大機組集中供熱替代導熱油鍋爐技術的應用與探討

摘要：熱定型機是染整、制革、橡膠等行業中主要耗能設備之一，隨著環保指標越來越嚴格，大機組集中供熱替代導熱油鍋爐技術越來越普及。本文通過對比采用蒸汽加熱和導熱油加熱的優缺點和經濟分析，論述大機組集中供熱替代導熱油技術是一種節能、環保、經濟的技術方案。

關鍵詞：蒸汽;導熱油;定型機

1.概述

熱定型機是染整、制革、橡膠等行業中主要耗能設備之一，是利用熱空氣對織物、皮革或橡膠等進行干操和整理并使之定型的裝置，通常需要提供高達180～225℃的定型溫度，因此一般采用導熱油定型。而一般企業自我管理使用燃煤導熱油鍋爐效率低，除塵脫硫率難度大，投入較高，不利于節能減排;且維護成本高，并且存有高溫起火的安全隱患;導熱油介質的循環輸送也需要較多的電能;屬于小鍋爐范疇已列入淘汰和關停范圍，使用和審批已受到嚴格限制。因此利用大機組集中供熱來改造原有的導熱油定型機和關停小鍋爐系統成為必然。

2.采用蒸汽加熱與使用天然氣加熱或導熱油加熱優缺點分析

熱空氣的供給方式有多種途徑，可以直接在定型機內導熱油加熱、燃燒煤氣（天然氣）燃燒解熱和蒸汽加熱。采用蒸汽加熱與使用天然氣加熱或導熱油加熱的優缺點分析如下：

3.蒸汽替代導熱油定型的系統組成

蒸汽加熱定型機的系統由蒸汽產生系統、蒸汽輸送系統、蒸汽與空氣的熱交換系統、疏水系統、凝結水回收系統四部分系統組成。

蒸汽產生系統和蒸汽輸送系統：可由熱電廠高效率鍋爐產生過熱蒸汽發電后的余熱蒸汽通過保溫管道集中供熱。

蒸汽與空氣的熱交換系統：蒸汽加熱定型機的原理是蒸汽通過間接加熱定型機烘箱內的流動空氣后來定型的，間接加熱就是通過一種稱為“換熱器”的設備進行加熱的方法。蒸汽從換熱器壁表面流過，蒸汽的熱量就轉移到被加熱的物質一側。通過這種方式，蒸汽不會和被加熱的物質接觸。典型的使用蒸汽加熱的熱交換器為翅片式換熱器。

使用蒸汽加熱：供應給換熱器的蒸汽處于氣態，在設定溫度的壓力下，蒸汽在其內部換熱到翅片上散熱，當低于飽和溫度后變成液態（冷凝水）并離開換熱器。即散熱翅片的溫度與交換器內的溫度相當。使用熱水或熱油加熱：供應給加熱器的熱水或熱油溫度要大幅高于散熱翅片上所需的溫度，熱水或熱油在離開換熱器與進入換熱器時的溫差較大。對比通過降溫進行加熱的熱水或熱油與蒸汽通過從氣體轉換成液體進行加熱，蒸汽通過凝結傳遞的熱量明顯比熱水或導熱油通過對流的熱量多。從蒸汽加熱的基本特性來看，從作為熱媒的標準來看，蒸汽有著很多其它熱媒無法比擬的優勢，在這其中比較突出的是：能夠均勻加熱：能夠快速加熱。

蒸汽如何能確保穩定、均勻的加熱。對于飽和蒸汽，如果知道蒸汽壓力就能確定蒸汽的溫度，在空間內的壓力可迅速變化。當飽和蒸汽發生冷凝，此時的冷凝溫度就是飽和溫度，并且飽和水（冷凝水）也是飽和溫度。這就意味著如果維持換熱面（換熱器）的壓力在一個常量，在換熱面的每個位置都可以進行相同溫度的交換。

加熱速度，傳熱量有傳熱系數表示，單位是[W/m2K]。W=J/sec，傳熱系數越大，所需加熱時間越短。熱油與蒸汽的傳熱系數如下：以熱油做熱源，熱水和熱油通過對流傳熱，沒有相變，熱媒通過降低自身溫度傳遞熱量給被加溫的產品。工業領域的主流技術是通過設備，例如泵等使流體流過換熱表面，進行強制對流，量通過換熱器換熱面的速率1000 ～6000[W/m2K];以蒸汽作為熱源，蒸汽釋熱就是冷凝過程，就是熱量的傳遞過程。蒸汽中的熱量在蒸汽冷凝成液體時釋放出來，所釋放的潛熱的量比冷凝后的熱水（飽和水）中所含的顯熱大2～5倍。潛熱被瞬間釋放并且通過換熱器傳遞到被加熱的產品上，熱量通過熱交換器換熱面的速率6000～15000[W/m2K]。

實際工況中，換熱過程包括換熱器內表面的換熱和通過換熱面傳遞到加熱產品兩部分，必須使用總的換熱系數[W/m2K]來估算換熱效率。不同換熱器的換熱系數相差很大，盡管如此，使用蒸汽換熱數值是使用熱油熱水的1.5～2倍。根據經驗可以得知，純棉品種的蒸汽溫度<160℃，蒸汽用量0.8噸/小時;棉氨彈力品種，蒸汽溫度170℃～195℃，蒸汽用量1.3噸/小時;化纖和滌棉品種，蒸汽溫度180℃～200℃，蒸汽用量1.7噸/小時。

疏水系統：疏水系統的作用就是連續及時將蒸汽系統中的凝結水排到系統之外，同時防止蒸汽的泄露。他是蒸汽與凝結水的分界點，是蒸汽系統中的至關重要環節，它的好壞直接影響加熱過程中蒸汽的耗量或加熱設備的熱效率。同時，直接關系到后續“凝結水回收系統”的工作，甚至決定著整個蒸汽與凝結水系統的正常運轉。

凝結水回收系統：蒸汽凝結水是蒸汽釋放潛熱后的產物，蒸汽潛熱利用完后，就變成了含有蒸汽顯熱的高溫凝結水，大多數用汽設備是利用蒸汽的潛熱，排出的飽和蒸汽的凝結水。因此，蒸汽凝結水體現在水質和熱值兩個方面，凝結水的回收利用也包括水的回收利用和熱的回收利用兩個方面，對蒸汽定型機排出的高溫凝結水首先經由閃蒸罐，使部分轉化為低壓蒸汽進入低壓系統，余下的凝結水可以回收到鍋爐車間再利用。閃蒸汽估算表如下：

4.案例分析

本案例調研的對象為某乳膠制品有限公司，某電廠擬建設管網對其進行集中供熱，替代導熱油爐。系統分析如下：

4.1蒸汽管道：

本系統采用高淳協鑫燃機的過熱蒸汽，蒸汽指標具體為：供汽壓力為2.5MPa，溫度為300℃，引入后整理車間分汽缸，作為區域內的定型機等設備的汽源。為保證蒸汽在輸送過程中的壓降，建議5臺定型機設備共用一根φ133×5無縫鋼管，蒸汽用量約6.5t/h。

4.2定型機設備系統：

蒸汽引至定型機旁后改用φ76×5的支管對每臺定型機供汽，通過DN60 PN64的截止閥進行控制，再通過分配管由φ32×3的導管分配到定型機中的每臺換熱器，蒸汽通過換熱器放出熱量，加熱烘箱中的空氣，使之加熱到120～205℃的范圍，其溫度由調節閥來控制。每臺定型機按最高溫度設計，在使用時根據生產工藝可靈活使用。

4.3尾部蒸汽回收系統：

定型機換熱后的冷凝水是160℃左右，壓力約有1.3MPa，用減壓閥降至0.4～0.5MPa，由φ89×5的管道送到閃蒸罐（5臺定型機共用一套系統）中閃蒸出蒸汽由φ60×5母管匯入低壓母管送至廠用低壓系統（就近使用），閃蒸后的凝結水由管道送到前處理工藝，使能源得到了循環利用。

5.項目節能及經濟效益分析

以一臺600萬大卡導熱油爐計算節能及經濟效益分析如下：

5.1污染物初始排放濃度：

SO2：1500mg/m3

NOx：500mg/ m3

粉塵：2375mg/ m3

停用1臺600萬大卡導熱油爐后減少污染物為（按運行300天/年計算）：

SO2：151.2噸/年

Nox：20.2噸/年

粉塵：1512噸/年

節省污染物處理費用為：

SO2：54.4萬元/年，（按堿價格3000元/噸計算）

NOx為：36.6萬元/年，（按尿素2500元/噸計算）

粉塵為：9.36萬元/年（按布袋除塵所需要的電費計算，約損失20KW/h）。

5.2由于現有設施不可能達到零排放，所以公司為響應地方環保要求決定停用導熱油爐，改用電廠鍋爐供汽，停用1臺導熱油爐后將節省導熱油爐用煤量為（按額定負荷計算）：25噸/天，合計為每年：7500噸（5000大卡/Kg煤）。

5.3電廠鍋爐熱效率為90%以上，導熱油爐熱效率為60%以下，所以采用中壓蒸汽后實際節省煤量為：2250噸/年。

6.投資比較

從上表可以看出：采用導熱油爐投資費用為88.8萬元，采用蒸汽加熱投資費用為31萬元，節省為：57.8萬元。

7.運行費用比較（年運行300天計算）

從上表可以看出：采用導熱油爐每年運行費用為840.36萬元，采用蒸汽加熱每年運行費用為795.6萬元，節省為：44.76萬元。同時由于蒸汽加熱快，每天將可以提高20%以上的產能。

8.結論

綜上所述，大機組集中供熱替代導熱油鍋爐技術無論從安全性、工藝成熟性、性價比的要求，還是從環保，節能減排的要求都是比較符合的，真正從源頭實現節能減排?？芍^一舉四得，既削減了區域污染物排放企業降低運營成本，又提升企業生產效率和安全性，極具行業和區域性示范推廣作用。因此，大機組集中供熱替代導熱油技術安全、環保、節能、經濟、成熟、可行。

參考文獻：

[1]席云波 李巨翠. 中壓蒸汽替代導熱油定型技術應用推廣.第三屆熱電聯產節能降耗新技術探討會論文集.2014.4

[2]吳劍恒，洪方明，俞金樹，謝如謙. 中壓蒸汽替代導熱油爐在熱定型機上的應用.長三角能源論壇.2015.5

作者簡介：王秋月，女，2010年入職公司，畢業于南京師范大學動力工程學院，從事熱工外管專業設計，主要工作業績有：華能玉環電廠1至4號機組供熱改造及至濱港工業園區供熱管網工程（廠外工程）、華能巢湖電廠1、2號機組供熱改造及廠外蒸汽管網建設工程、常州市東部片區供熱管網建設工程等。

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