒸汽及凝结水系统实际出发，经全局考虑而提
17、出的，通过如下四个方面得到落实：蒸汽管网的高效运行；用汽设备的高效能量转换；排水阻汽装置（如疏水器等）的全面应用；凝结水高效回收及循环利用。节能效果体现在蒸汽需求量的下降和凝结水回收量的增加，最终体现在锅炉负荷下降和煤耗降低。 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 14 页 共 55 页 第五章 蒸汽系统优化技术方案 一、蒸汽主管线优化改造方案 1蒸汽主管线强制疏水方案 具体方案：在蒸汽主管线排凝点、龙门架上升段前端、所有的低点设置大口径集水管，及时将蒸汽管线内形成的凝结水全部“陷落”到集水管内，并由疏水器及时排出。 目的：及时排除蒸汽输送过程中产生的凝结水，提高蒸汽品质，降低蒸汽输送过程压
18、降损失，确保蒸汽系统安全、稳定运行。 2蒸汽主管线高位排空气方案 具体方案：在蒸汽主管线龙门架高位点增设自动排空气阀；系统启动时，迅速排除管道中的空气；正常工作时，及时排除蒸汽管网中积聚的空气或其他不凝性气体。 目的：提高蒸汽输送能力，保障蒸汽品质，提高后续蒸汽用户换热效率。 二、蒸汽换热系统优化改造方案 生产蒸汽的压力由企业需要的最高压力和输送系统压力损失来决定。通常的做法是：在较高的压力下发生、传输和分配蒸汽，到蒸汽用户处再减压使用。 蒸汽的总热由蒸汽潜热和凝结水显热组成。蒸汽压力越低，蒸汽潜热占总热的比例越高（见图5），蒸汽利用率也越高，因为换热过程主要利用的就是蒸汽的潜热。因此，让蒸汽
19、尽可能多地释放汽化潜热是提高蒸汽利用效率的关键。 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 15 页 共 55 页 图5蒸汽总热的构成；以0.6Mpa蒸汽为例，分析其蒸发及冷凝过程（图；图60.6Mpa压力下1kg蒸汽的生成及冷凝过程；根据第三章的相关分析，尚舜化工蒸汽换热系统优化改；1）在保证正常生产的前提下，合理调整换热设备用汽；2）根据换热设备换热面积、换热方式、背压等因素选；北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司；第16页共55页3）多台（组）换热设备的每一个换；4） 图5 蒸汽总热的构成 以0.6Mpa蒸汽为例，分析其蒸发及冷凝过程（图6），可以看出，释放潜热对提高蒸汽利用效率的重要意义。
20、 图6 0.6Mpa压力下1kg蒸汽的生成及冷凝过程示意图 根据第三章的相关分析，尚舜化工蒸汽换热系统优化改造方案为： 1） 在保证正常生产的前提下，合理调整换热设备用汽压力，提高蒸汽利用率； 2） 根据换热设备换热面积、换热方式、背压等因素选择合理的疏水设备； 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 16 页 共 55 页 3） 多台（组）换热设备的每一个换热盘管安装独立的疏水设备； 4） 在换热设备的进汽前端加装排空气设备，及时排除混入的空气； 5） 根据换热设备属性，合理调整换热设备蒸汽进口和凝结水出口走向，避免 非同程回路； 6） 在盘管换热设备的前端加装真空破坏器。 目的：提高蒸汽干
21、度和潜热率；提高换热效率；确保系统安全、稳定运行。 三、凝结水回收系统优化改造方案 技术方案：采用封闭式全自动蒸汽加压回收装置，按照“前沿、分散、加压”原理，对凝结水管网进行优化改造。其特点为：自动泵的集水罐及时平衡各种蒸汽使用设备的凝结水余压，缓解凝结水余压自流困难，保障换热器正常排水；自动泵由蒸汽主动加压运行，凝结水管网内几乎消除了闪蒸汽，接近于普通热水管网，管网的输送能力提高48倍；自动泵的流量可以在1吨/小时90吨/小时之间选择，不会造成任何局部的积水或冻裂。 目的：建立健全的凝结水回收管网，既保障凝结水不在加热器或管道内存积，又能够对各种余压下的凝结水做到兼收并蓄。 四、凝结水净化系
22、统优化改造方案 尚舜化工蒸汽管线采用碳钢，铁离子不可避免地混入凝结水。铁离子在凝结水中常以Fe3或Fe2的形态存在，这取决于水中的PH值和溶解氧浓度。当PH 8.89.2，且有足够的溶解氧存在的条件下，可溶性的Fe2可迅速氧化成不溶性的Fe3，而Fe3又易水解成不溶性的Fe（OH）3。因此，凝结水中的铁，既有Fe3、Fe2，又有胶体或悬浮物等形态。 技术方案：采用“覆盖成膜工艺”和“粉末树脂覆盖过滤除铁技术”，通过过滤、吸附和置换，去除凝结水中过量的金属氧化物、胶体和铁离子。 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 17 页 共 55 页 目的：使凝结水在高温（120以下）下直接进行除铁净化处
23、理，达到低压锅炉进水标准：含铁量小于50g/L。 第六章 蒸汽系统优化技术措施 如果说蒸汽系统优化的技术思路是本项目总体目标的话，技术方案则指出了达到该目标的技术方向，而技术措施则是具体的实施细则。本次解决方案将技术措施与技术思路和技术方案分开叙述，主要基于以下3点： 1再好的优化技术方案、完美无缺的优化思路，如果没有切实可行的实施细则，也只能是纸上谈兵、空中楼阁； 2蒸汽系统优化既离不开相关技术，也与硬件设备息息相关，因此，如果没有可靠的蒸汽节能硬件设备支撑，所有的好思路、好方案都将在实施过程中面目全非，不但达不到应有的效果，甚至影响安全生产； 3应用面问题。即过小的局部改造很难在全局上显现
24、出来，甚至可能被其他因素掩盖，或在其它地方被抵消。技术措施是技术思路和技术方案的全面细化。 一、蒸汽输送系统的优化措施 1蒸汽主管线和龙门架设置强制疏水系统 蒸汽输送管线直线段每200m左右设置一个疏水点，龙门架进汽前端底部（见图7）和所有低点全部设置疏水点。每个疏水点按图8所示设计。图8中的参数D、d和H按表2选择。 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 18 页 共 55 页 图7 龙门架疏水位置的选择 图8 蒸汽主管疏水点安装示意图 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 19 页 共 55 页 表2 蒸汽管线疏水参数选择表 2蒸汽主管线设置强制排空气系统 在蒸汽主管线龙门架高位点增设
25、自动排空气阀，如下图所示： 图9 排空气阀安装实例 北京弘泰斯奔思技术服务有限责任公司 第 20 页 共 55 页 减压设备；蒸汽在进入换热设备之前，依据被加热介质的工艺（温；2换热器疏水器的正确选型；蒸汽疏水器有机械式、热静力式、热动力式等三种；图10不同疏水器的适用场合北京弘泰斯奔思技术服务；第21页共55页疏水器的选型特别讲究排量安全系数；图11不同类型换热器的排量安全系数；3换热器疏水设备的正确安装；疏水设备的正确选型还不 二、蒸汽换热设备优化措施 1增加蒸汽减压设备 蒸汽在进入换热设备之前，依据被加热介质的工艺（温度）要求，增加蒸汽减压站。 2换热器疏水器的正确选型 蒸汽疏水器有机械式、热静力式、热动力式等三种。其中机械式又可以分为倒吊桶式和浮球式，而浮球式还可以分为：自由浮球和杠杆浮球。每种疏水器的存在都有它的理由，没有绝对的好坏之分。关键在于：疏水器属于管网产品，它能否正常工作，一半以上的原因来自管网，而不是产品本身。当然，质量很差的劣质产品不在此列。图10是各种疏水器的一般适用场合。
