直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理中的應(yīng)用

福建中燃清潔能源投資有限公司 龔小輝

目前，蒸汽發(fā)生器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于為賓館、酒樓、食堂、酒店等公共建筑場(chǎng)所提供蒸汽或熱水，但鑒于蒸汽發(fā)生器多為小型的蒸汽發(fā)生裝置，單個(gè)蒸汽發(fā)生裝置多在0.125 t 以下，部分蒸汽發(fā)生器廠(chǎng)家將4 臺(tái)甚至更多的蒸汽發(fā)生裝置集成在1 個(gè)蒸汽發(fā)生單元或機(jī)中，單臺(tái)蒸汽單元或機(jī)所產(chǎn)生的蒸汽可在0.5～0.8 t/h 以下。現(xiàn)有一種直流式蒸汽發(fā)生器為無(wú)壓力容器、安全性能高、升溫速度快，可5 s出蒸汽，能分布式模塊化管理，且可根據(jù)需求對(duì)設(shè)備功率自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，現(xiàn)已逐步在化工、食品、化纖等行業(yè)在蒸汽需求在4 t/h 左右的企業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)運(yùn)行，并得到了相關(guān)試點(diǎn)企業(yè)的好評(píng)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)存在若干問(wèn)題。為了推動(dòng)直流式蒸汽發(fā)生器的發(fā)展，本文針對(duì)直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討，并針對(duì)所存在的問(wèn)題提出了若干解決措施。

1 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理概述

直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理的原理，如圖1 所示。

圖1 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理原理

直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理中的主要設(shè)備及功能如下：

(1)純水設(shè)備：設(shè)備的作用是對(duì)自來(lái)水或井水等水源進(jìn)行雜質(zhì)過(guò)濾和軟化，主要由砂過(guò)濾器(作用為粗過(guò)濾，主要過(guò)濾原水中的淤泥、毛發(fā)、藻類(lèi)、大顆粒狀物體)、活性炭過(guò)濾器(作用為除色，除味，除余氯，還原氧化物)、樹(shù)脂過(guò)濾器(作用為軟化水質(zhì))、精密過(guò)濾器(作用為過(guò)濾粒徑大于5 μm 的顆粒物)、RO 膜反滲透過(guò)濾器(其孔徑小于0.000 5 μm，利用反滲透原理能有效去除水中的細(xì)菌、無(wú)機(jī)鹽、病毒和農(nóng)藥等致癌物)等組成，其內(nèi)部工藝流程為：自來(lái)水或井水→源水泵→石英砂過(guò)濾器→活性碳過(guò)濾器→軟化過(guò)濾器→精密過(guò)濾器→進(jìn)水閥→高壓RO 泵→RO 反滲透膜過(guò)濾器→純水箱。

(2)蒸汽機(jī)：以1臺(tái)直流式天然氣蒸汽機(jī)(0.5 t/h)為例，其由4 個(gè)蒸汽發(fā)生機(jī)組模塊(每個(gè)模塊產(chǎn)生0.125 t/h的蒸汽量)集成為1臺(tái)蒸汽機(jī)(每臺(tái)蒸汽機(jī)有4個(gè)蒸汽出口)。每個(gè)蒸汽發(fā)生機(jī)組模塊又由3個(gè)蒸汽發(fā)生器構(gòu)成，依次為第一蒸汽發(fā)生器、第二蒸汽發(fā)生器和第三蒸汽發(fā)生器；每個(gè)蒸汽發(fā)生器包括3個(gè)由上往下設(shè)置在燃燒室內(nèi)的熱交換器，依次為第一熱交換器、第二熱交換器和第三熱交換器，每個(gè)熱交換器均由蛇形銅管組成。蒸汽機(jī)內(nèi)部工藝流程為：純水箱的水→蒸汽機(jī)的進(jìn)水管→機(jī)內(nèi)水泵→機(jī)內(nèi)進(jìn)水壓力開(kāi)關(guān)→機(jī)內(nèi)進(jìn)水電磁閥→機(jī)內(nèi)進(jìn)水噴嘴→第一蒸汽發(fā)生器的第一熱交換器→第二蒸汽發(fā)生器的第一熱交換器→第三蒸汽發(fā)生器的第一熱交換器→第三蒸汽發(fā)生器的第二熱交換器→第二蒸汽發(fā)生器的第二熱交換器→第一蒸汽發(fā)生器的第二熱交換器→第一蒸汽發(fā)生器的第三熱交換器→第二蒸汽發(fā)生器的第三熱交換器→第三蒸汽發(fā)生器的第三熱交換器→蒸汽機(jī)內(nèi)出口，具體流向見(jiàn)圖2。

圖2 直流式天然氣蒸汽機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理中的應(yīng)用實(shí)例

福建省某化工企業(yè)使用1 臺(tái)4 t/h 的煤鍋爐，日用蒸汽量在50 t 左右，24 h 生產(chǎn)，由于煤鍋爐不能滿(mǎn)足環(huán)保的要求，該化工企業(yè)擬采用天然氣作為燃料。經(jīng)試用，使用1 臺(tái)0.5 t/h 的直流式天然氣蒸汽發(fā)生器能滿(mǎn)足其使用蒸汽需求，該企業(yè)考慮到直流式天然氣蒸汽發(fā)生器具有安全、升溫速度快、便于啟停、能耗少等優(yōu)點(diǎn)，率先在其廠(chǎng)區(qū)內(nèi)采用直流式天然氣蒸汽發(fā)生器進(jìn)行了合同能源管理的試點(diǎn)工作。布置合同能源管理用蒸汽發(fā)生器時(shí)可分置于各用氣點(diǎn)，也可集中放置在一起。該企業(yè)直流式天然氣蒸汽發(fā)生器放置的現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖3。

圖3 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器放置現(xiàn)場(chǎng)

3 直流式天然氣蒸汽發(fā)生器合同能源管理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

由于直流式天然氣蒸汽發(fā)生器用于合同能源管理屬于嘗試階段，并無(wú)現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可參照。為了便于蒸汽使用量的比對(duì)和確定，在蒸汽出口后端除安裝渦街蒸汽流量計(jì)外，還在蒸汽機(jī)的水進(jìn)口處安裝了進(jìn)水水表。同時(shí)為了便于統(tǒng)計(jì)噸水(以水表計(jì)量)和噸蒸汽(以蒸汽表計(jì)量)天然氣的耗量，在供蒸汽機(jī)的燃?xì)庹{(diào)壓柜中也安裝了天然氣流量計(jì)。2018年運(yùn)行一年后的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 2018 年合同能源管理能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

通過(guò)2018全年的運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，如液化天然氣的價(jià)格按2018年項(xiàng)目實(shí)際平均采購(gòu)價(jià)4 507 元/t，氣化率為1 440 m3/t計(jì)算(以下蒸汽使用價(jià)格測(cè)算均以此氣價(jià)計(jì)算)，按渦街蒸汽表計(jì)量的蒸汽噸數(shù)進(jìn)行合同能源管理結(jié)算依據(jù)，合同能源管理方的1 t/h蒸汽的燃料成本就在307.98～354.3 元；而按水表計(jì)量作為結(jié)算依據(jù)，合同能源管理方的1 t/h蒸汽的燃料成本只有156.62～189.48 元。合同能源管理能耗統(tǒng)計(jì)表的數(shù)據(jù)表明：直流式天然氣蒸汽發(fā)生器用于合同能源管理，使用渦街蒸汽表計(jì)量和按水表計(jì)量進(jìn)行結(jié)算蒸汽的噸數(shù)和價(jià)格的差異比較大，這也造成了蒸汽用戶(hù)的使用價(jià)格相差較大，測(cè)算情況見(jiàn)表2。

表2 合同能源管理1 t/h 蒸汽使用價(jià)格測(cè)算 元

從直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理項(xiàng)目實(shí)施初期開(kāi)始，合同能源管理方、用蒸汽方和蒸汽設(shè)備廠(chǎng)家就密切關(guān)注和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并經(jīng)充分的論證得出以下結(jié)論：直流式天然氣蒸汽發(fā)生器生產(chǎn)的蒸汽中含有水，使得渦街流量計(jì)在有水的情況下無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量蒸汽流量，造成蒸汽量的測(cè)量值偏少，1 t/h蒸汽的耗氣量高達(dá)98.04～113.20 m3，從而蒸汽使用價(jià)格高達(dá)355.98～402.3 元，故不能以此作為結(jié)算依據(jù)。而直流式天然氣蒸汽發(fā)生器直接用水表數(shù)計(jì)量顯然也不合理，因?yàn)檎羝泻兴郑瑧?yīng)用水表數(shù)扣除蒸汽含有的水含量方才合理。

鑒于上述情況，為解決合同能源管理方、用蒸汽方和蒸汽設(shè)備廠(chǎng)家三方的矛盾，在本項(xiàng)目需要全日運(yùn)行的情況下，選擇在另一小型項(xiàng)目進(jìn)行蒸汽含有的水含量的檢測(cè)試驗(yàn)，在蒸汽機(jī)的蒸汽出口加裝設(shè)水汽分離器和回水水表，得出蒸汽含水量在10%左右的結(jié)果。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，重新對(duì)合同能源管理1 t/h 蒸汽使用價(jià)格進(jìn)行調(diào)整測(cè)算。但若按蒸汽機(jī)產(chǎn)生的蒸汽含水量計(jì)算，得出 1 t/h 蒸汽僅需要55.6～67.27 m3天然氣，這又顯然與理論計(jì)算1 t/h蒸汽耗天然氣在75～80 m3相沖突。蒸汽設(shè)備廠(chǎng)家也聲稱(chēng)在廠(chǎng)內(nèi)試驗(yàn)其蒸汽機(jī)設(shè)備的1 t/h 蒸汽耗用天然氣的氣量約為75 m3，并依照此用氣量也作了1 t/h 蒸汽使用價(jià)格的重新測(cè)算，兩種調(diào)整測(cè)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 合同能源管理1 t/h 蒸汽使用價(jià)格調(diào)整測(cè)算元

盡管本應(yīng)用實(shí)例中合同能源管理方、蒸汽使用方和蒸汽設(shè)備廠(chǎng)家三方進(jìn)行了反復(fù)測(cè)算，但蒸汽使用方仍堅(jiān)持以蒸汽表測(cè)算蒸汽數(shù)乘以約定的合同蒸汽使用價(jià)格進(jìn)行結(jié)算，這無(wú)疑是合同能源管理方不能接受的。最終，合同能源管理方和蒸汽使用方協(xié)商，不以蒸汽表或水表來(lái)計(jì)量蒸汽數(shù)乘以約定的合同蒸汽使用價(jià)格結(jié)算，而以天然氣購(gòu)進(jìn)價(jià)加上一定的毛差乘以天然氣使用量來(lái)結(jié)算。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)直流式天然氣蒸汽發(fā)生器應(yīng)用于福建省某化工企業(yè)合同能源管理實(shí)例的數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)，得出以下結(jié)論：

(1)由于直流式天然氣蒸汽發(fā)生器生產(chǎn)的蒸汽中含有水，使得渦街流量計(jì)無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量蒸汽流量，如用蒸汽計(jì)量乘以約定的合同蒸汽使用價(jià)格為合同能源管理的結(jié)算依據(jù)，直流式天然氣蒸汽發(fā)生器將不利于合同能源管理方。

(2)由于直流式天然氣蒸汽發(fā)生器生產(chǎn)的蒸汽中含有水，如以水計(jì)量為合同能源管理的結(jié)算依據(jù)，水表的量大于提供蒸汽的量，這又不利于合同能源使用方。

(3)鑒于直流式天然氣蒸汽發(fā)生器用水計(jì)量或用蒸汽流量計(jì)計(jì)量都存在不能公平計(jì)量的情況，雙方可先行采用以天然氣的用氣量和天然氣順價(jià)作為合同能源管理的基準(zhǔn)。

直流式天然氣蒸汽發(fā)生器用于福建省某化工企業(yè)合同能源管理的實(shí)例中雖然出現(xiàn)了不少的爭(zhēng)議，但直流式天然氣蒸汽發(fā)生器具有適應(yīng)性強(qiáng)、放置地點(diǎn)靈活、安全等優(yōu)點(diǎn)，為促進(jìn)小型直流式天然氣蒸汽發(fā)生器在合同能源管理上的發(fā)展，后續(xù)推廣使用時(shí)須在工藝流程上進(jìn)行改進(jìn)，如采取在直流式天然氣蒸汽發(fā)生器出口端增加水氣分離器、增加回水熱利用、測(cè)試其它適應(yīng)于含水的蒸汽流量計(jì)等措施都可以化解所存在的問(wèn)題。