運用蒸汽蓄熱器，優化蒸汽供熱系統，提升輪胎產品質量

何大志，王鐳

(四川輪胎橡膠（集團）股份有限公司，四川 簡陽 641402)

運用蒸汽蓄熱器，優化蒸汽供熱系統，提升輪胎產品質量

何大志，王鐳

(四川輪胎橡膠（集團）股份有限公司，四川 簡陽 641402)

了解蒸汽蓄熱器的工作原理，對我公司動力車間供氣現在進行分析后，決定使用蒸汽蓄熱器優化供熱系統，改造后的供熱系統對輪胎質量、經濟、環境污染等都有很大的提高。

蒸汽蓄熱器；負荷；節能；降耗

1 蒸汽蓄熱器概述

蒸汽蓄熱器是熱能的吞吐倉庫，一般為臥式圓筒體，內裝軟化水。充熱過程：當用汽負荷下降時，鍋爐產生的多余蒸汽以熱能的形式通過充熱裝置充入軟化水中貯存，使容器內壓力、溫度上升，形成一定壓力下的飽和水；放熱過程：當用汽負荷上升，鍋爐供汽不足時，隨著壓力下降，容器內的飽和水成為過熱水而形成自蒸發，向用戶供汽。通過蓄熱器對熱能的吞吐作用，使供、用熱系統平穩運行，從而可使鍋爐在滿負荷或某一穩定負荷下平穩運行，一般可提高熱效率2%～10%[1]。蓄熱器中的水既是蒸汽和水進行熱交換的介質，又是蓄存熱能的載體。蓄熱器工作示意圖1。

2 目前我動力車間存在的供汽現狀

圖1 蒸汽蓄熱器與汽源的并聯結構圖

根據記錄的2014年4月23日蒸汽負荷曲線圖如圖2顯示，在實際供汽生產過程中，出現了蒸汽汽負荷不均衡，且波動較大，波動范圍的實際值在5.25～7.65 t/h之間， 波動率在19.4%～28%范圍內，平均波動率為23.7%。用汽負荷波動對鍋爐運行操作帶來很大的不利因素，如不設法加以解決，勢必造成如下的弊害：

（1）用汽負荷波動迫使供汽鍋爐的負荷也隨之波動。由于鍋爐的蓄熱量有限，當外界用汽負荷達到高峰或低谷時，鍋爐的供汽壓力往往隨之升降，鍋爐工難以跟隨用汽負荷進行調整操作，鍋爐的燃燒工況惡化，導致熱效率下降。

圖2 4月23日蒸汽負荷曲線圖

表1 鍋爐蒸汽、耗煤統計表

根據表1可知：2010年我公司鍋爐平均熱效率為63%，2011年我公司鍋爐平均熱效率為65%，2012年我公司鍋爐平均熱效率為63.5%，2013年1～8月鍋爐平均熱效率為56.7%。

（2）由于供汽鍋爐的燃燒強度隨用汽負荷波動而變化。有時趕火，猛加燃料，爐膛內燃燒劇烈，使爐壁過熱；有時壓火，爐膛內燃燒緩慢，爐膛溫度下降。這樣易導致鍋爐爐墻開裂，爐管彎曲變形和水冷壁上結渣；爐內燃燒不盡，火焰延伸，可使蒸汽過熱器或對流管超溫。在如此工況下，易導致鍋爐發生故障。

（3）鍋爐蓄熱量有限，遇高峰用汽時供汽壓力下降和蒸汽嚴重帶水，影響生產工藝，影響產品的質量和產量。

（4）鍋爐的燃燒不穩定，燃料的燃燒與所需空氣量失去平衡，發生不完全燃燒，造成環境污染。

3 改造方案

3.1 方案措施

為消除供汽鍋爐負荷的較大波動，穩定供汽壓力，提高鍋爐的運行熱效率，可在供汽系統中設置蒸汽蓄熱器，使鍋爐連續地按滿負荷或某一穩定的負荷運行。當外界用汽負荷低于鍋爐供汽量時，就將多余熱能儲蓄于蓄熱器中；在發生高峰負荷，鍋爐供汽不足時，蓄熱器就釋放出所蓄熱能以補充不足。這樣使鍋爐負荷不必隨用汽負荷的波動而波動，在穩定的燃燒工況下達到最佳運行熱效率。

3.2 使用蒸汽蓄熱器的效果分析

3.2.1 節省鍋爐燃料

鍋爐熱效率曲線可參考圖3。

圖3 鍋爐熱效率曲線圖

蒸汽鍋爐的最佳熱效率是在額定蒸發量以下或其附近，最佳效率區大概在額定蒸發量的85%～100%范圍之內[2]。低負荷和超負荷時熱效率均要降低，鍋爐的熱效率曲線呈拋物線形狀。因此，鍋爐在低負荷和超負荷運行時，鍋爐熱效率均會降低。

根據表1可知，2010年我公司鍋爐平均蒸發量為額定蒸發量的87.3%；2011年為76.4%；2012年為77.2%；2013年1至8月只有72.2%。因此，我公司鍋爐長期未能達到最佳經濟熱效率。

3.2.2 負荷波動對鍋爐燃燒效率的影響

鍋爐的運行熱效率隨鍋爐負荷的變動而不同，一般按經濟蒸發量連續穩定運行時效率最高。鍋爐負荷急劇、頻繁波動時效率較低，可參考鍋爐負荷變化與效率關系曲線圖[2]，如圖4所示。

圖4 鍋爐負荷變化與效率關系曲線圖

在用汽負荷劇烈波動的供熱系統中，供汽鍋爐配用蒸汽蓄熱器后，鍋爐就不再追隨波動負荷而變動蒸發量，基本上保持連續穩定的運行工況，這就避免了燃燒工況變動造成的各種熱損失。

圖5為2014年4月23日蒸汽負荷波動圖，未用蒸汽蓄熱器鍋爐負荷隨用汽負荷波動，于26.25～33.06 t/h之間波動，波動率在19.4%～28%范圍內，平均負荷29.5 t，平均波動率為23.7%。裝蓄熱器后鍋爐負荷基本穩定在29.5 t/h。

圖5 4月23日蒸汽負荷曲線圖

3.2.3 增大供熱能力

當鍋爐供汽能力低于用汽負荷峰值時，安裝使用蓄熱器，可使鍋爐壓力穩定，提高供汽量。避免為滿足用汽峰值需求而額外增加一臺鍋爐的運行，而其余時間維持鍋爐燃燒而導致的散熱損失。

3.2.4 減少鍋爐故障，延長鍋爐使用壽命

在裝用蒸汽蓄熱器后，鍋爐的負荷穩定，燃燒工況較好，蒸汽壓力穩定，避免了不良情況現象。鍋爐檢修工作量減少，維修費用也隨之減少，保證了鍋爐的使用壽命，達到了良好的經濟效益。

3.2.5 加裝蒸汽蓄能器

通過加裝蒸汽蓄能器保證了蒸汽的壓力穩定，可提高輪胎年產量，更好的保證了輪胎質量。

3.2.6 有利于保護環境

通過觀察發現。在鍋爐工況穩定后，可以方便的控制風煤比，穩定鼓風引風比。不但改善了燃燒過程，更減少因不完全燃燒造成的環境污染。

4 經濟效益分析

4.1 提高熱效率，節約耗煤

用汽的尖峰負荷未超過鍋爐最大產汽量，用汽的波動幅度也未產生不允許的鍋爐壓降幅度和壓降速度，但用汽波動的頻繁度很高（例如達到每小時4、5次以上的頻率），對于這種情況，從節能的觀點考慮，也應該裝設蓄熱器。因為在這種情況下，裝了蓄熱器以后，可以使鍋爐出力穩定，避免了頻繁增減出力操作過程中經常出現跑紅火、冒黑煙和過大或過小的過量空氣系數下運行，一般可以節能5%～7%以上[3]。

通過實施的“運用蒸汽蓄熱器， 優化蒸汽供熱系統”節能技改項目的完成投用，設備至今運行正常，通過專業實驗對比，我公司增加蓄熱器后，提高了鍋爐熱效率約5%。

節能計算：2012年蒸汽產量Q=234 640 t，耗煤量M=61 666 t，原煤發熱量K=4 000 kcal/kg=4 000× 4.186=16 744 kJ/kg，蒸汽熱焓值H=2 794 kJ/kg。

現鍋爐平均熱效率：

增加蓄熱器后，提高熱效率約3%，即熱效率η=66.5%。保持蒸汽產量不變的情況下，年耗煤量為M′，即每年可節約煤量?M=M-M′。

全年節約原煤2 782 t，噸煤價約500 元，

全年節煤價值1 391 000元。

4.2 減少一臺鍋爐運行，節約鍋爐散熱損失

企業的平均用汽負荷未超過部分幾臺鍋爐的最大產汽量，但在短時間的尖峰用汽期間需要增加一臺鍋爐運行，而尖峰需汽量并不多，時間又短（例如每天1～2 次，每次2～3 h），通過裝設蓄熱器后可以不用每天短時間多運行一臺鍋爐，從而可以取得更大的節能效果[3]。

根據往年生產用汽需求，結合鍋爐實際運行產汽情況（見表1）。近三年，動力分公司每年至少有4個月的時間要采取一大帶一小的方案，即投入一臺35 t/ h鍋爐和一臺10 t/h鍋爐或一臺25 t/h鍋爐和二臺10 t/h鍋爐。而增加蓄熱器之后既減少一臺10 t/h鍋爐運行，只投運一臺35 t/h鍋爐或一臺25 t/h鍋爐和一臺10 t/h鍋爐，節約了一臺10 t/h鍋爐運行時的散熱損失。

一臺10 t/h鍋爐本身散熱損失為1.7%[3]，約為668 666.6 kJ/h，我原煤發熱量按4 000 kcal/kg計算。則鍋爐散熱導致的煤耗：

噸煤價約500元，10 t/h鍋爐120天散熱損失價值約57 456元。

4.3 蓄熱器的散熱損失

100 m3蓄熱器散熱量59 000 kJ/h[4]。我原煤發熱量按4 000 kcal/kg計算，蓄熱器運行一年的熱損失，相當于耗煤：

噸煤價約500元，則蓄熱器年散熱損失價值約15 330元。

4.4 運行成本投入

日常管理與一般壓力容器管理相同，不需增加人工管理；消耗水、電量極低可忽略。

4.5 維修投入

運行方便，基本不維修。

4.6 折舊費用計算

折舊計算：蒸汽蓄熱器一般可穩定運行20年，

預計凈殘值率為5%，預計使用20年，

則年折舊費85 500元。

4.7 其他節能計算

多運行一臺10 t/h鍋爐時，需要經常壓火，壓火過程中不產生蒸汽，造成的燃煤損失、鍋爐輔機電耗、人工費難以統計，故未納入節能計算。

4.8 投資預算

主體為一臥式圓筒形壓力容器，一般用Q325制造，內部裝有充熱和放熱設備，外部設有人孔、液位計、控制閥門和安全閥門等。

蓄熱器設計、制造、安裝費用約150萬；土建設計施工費約30萬；合計180萬。

4.9 經濟效益分析結論

綜上所述，使用蒸汽蓄熱器后每年可節約費用約1 347 626元，一年半即可收回投資。

[1] 楊興成，王占義. 鍋爐負荷變化對運行效率的影響及控制[J].應用能源技術，2001.2.

[2] 程祖虞. 蒸汽蓄熱器的應用和設計[M]. 機械工業出版社出版社，1986.12.

[3] 陳波. 蒸汽蓄熱器在輪胎生產中的應用[J]. 橡膠科技市場，2008.6（11）.

[4] 王孟浩. 添鍋爐，還是裝蓄熱器 兼論蓄熱器的散熱損失[J].華東工業鍋爐，1992.（4）.

Using steam accumulator, optimizing steam heating system, improving quality of tire products

Using steam accumulator, optimizing steam heating system, improving quality of tire products

He Dazhi, Wang Lei

(Sichuan Tire & Rubber (Group) Co., Ltd., Jianyang 641402, Sichuan, China)

This paper describes the working principle of the steam accumulator. After analyzing the status of power plant gas supply, we decide to use steam accumulator to optimize heating system. Tire quality, economic, and environmental pollution have been greatly improved after the transformation of the heating system.

steam accumulator; load; energy saving; consumption reducing

TQ330.8

1009-797X(2015)21-0074-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.21.015

(R-03)

何大志（1984-）男，大專學歷，工程師，主要從事橡塑裝備創新管理與維修。

2014-08-14