济南卷烟厂有三台额定蒸发量为 16 t/h 的燃油燃气锅炉，动力车间技术人员针对锅炉蒸汽系统能耗现状进行节能改造。重点介绍锅炉加药流程优化、排污余热回收利用、冷凝式烟气余热回收、凝结水的综合回收利用这四项节能改造措施，分别从优化控制和余热利用的角度，阐述蒸汽系统的节能优化措施。
1 课题背景
济南卷烟厂有三台额定蒸发量为 16 t/h 的燃油燃气锅炉，配置 2 台热力除氧器、6 台钠离子交换器以及一套闭式凝结水回收系统，负责企业生产、生活蒸汽供应。蒸汽系统能源消耗占到我厂综合能耗的 59%，蒸汽生产效率，直接影响企业能源消耗水平。
对于锅炉设备本身，由于其设备安全性要求，锅炉设备厂家不会提供锅炉内部控制程度，一般也不建议工业锅炉用户直接对其进行改造和优化。对于蒸汽系统的节能改造，更多的应该以减少热损失和提高余热回收为主，优化改造对象可以包括除氧系统、凝结水回收系统等。
2 实施过程
济南卷烟厂针对蒸汽系统，从设备搭配、岗位操作、设备自控、状态检测、能源分配等多个方面开展节能优化，以减少能源浪费，提高系统转化效率。本论文重点介绍锅炉加药流程优化、排污余热回收利用、冷凝式烟气余热回收以及凝结水的综合回收利用。
2.1 磷酸三钠加药流程优化
在锅炉给水中需要加入弱碱性磷酸根溶液，用于保持锅炉内部呈弱碱性，并且磷酸根可以和给水中容易结成锅垢的残余可溶性钙盐、镁盐等起作用，生成不溶性的磷酸钙 Ca3(PO4)2、磷酸镁 Mg3(PO4)2 等沉淀物悬浮于水中，确保锅炉不结锅垢。济南卷烟厂在锅炉给水中加入药剂为磷酸三钠 Na3PO4。同大部分小型锅炉一样，采用定量加药的方式，不随蒸发量调整，这种控制方式锅水磷酸根离子浓度波动较大，会造成锅炉碱度上升、排污量大，热损失严重等问题。
针对此问题，自行研发磷酸三钠动态加药控制系统。为了动态调整加药量，在加药浓度、时间、速度上，选择了更容易控制的加药时间。以小时为单位，根据锅炉单位时间内的用水量，计算出下一单位时间的加药量，转化为加药时间，控制加药泵启停状态。通过改造，有效降低锅炉中磷酸根离子浓度波动，减少排炉次数和能源浪费。此种小型锅炉动态加药控制方式，在国内属于首例
2.2 锅炉排污余热回收利用
锅炉运行中，需持续排放高盐分锅水，以维持水质稳定。利用扩容器可以回收这部分排污热量，依靠排污水的闪蒸产生的二次蒸汽，为除氧系统供热。在扩容器内部，需要形成一定的低压环境，压力过大会导致二次蒸汽量产生过少，压力过小会导致二次蒸汽无法补入除氧器被回收利用。因此需要对扩容器进行容量控制。
扩容器的容量控制依靠液位传感器和底部阀门执行器来完成。在液位传感器的选择上，由于压差液位计的导压管冷凝水会影响到液位测量准确性，因而选择了抗干扰比较强的磁翻板液位计。扩容器底部阀门执行器选择调节阀，根据液位进行PID 控制，维持扩容器内液位稳定，压力稳定，二次蒸汽持续产生，减少除氧罐蒸汽和二次蒸汽损耗。
2.3 冷凝式烟气余热回收器的利用
燃气锅炉主要成分为 CH4，燃烧后产生 CO2 和 H2O，因此，燃气锅炉烟气中含有大量的气态 H2O，水蒸气中有大量的汽化潜热，约占天然气发热量的 10%。对于这部分热量，可利用冷凝式烟气余热回收器进行回收，提高锅炉热效率。
由于冷凝式烟气余热回收器利用的是水蒸气的汽化潜热，因此必须将排烟温度降低到水蒸气露点温度以下才能加以回收。如图 1 所示，配备冷凝式节能器可以大幅提高锅炉热效率，并且冷凝式节能器进水温度越低，热效率越高。
在一般的冷凝式节能器安装要求上，都会注明将除氧给水通入到冷凝式节能器。如果除氧给水为单一软化水，那么这样要求是合适的。但是在实际工程应用中，大部分软化水会和凝结水混合后，补充至除氧器，此时除氧给水温度为 60-80℃，冷凝式节能器热效率很低。因此，在有凝结水回收的系统中，就需要将 20℃左右的软水首*入冷凝式除氧器，再与凝结水混合。济南卷烟厂在安装了冷凝式节能器并调整了管道布局，优化了加热顺序后，仅通过冷凝式节能器就可以直接将软水加热到 60℃。
2.4 蒸汽凝结水的回收与利用
济南卷烟厂采用一套闭式凝结水回收系统，用于收集蒸汽使用过程中产生的凝结水，为除氧系统供给热能，使用过程中需要利用凝结水循环泵为凝结水提供动力。为避免凝结水闪蒸蒸汽造成凝结水泵气蚀故障，需要利用气水分离器和外排阀排除闪蒸蒸汽，为凝结水进行降温，造成较大的热量损失。
对闭式凝结水回收系统进行改造，前移软水与凝结水混合点，将传导式热交换改为混合式热交换，在回收器内完成降温过程，改造结果如图 2 所示。确保凝结水回收器内温度不高于95℃，避免了凝结水闪蒸作业，消除水泵气蚀隐患。同时该项改造还降低了闪蒸汽外排量，减少系统热损失，确保凝结水高效回收。
3 改造效果
济南卷烟厂通过对蒸汽系统进行整体改造和优化，对各项节能措施进行探索实践，有效降低了蒸汽系统能源消耗，系统耗天然气降幅 3.1%，耗电降幅 10.1%，耗水降幅 1%，系统蒸汽自耗降低 11.5%，综合单耗降低 3.96%，节约了大量燃动力费。
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