醫院鍋爐改造分析與節能研究

楊寅明

（上海市第一婦嬰保健院，上海201204）

0 引言

隨著國家“十三五”規劃的實施，醫院又步入了一個快速發展期，規劃確立的“綠色、高效、可持續”的發展理念逐步深入人心，生態文明建設也提升到了新的高度，醫院發展也逐步向“綠色、節能、環保、低碳”的目標邁進。為順應時代發展要求，2016年初長樂路院區鍋爐節能改造正式啟動，2016年7月改造完成并投入運行，通過一年的運行，取得了較好的節能效果。筆者作為項目經理參與了改造，本文將介紹初期的設計思路、中期的施工方案及后期的運行方案，并從節能減排和經濟性兩個方面對改造后的系統進行分析。

1 設計要求和思路

長樂路院區鍋爐是2001年9月投入使用的兩臺雙良蒸汽鍋爐（一臺1.5 t/h、一臺3 t/h），正常情況夏、秋季使用一臺1.5 t鍋爐，冬、春季使用一臺3 t鍋爐，同時互為備用。主要供應范圍：一是為院區臨床、醫技和后勤提高生活用熱水；二是為供應室提供消毒用蒸汽；三是為開水爐、食堂蒸箱提供蒸汽。

考慮改造的主要原因有以下幾點：（1）鍋爐使用年限長，安全系數差；（2）蒸汽鍋爐能源利用效率低下；（3）屬高壓容器，需24 h人員值守，人力成本高；（4）管道長，耗能大，維護成本高。

改造后希望達到以下幾點目的：（1）提高能源利用效率和安全系數；（2）節約維護成本和人力成本；（3）系統性考慮，減少占用房屋面積；（4）實現供熱系統的自動化；（5）在使用周期內（8年）收回成本支出并有結余。

2 設計要點

2.1 改造方案

首先，將以前的集中蒸汽供應模式改造為分散型就近供應模式，主要包含以下內容：（1）利用鍋爐房平臺靠近供應室處加裝2臺電熱蒸汽發生器（ZFQ-T、60 kW），為供應室提供蒸汽消毒；（2）將以前的4臺食堂蒸箱和1臺蒸汽開水爐改造為4臺燃氣蒸箱和1臺燃氣開水爐，同時總共廢棄了近120 m的老壓力管道。

其次，將以前蒸汽鍋爐供應生活用熱水改造為由2臺CO2（P744）空氣源熱泵機組和2臺常壓熱水鍋爐（1 t/h）配合供應生活用熱水。

最后，從供熱系統整體考慮，精選設備，注重設備的能效比，做好設備的配套使用。

2.2 改造前后設備比較

原蒸汽鍋爐及輔助設備、食堂蒸飯箱、消毒設備等拆除的具體數量及參數如表1所示。

表1 改造前設備清單

改造后鍋爐系統、消毒設備及食堂蒸飯主要設備的具體數量及參數如表2所示。

表2 改造后鍋爐系統、消毒設備及食堂蒸飯主要設備清單

2.3 改造后設備運行方案

2.3.1 鍋爐系統運行說明

（1）市政水經鈉離子水處理器軟化后進入高位膨脹水箱，給常壓熱水鍋爐一次系統補水。

（2）鍋爐啟動后，鍋爐燃燒器根據參數設置自動啟停：當鍋爐出水溫度低于啟爐溫度時，自動啟動燃燒器，并且大火燃燒；當鍋爐出水溫度高于轉火溫度時，燃燒機小火燃燒；當鍋爐出水溫度高于停爐溫度時，燃燒器自動停止。

（3）鍋爐燃燒器運行和一次循環泵聯鎖，當一次循環泵停止時，鍋爐燃燒器自動停止。

（4）鍋爐運行中，出現缺水、出水超溫時，自動停止鍋爐系統。

圖1為醫院鍋爐房設備平面布置圖，如圖所示，儲熱水箱、板式換熱器、變頻泵等設備安裝在鍋爐房內北部房間，熱水鍋爐及CO2空氣源熱泵設備放置在鍋爐房屋頂，通過空間合理化布局，可將鍋爐房南部面積全部空出留做他用，節約面積約51 m3。

圖1 鍋爐節能改造設備平面布置圖

2.3.2 熱泵系統運行說明

（1）市政水直接經熱泵機組加熱（溫度可調）后進入儲熱水箱。

（2）熱泵運行時，根據設置的參數自動啟停：當儲熱水箱液位達到設定值時，則停止熱泵運行；若水箱溫度達到要求，則直接供院區使用；若溫度達不到要求，則切換至鍋爐系統進行輔助加熱。

（3）熱泵機組帶就地及遠程控制。

圖2為醫院鍋爐房樓頂空氣源熱泵及熱水鍋爐設備安裝示意圖，如圖所示，為了保證安全，設備基礎選用20#工字鋼，橫架在鍋爐房屋頂結構梁上。用輕質結構搭建約26 m3房屋用來放置熱水鍋爐，空氣源熱泵露天放置。

2.3.3 鍋爐換熱系統與CO2空氣源熱泵自動控制切換使用說明

（1）換熱系統控制由主控制柜、現場鍋爐、熱水循環泵、板式換熱器及溫度/液位傳感器組成。

（2）CO2空氣源熱泵系統控制由兩臺熱泵機組及遠程控制柜組成。

（3）系統夏季運行時，先由CO2空氣源熱泵加熱市政水后進入原水箱，若水箱溫度能保持60℃，則直接由變頻供水泵供院區各用水點使用；若水箱的溫度低于設定溫度下限，無法滿足院區用水點要求，系統自動停止CO2空氣源熱泵運行，切換至鍋爐系統，啟動鍋爐二次循環泵，帶動水箱內的水通過板式熱交換器循環，然后打開一次循環泵和鍋爐燃燒器，根據熱交換原理，把通過板式熱交換器的冷水加熱，把熱水再送到水箱，直到水箱的水被加熱至60℃（此溫度可根據要求調節），當水箱的水溫高于溫度設定上限時，關閉鍋爐燃燒器，停止熱水循環泵；當水箱水溫下降到溫度設定下限時，重復啟動以上步驟，不斷循環運行。

圖2 CO2空氣源熱泵及熱水鍋爐安裝示意圖

（4）系統冬季運行時，由于環境溫度較低，CO2空氣源熱泵效率降低，不符合節能要求，故此時停止CO2空氣源熱泵系統運行，全部由鍋爐系統為院區提供熱水。

（5）系統運行時，當水箱內的液位低于設定液位下限時，自動啟動補水泵；當液位補到設定液位上限時，自動停運補水泵。

圖3為鍋爐系統控制示意圖，如圖所示，該系統通過信號采集，將熱水鍋爐及空氣源熱泵的工作狀態、儲熱水箱的水位高低、熱水變頻泵的運行狀況等信息全部反映到控制室中央的控制臺上。值班人員可通過監控屏幕觀察到上述設備的信息，也可通過監控臺控制設備的啟、停。

圖3 鍋爐系統控制示意總圖

圖4為鍋爐系統供熱示意圖，如圖所示，該系統春季、夏季和秋季主要由空氣源熱泵生產熱水為院區供熱，若院區熱水用量突然增加，熱泵無法滿足需求時，開啟熱水鍋爐生產熱水作為補充為醫院供熱水。冬季時，空氣源熱泵制熱水效率下降，無法滿足醫院熱水需求，故直接使用熱水鍋爐為醫院提供生活熱水。

圖4 鍋爐系統供熱示意圖

3 結論分析

3.1 改造后能耗對比

3.1.1 燃氣量對比

該項目于2016年7月竣工并正式投入運行，系統運行后醫院天然氣用量較之前明顯降低，下降幅度約為50%。表3為設備運行一年（2016年7月至2017年6月期間）醫院天然氣用量與上年同比。

表3 2016年7月至2017年6月醫院用燃氣量與上年同比

3.1.2 用電量對比

由于空氣源熱泵是利用電能壓縮空氣達到制熱效果，故系統運行后醫院用電量較之前略有提高，幅度約為20%。表4為設備運行一年（2016年7月至2017年6月期間）醫院用電量與上年同比。

表4 2016年7月至2017年6月醫院用電量與上年同比

3.2 能耗分析

據統計，一婦嬰西院鍋爐系統經改造后一年時間內燃氣用量減少128 565 m3，占上年同期用氣總量的50%左右，用電量增加360 026 kW·h，每年能耗下降59 126.7 kg標準煤。

3.3 經濟效益成本分析

因在改造期間未安裝區域計量，同時2015年7月—2016年6月與2016年7月—2017年6月醫院業務量對比增長率達到22%，故我們是以總體耗能不增加為前提來考慮進行經濟效益成本分析。

（1）燃氣成本對比：

改造前，2015年7月—2016年6月燃氣總支出：1 033 925.6元；

改造后，2016年7月—2017年6月燃氣總支出：494 810.9元；

節約開支：1 033 925.6-494 810.9=539 114.7元。

（2）用電成本對比：

改造前，2015年7月—2016年6月用電總支出：1982984.32元；

改造后，2016年7月—2017年6月用電總支出：2 187 059.5元；

增加開支：2 187 059.5-1 982 984.32=204 075.18元。（3）人力成本對比：

改造前，因使用蒸汽鍋爐需24 h值守，共用工6人；

改造后，整個系統只需白天運行（07：00—17：00），且自動化程度高，按設計要求只需要2名工人就可確保系統正常運行。因單位自己職工安排問題，目前用工為4人。以人員工資6 500元/月計算，節約人力成本156 000元/年。

（4）節約場地費用：一婦嬰西院院區位于上海市靜安區寸土寸金的長樂路地塊，通過改造節約大爐間場地面積51 m3，如按長樂路區域租借場地平均費用每天3.5元/m3來計算，共需開支3.5×51×365=65 152.5元/年。

（5）一年節約費用總計：53.9（天然氣）-20.4（電費）+15.6（人力支出）+6.5（場地節省）=55.6萬元。

（6）設備系統質保期2年，使用年限為8年。我們從第3年開始將產生設備維修費用（每年為5萬元），且設備使用效率降低10%，同時從不減少用工和場地租金不調整來考慮，我們初步估算設備在使用年限內每年節支情況如下：

使用第1年、第2年，每年節約55.6萬元，共計節約55.6×2=111.2萬元；

使用第3年節約：（53.9-20.4）×0.9+15.6+6.5-5=47.25萬元；

使用第4年節約：33.5×0.9×0.9+15.6+6.5-5=44.24萬元；

使用第5年節約：33.5×0.9×0.9×0.9+22.1-5=41.52萬元；

使用第6年節約：33.5×0.9×0.9×0.9×0.9+22.1-5=39.08萬元；

使用第7年節約：33.5×0.9×0.9×0.9×0.9×0.9+22.1-5=36.88萬元；

使用第8年節約：33.5×0.9×0.9×0.9×0.9×0.9×0.9+22.1-5=34.90萬元。

新系統在使用年期內共計可節約開支：355.07萬元。

（7）改造系統總投入：鍋爐改造費用195.5萬元，蒸汽發生器采購19.8萬元，蒸汽發生器配電柜配套35萬元，食堂燃氣蒸飯箱9.3萬元，燃氣開水爐1.8萬元，合計：投入總成本261.4萬元。

綜上所述，醫院在鍋爐改造中可實現經濟效益93.67萬元。

4 結語

雖然本文針對長樂路院區鍋爐改造項目，就節能、降耗、節約開支等方面做了一次有益的探索和嘗試，但距離醫院后勤發展實現“綠色、節能、環保、低碳”的目標還有相當長的路要走，真可謂“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。

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