第一章項目概述；山東單縣尚舜化工有限公司（下稱尚舜化工）位于魯西；公司現有新廠區和老廠區兩個生產基地，每個廠區有獨；老廠配置1臺20噸/小時燃煤鏈條爐，2臺10噸/；兩個廠區全年運行時間約300天；本次節能改造的范圍：新廠區和老廠區蒸汽系統在輸送；通過我公司專業技術人員現場調研和技術分析，發現該；本次蒸汽節能改造項目的投資情況為：新廠區約292；項目投資回收
??????? 第一章 項目概述
??????? 山東單縣尚舜化工有限公司（下稱尚舜化工）位于魯西南牡丹之鄉――山東省菏澤市，是一家專業生產橡膠助劑的化工公司，規模較大、品種較全。
??????? 公司現有新廠區和老廠區兩個生產基地，每個廠區有獨立的蒸汽供應系統。 新廠配置2臺20噸/小時燃煤鏈條爐，其中有一臺是新建的鍋爐，正處于調試階段。目前產蒸汽量約18噸/小時，蒸汽壓力為0.6Mpa～0.95Mpa。
??????? 老廠配置1臺20噸/小時燃煤鏈條爐，2臺10噸/小時的燃煤鏈條爐。20噸/小時鍋爐常年運行，2臺10噸/小時鍋爐備用。目前產汽量和蒸汽壓力與新廠相同。
??????? 兩個廠區全年運行時間約300天。冬季蒸汽主要用于生產車間工藝供熱及辦公室采暖，夏季主要用于生產車間工藝供熱。原煤價格約600元/噸，煤熱值約5500大卡/kg，軟化水成本約5元/噸，蒸汽成本約150元/噸。
??????? 本次節能改造的范圍：新廠區和老廠區蒸汽系統在輸送、利用、凝結水回收、凝結水凈化等四個方面的優化改造。
??????? 通過我公司專業技術人員現場調研和技術分析，發現該公司蒸汽系統節能潛力很大。以新、老廠區總產汽量為34噸/小時計算，通過我公司提供的系統優化和改造，可直接節約蒸汽5.1t/小時（總量的15%），直接節能效益約550萬元；增加凝結水回收26噸/小時，間接節能效益約232萬元。年總節能效益約780萬元，節能效果十分明顯。
??????? 本次蒸汽節能改造項目的投資情況為：新廠區約292萬元，其中設備投資約214萬元，配套材料費及安裝費約78萬元；老廠區約205萬元，其中設備投資約164萬元，配套材料費及安裝費約41萬元。
??????? 項目投資回收期約8個月，是一個非常優質的項目，完全值得投資。
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??????? 第二章 蒸汽及凝結水系統節能概述
??????? 水蒸汽是企業最常見的二次能源，常用于實現生產所需要的換熱、伴熱、機械驅動力、工藝混合、干燥、采暖、吹掃等功能，是保障企業正常生產運行的重要基礎。實際上，蒸汽是很多工業企業能量流的最大交換平臺，因此，通過實施節能改造，保障蒸汽及凝結水系統穩定高效運行，對提升企業市場競爭力具有十分重要的意義。
??????? 北京弘泰斯奔思公司主要從事熱能利用領域的優化設計和節能改造，尤其擅長蒸汽動力系統優化改造、換熱網絡優化改造、凝結水回收系統優化改造、高溫凝結水精處理等業務。公司系統優化應用技術、模擬分析軟件技術、硬件設備等均來自美國spence公司、美國尼科森公司、美國萊斯理控制器公司、德國君威（RTK）公司、美國西克公司、美國SSI等。各公司歷史悠久，產品過硬，優勢互補，現已云集美國CIRCOR集團旗下，可為客戶提供蒸汽系統全方位節能解決方案。弘泰-斯奔思公司是美國spence公司在中國地區的唯一合作伙伴，也是亞洲地區的總代理商。
??????? 弘泰-斯奔思將蒸汽系統作為一個綜合能量交換平臺來看待，在蒸汽的輸配、利用、回收及凈化等環節都有應用開發，各類產品相互支撐，互為前提，互為倚重，已形成一個完備的、多元化和多層次的產品供給體系，且有深度成熟的節能技術和經驗作后盾，能在工藝裝置用能優化、裝置熱聯合、低溫余熱利用、貯運系統優化、凝結水回水、凝結水凈化等方面，為客戶提供全方位技術服務。
??????? 一、蒸汽的產生階段
??????? 鍋爐補水除氧等的自耗汽最高可達17%。一般說來，鍋爐補水溫度每增加6℃，鍋爐燃料消耗減少約1%。因此，蒸汽產生階段的節能要點為：利用鍋爐自身的長期穩定的熱阱（吸熱）資源，最大程度地吸收整個企業的低溫余熱（凝結水、排污水等），減少鍋爐自耗汽，提高鍋爐產汽效率。
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??????? 二、蒸汽的傳輸階段
??????? 節能要點在于：減少泄漏、減少散熱損失、減少壓降、保障品質。保持蒸汽品質不降低，其實質就是減少了用戶對蒸汽的需求量。
??????? 蒸汽傳輸過程的泄漏損失十分驚人。下表為蒸汽泄漏損失測試報告：
??????? 表1 0.7Mpa下蒸汽泄漏損失測試報告（蒸汽單價：150元/噸）
??????? 三、蒸汽的使用階段
??????? 節能要點在于：仔細研究每個換熱設備設計耗能和實際耗能之間的差距，找出過多耗能的原因；根據工藝要求，減壓使用蒸汽，以便提高蒸汽干度和蒸汽潛熱；及時排除混入換熱設備中的空氣，提高換熱效率和換熱設備壽命；疏水器合理選型、凝結水回收管網優化設計，及時排除凝結水，避免換熱器積水，提高換熱效率和換熱設備壽命。
??????? 四、凝結水的回收階段
??????? 節能要點在于：采用凝結水管網整體優化設計以及“分散前沿加壓回收技術”，主動加壓輸送凝結水，既保障疏水器上游換熱器的正常工作，又保障凝結水管網的高效運行。
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??????? 五、凝結水的凈化處理再利用
??????? 凝結水中含有“余熱、水和軟化費”三項價值，單凝結水中余熱就約占蒸汽總帶熱量的25%，可資利用的價值非常高。很多情況下，凝結水因受到污染而直接排放，或降質使用，浪費十分驚人。北京弘泰斯奔思采用“特種樹脂”，通過類萃取和過濾法，使凝結水在高溫（120℃以下）下直接進行除油除鐵凈化處理，達到中壓鍋爐（3.5MPa）進水標準：含油量小于1.0ppm，含鐵量小于50ppb。
??????? 第三章 尚舜化工蒸汽系統存在的問題
??????? 一、蒸汽輸送系統存在的問題
??????? 1．蒸汽主管線和沿線龍門架沒有采取疏水措施
??????? 任何蒸汽管道都會有部分蒸汽由于輻射和散射損失而凝結成水，如不及時排出，將帶來諸多問題。尚舜化工蒸汽主管線、沿線龍門架、管網低點均未采取任何疏水措施，造成蒸汽帶水嚴重，品質降低，影響換熱設備的換熱效率；存在巨大的“水擊”隱患，沿線閥門、儀表、彎頭均受威脅；凝結水在龍門架前段彎頭處匯集后形成“喉部限流”，局部壓力損失大，管路末端壓力低。
??????? 2．蒸汽主管線未安裝高位排空氣措施
??????? 尚舜化工整個蒸汽管網未安裝排空氣閥，但管網混入空氣的客觀因素卻普遍存在：
??????? 1） 從鍋爐夾帶的不凝性氣體；
??????? 2） 管道連接處焊縫缺陷導致空氣混入；
??????? 3） 間歇式工作換熱器在“停汽階段”，換熱器內氣體冷卻收縮，形成真空，
??????? 空氣通過疏水閥混入（見圖1），并擴散到蒸汽管網。
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??????? 圖1 非工作期間，空氣混入換熱器和管網
??????? 混入的空氣和其他不凝性氣體給整個蒸汽熱力系統帶來如下危害：
??????? 1）腐蝕管網、各類閥門、儀表等
??????? 圖2 因混入空氣而嚴重腐蝕的管道
??????? 2）降低蒸汽品質
??????? 空氣不攜帶有用的熱。空氣混入蒸汽，混合氣體的熱容量減少，溫度變得更低。這遵循道爾頓（Dalton）分壓定律，即在混合氣體或汽體中，總壓為組成混合氣體
??????? 3）；圖3混合氣體分壓定律；例如，2.8bar的干飽和蒸汽溫度為142℃，但；3）降低傳熱效率；空氣膜是絕好的隔熱膜（見圖4）；北京弘泰斯奔思技術服務有限責任公司；第11頁共55頁；圖4氣膜和水膜的絕熱特性；二、蒸汽換熱系統存在的問題；1．蒸汽系統壓力存在的問題；鍋爐產汽壓力主要根據全廠最高用汽壓力、蒸汽在輸送；1）未利
??????? 的各個氣體或汽體所施加的分壓之和（見圖3）。任何蒸汽空氣混合物比例都使蒸汽的溫度和壓力更低，單靠控制壓力就不能保證加熱設備達到應有的溫度。
??????? 圖3 混合氣體分壓定律
??????? 例如，2.8bar的干飽和蒸汽溫度為142℃，但是如果是90%蒸汽與10%空氣混合的話，溫度只有139℃；空氣比例為25%時，溫度降低到135℃。但是在所有這些情況中，壓力表的讀數都保持在2.8bar。
??????? 3）降低傳熱效率
??????? 空氣膜是絕好的隔熱膜（見圖4）。事實證明，換熱器中0.5%的空氣的存在會降低50%的換熱效率。因此，排出空氣是必需的，且空氣排出越快，空氣與蒸汽混合的可能性就越小。
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??????? 圖4 氣膜和水膜的絕熱特性
??????? 二、蒸汽換熱系統存在的問題
??????? 1．蒸汽系統壓力存在的問題
??????? 鍋爐產汽壓力主要根據全廠最高用汽壓力、蒸汽在輸送過程中需克服的壓力損失等因素確定。尚舜化工所有用汽點未見安裝減壓站，即不管工藝要求如何，基本上使用一個壓力等級，高壓低用現象嚴重，由此造成的后果有：
??????? 1）未利用減壓過程提高蒸汽干度，蒸汽消耗量增加
??????? ? 95%干度的7巴蒸汽減壓到2巴，蒸汽干度提高至97.28%
??????? ? 95%干度的7巴蒸汽減壓到0.5巴，蒸汽干度提高至98.73%
??????? 2）未利用減壓過程提高蒸汽潛熱比率，蒸汽消耗量增加
??????? ? 7巴蒸汽減壓到2巴使用，潛熱提高4.17%
??????? ? 7巴蒸汽減壓到1巴使用，潛熱提高5.54%
??????? ? 7巴蒸汽減壓到0.5巴使用，潛熱提高6.42%
??????? 3）降低了換熱設備的使用壽命
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??????? 2．換熱系統疏水問題
??????? 疏水設備是蒸汽系統的末端產品，也是保證工藝高效換熱的關鍵。尚舜化工基本未見正常工作的疏水閥，疏水設備失效、通過旁通排放凝結水、疏水閥蒸汽泄漏等情況十分嚴重，造成換熱設備中蒸汽流速加快、換熱效率降低、設備磨損加快，既無謂地消耗了蒸汽，又增加了凝結水并網的難度。
??????? 3．換熱系統中疏水設備的安裝問題
??????? 多臺（組）換熱設備合并使用一只疏水設備，造成不均衡換熱疏水，換熱設備積水嚴重，換熱效率低下；疏水閥一旦失效，組內的所有換熱設備均受影響；多臺疏水設備并聯安裝，只要其中一臺失效，其它疏水閥都無法正常工作。
??????? 4．換熱系統中的排空氣問題
??????? 間歇式工作的用熱單元在停止用汽后，換熱設備內凝結水無法及時排出，冷卻收縮后產生真空，空氣通過疏水閥回灌，系統中有空氣存在。再次啟動時，附著在換熱器表面的空氣膜形成極大熱阻，導致加熱速度減慢，影響換熱效率和產品質量。
??????? 5．換熱系統中的安全運行問題
??????? 多臺（組）換熱設備沒有安裝真空破壞器等安全運行保障設備。
??????? 三、凝結水回收系統存在的問題
??????? 1．凝結水管網不健全，新廠區只有一小部分凝結水回收管網，老廠區沒有，造成泄漏的蒸汽和凝結水閃蒸汽到處逸散；
??????? 2．新廠區現有的回收系統設計不合理，屬于“非同程回路”，近點凝結水壓力大于遠點凝結水壓力，管網憋壓嚴重，遠點凝結水根本無法自流回到鍋爐房；
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??????? 3．新廠區蒸汽管線長，凝結水完全依靠疏水器后的余壓和凝結水自壓來克服靜壓差和管道阻力損失，實際上根本行不通；
??????? 4．疏水器因質量問題產生嚴重的蒸汽泄漏，導致凝結水管內充滿蒸汽，壓力升高，阻礙了凝結水的流動。
??????? 四、凝結水再次利用存在的問題
??????? 凝結水中含有“余熱、水和軟化費”三項價值，所以應該回到鍋爐循環使用。但是企業不重視凝結水回收再利用，其中很重要的原因是：所回收的高溫凝結水中含有活性很大的油類污染物以及各種有害離子（如鐵離子、或Na+、Ca2+、Mg2+）等，很難去除，從而導致凝結水降級使用或直接排放。
??????? 尚舜新廠區有小部分凝結水回收到鍋爐房軟化水池中，因軟化水池很大，軟化水很多，且敞開放置，少量的高溫凝結水混入池中，難以起到加溫作用。
??????? 舊廠區的凝結水基本沒有回收，更談不上再利用。
??????? 第四章 蒸汽系統優化技術思路
??????? 本次尚舜蒸汽及凝結水系統整體節能技改，主要針對第三章所述問題提出如下優化思路：
??????? ? 蒸汽輸送系統-上不排空
??????? ? 蒸汽換熱系統-阻汽排水
??????? ? 凝結水回收系統-下不滴水
??????? ? 凝結水凈化處理系統-高溫凝結水直接進入鍋爐
??????? 上述技術思路是從尚舜蒸汽及凝結水系統實際出發，經全局考慮而提出的，通過如下四個方面得到落實：蒸汽管網的高效運行；用汽設備的高效能量轉換；排水阻汽裝置（如疏水器等）的全面應用；凝結水高效回收及循環利用。節能效果體現在蒸汽需求量的下降和凝結水回收量的增加，最終體現在鍋爐負荷下降和煤耗降低。
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??????? 第五章 蒸汽系統優化技術方案
??????? 一、蒸汽主管線優化改造方案
??????? 1．蒸汽主管線強制疏水方案
??????? 具體方案：在蒸汽主管線排凝點、龍門架上升段前端、所有的低點設置大口徑集水管，及時將蒸汽管線內形成的凝結水全部“陷落”到集水管內，并由疏水器及時排出。
??????? 目的：及時排除蒸汽輸送過程中產生的凝結水，提高蒸汽品質，降低蒸汽輸送過程壓降損失，確保蒸汽系統安全、穩定運行。
??????? 2．蒸汽主管線高位排空氣方案
??????? 具體方案：在蒸汽主管線龍門架高位點增設自動排空氣閥；系統啟動時，迅速排除管道中的空氣；正常工作時，及時排除蒸汽管網中積聚的空氣或其他不凝性氣體。
??????? 目的：提高蒸汽輸送能力，保障蒸汽品質，提高后續蒸汽用戶換熱效率。
??????? 二、蒸汽換熱系統優化改造方案
??????? 生產蒸汽的壓力由企業需要的最高壓力和輸送系統壓力損失來決定。通常的做法是：在較高的壓力下發生、傳輸和分配蒸汽，到蒸汽用戶處再減壓使用。
??????? 蒸汽的總熱由蒸汽潛熱和凝結水顯熱組成。蒸汽壓力越低，蒸汽潛熱占總熱的比例越高（見圖5），蒸汽利用率也越高，因為換熱過程主要利用的就是蒸汽的潛熱。因此，讓蒸汽盡可能多地釋放汽化潛熱是提高蒸汽利用效率的關鍵。
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??????? 圖5蒸汽總熱的構成；以0.6Mpa蒸汽為例，分析其蒸發及冷凝過程（圖；圖60.6Mpa壓力下1kg蒸汽的生成及冷凝過程；根據第三章的相關分析，尚舜化工蒸汽換熱系統優化改；1）在保證正常生產的前提下，合理調整換熱設備用汽；2）根據換熱設備換熱面積、換熱方式、背壓等因素選；北京弘泰斯奔思技術服務有限責任公司；第16頁共55頁3）多臺（組）換熱設備的每一個換；4）
??????? 圖5 蒸汽總熱的構成
??????? 以0.6Mpa蒸汽為例，分析其蒸發及冷凝過程（圖6），可以看出，釋放潛熱對提高蒸汽利用效率的重要意義。
??????? 圖6 0.6Mpa壓力下1kg蒸汽的生成及冷凝過程示意圖
??????? 根據第三章的相關分析，尚舜化工蒸汽換熱系統優化改造方案為：
??????? 1） 在保證正常生產的前提下，合理調整換熱設備用汽壓力，提高蒸汽利用率；
??????? 2） 根據換熱設備換熱面積、換熱方式、背壓等因素選擇合理的疏水設備；
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??????? 3） 多臺（組）換熱設備的每一個換熱盤管安裝獨立的疏水設備；
??????? 4） 在換熱設備的進汽前端加裝排空氣設備，及時排除混入的空氣；
??????? 5） 根據換熱設備屬性，合理調整換熱設備蒸汽進口和凝結水出口走向，避免
??????? 非同程回路；
??????? 6） 在盤管換熱設備的前端加裝真空破壞器。
??????? 目的：提高蒸汽干度和潛熱率；提高換熱效率；確保系統安全、穩定運行。
??????? 三、凝結水回收系統優化改造方案
??????? 技術方案：采用封閉式全自動蒸汽加壓回收裝置，按照“前沿、分散、加壓”原理，對凝結水管網進行優化改造。其特點為：自動泵的集水罐及時平衡各種蒸汽使用設備的凝結水余壓，緩解凝結水余壓自流困難，保障換熱器正常排水；自動泵由蒸汽主動加壓運行，凝結水管網內幾乎消除了閃蒸汽，接近于普通熱水管網，管網的輸送能力提高4～8倍；自動泵的流量可以在1噸/小時～90噸/小時之間選擇，不會造成任何局部的積水或凍裂。
??????? 目的：建立健全的凝結水回收管網，既保障凝結水不在加熱器或管道內存積，又能夠對各種余壓下的凝結水做到兼收并蓄。
??????? 四、凝結水凈化系統優化改造方案
??????? 尚舜化工蒸汽管線采用碳鋼，鐵離子不可避免地混入凝結水。鐵離子在凝結水中常以Fe3＋或Fe2＋的形態存在，這取決于水中的PH值和溶解氧濃度。當PH＝
??????? 8.8~9.2，且有足夠的溶解氧存在的條件下，可溶性的Fe2＋可迅速氧化成不溶性的Fe3＋，而Fe3＋又易水解成不溶性的Fe（OH）3。因此，凝結水中的鐵，既有Fe3＋、Fe2＋，又有膠體或懸浮物等形態。
??????? 技術方案：采用“覆蓋成膜工藝”和“粉末樹脂覆蓋過濾除鐵技術”，通過過濾、吸附和置換，去除凝結水中過量的金屬氧化物、膠體和鐵離子。
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??????? 目的：使凝結水在高溫（120℃以下）下直接進行除鐵凈化處理，達到低壓鍋爐進水標準：含鐵量小于50μg/L。
??????? 第六章 蒸汽系統優化技術措施
??????? 如果說蒸汽系統優化的技術思路是本項目總體目標的話，技術方案則指出了達到該目標的技術方向，而技術措施則是具體的實施細則。本次解決方案將技術措施與技術思路和技術方案分開敘述，主要基于以下3點：
??????? 1．再好的優化技術方案、完美無缺的優化思路，如果沒有切實可行的實施細則，也只能是紙上談兵、空中樓閣；
??????? 2．蒸汽系統優化既離不開相關技術，也與硬件設備息息相關，因此，如果沒有可靠的蒸汽節能硬件設備支撐，所有的好思路、好方案都將在實施過程中面目全非，不但達不到應有的效果，甚至影響安全生產；
??????? 3．應用面問題。即過小的局部改造很難在全局上顯現出來，甚至可能被其他因素掩蓋，或在其它地方被抵消。技術措施是技術思路和技術方案的全面細化。
??????? 一、蒸汽輸送系統的優化措施
??????? 1．蒸汽主管線和龍門架設置強制疏水系統
??????? 蒸汽輸送管線直線段每200m左右設置一個疏水點，龍門架進汽前端底部（見圖7）和所有低點全部設置疏水點。每個疏水點按圖8所示設計。圖8中的參數D、d和H按表2選擇。
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??????? 圖7 龍門架疏水位置的選擇
??????? 圖8 蒸汽主管疏水點安裝示意圖
??????? 北京弘泰斯奔思技術服務有限責任公司
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??????? 表2 蒸汽管線疏水參數選擇表
??????? 2．蒸汽主管線設置強制排空氣系統
??????? 在蒸汽主管線龍門架高位點增設自動排空氣閥，如下圖所示：
??????? 圖9 排空氣閥安裝實例
??????? 北京弘泰斯奔思技術服務有限責任公司
??????? 第 20 頁 共 55 頁
??????? 減壓設備；蒸汽在進入換熱設備之前，依據被加熱介質的工藝（溫；2．換熱器疏水器的正確選型；蒸汽疏水器有機械式、熱靜力式、熱動力式等三種；圖10不同疏水器的適用場合北京弘泰斯奔思技術服務；第21頁共55頁疏水器的選型特別講究排量安全系數；圖11不同類型換熱器的排量安全系數；3．換熱器疏水設備的正確安裝；疏水設備的正確選型還不
??????? 二、蒸汽換熱設備優化措施
??????? 1．增加蒸汽減壓設備
??????? 蒸汽在進入換熱設備之前，依據被加熱介質的工藝（溫度）要求，增加蒸汽減壓站。
??????? 2．換熱器疏水器的正確選型
??????? 蒸汽疏水器有機械式、熱靜力式、熱動力式等三種。其中機械式又可以分為倒吊桶式和浮球式，而浮球式還可以分為：自由浮球和杠桿浮球。每種疏水器的存在都有它的理由，沒有絕對的好壞之分。關鍵在于：疏水器屬于管網產品，它能否正常工作，一半以上的原因來自管網，而不是產品本身。當然，質量很差的劣質產品不在此列。圖10是各種疏水器的一般適用場合。