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高壓蒸汽鍋爐在油脂精煉工藝中的應用

發布日期:2019-05-24 作者: 點擊:

高壓蒸汽鍋爐在油脂精煉工藝中的應用


忻耀年

(北京金奧爾工程技術有限公司,北京 102600)


摘要:對高壓蒸汽鍋爐在油脂精煉工藝中的應用進行了介紹。介紹了高壓蒸汽鍋爐的選用原則、使用中的安全措施及注意事項,并分析了其熱回收系統的節能減排效果。高壓蒸汽鍋爐具有安全、高效的優點,其熱回收系統應用于大型高壓蒸汽鍋爐具備明顯節能優勢。

關鍵詞:高壓蒸汽鍋爐;油脂精煉;安全;LUVO熱回收系統

中圖分類號:TQ644.4;TK22   文獻標志碼:B   文章編號:1003-7969(2010)10-0069-03 

    在食用油脂精煉脫臭工藝中,需要將油溫在真空條件下加熱至240~265 ℃,以除去食用油脂中的揮發性成分。加熱油脂的媒介設備主要有導熱油爐和高壓蒸汽鍋爐。前者采用加熱后的導熱油通過換熱來加熱油脂,而后者是采用高壓蒸汽(約6 MPa,275 ℃)。

    導熱油爐的優點是工作運行壓力低、設備結構簡單、價格便宜。但由于所使用的導熱油是化學制品,大多含有聯苯類成分,這類成分一旦混入食用油中將會對人體造成嚴重危害甚至具有致癌作用。而且隨著系統運行時間的延長,產生泄漏的危險性將增加。一旦系統中的換熱器出現任何小的泄漏,會對公共食品安全造成危害。此類事件在全球范圍內已發生多次,在歐盟、美國等國家和許多地區已禁止在食用油脂脫臭時使用導熱油爐。在中國對于使用導熱油爐系統進行脫臭精煉的廠家,嚴格意義上來說將不再能夠取得食品質量QS認證。

    壓蒸汽鍋爐是專為食用油脂精煉而設計制造的,其具有自動化程度高、無需人員值守、所使用的加熱媒介是處理過的軟水,即便泄漏對人體也無害,安全可靠。缺點是設備相對于導熱油爐價格較高,要求的換熱器一般是耐壓的列管式換熱器。但從食品安全角度來看,其無疑是一種安全可靠的導熱油爐替代加熱系統。

1 高壓蒸汽鍋爐的應用和選擇

    應用于食用油脂脫臭工藝的自然循環式高壓蒸汽鍋爐,具有全自動、低耗電、安裝簡便、安全可靠等特點,目前在世界范圍內的油脂加工廠中已得到廣泛應用。特別是其安全的加熱媒介,在日益注重健康和食品安全的今天更值得廣泛推介。

    高壓蒸汽鍋爐是以自然循環的方式實現熱媒介系統內循環的。加熱產生的高壓蒸汽從鍋爐蒸汽出口進入換熱器,經換熱放出汽化熱后變成水,水借助重力沿冷凝液管道回到鍋爐形成自然循環。由于換熱過程是一個給出額定壓力下汽化熱的過程,無溫差傳熱。因此,高壓蒸汽鍋爐具有非常大的熱交換系數和良好的傳熱效率。

    高壓蒸汽鍋爐是一體化的設備,所有內部控制連線和裝置在發貨時已安裝好。安裝時將其放置在平地或平面基礎上,將蒸汽的進出口管與換熱設備的相應管口連接即告完成。但考慮到設備的密封要求,一般管道以焊接方式相連。

    對于使用者而言,如何選擇高壓蒸汽鍋爐存在一定難點。設備選擇不當有可能造成使用過程中的一些問題。例如所選擇的鍋爐功率相對于工藝需要較小時,可能出現供熱量不足導致生產線產能下降,或鍋爐在生產過程中始終處于滿負荷狀態運行,導致實際使用壽命縮短。而選擇的鍋爐功率太大,會導致生產過程中由于鍋爐的保護經常自動停車和啟動,而再次啟動時鍋爐的實際壓力低于設定值,同時鍋爐啟動后需要一定的時間來調整與系統設定值之間的控制過程,因此會造成脫臭工段溫度波動大,從而影響生產。一般而言,選擇鍋爐時,其額定功率應為工藝所需熱功率的12~17倍為佳。這樣在生產過程中鍋爐將始終處于運行狀態,且維持在中等偏上的負荷狀態。

    對于工藝所需的熱功率可由下式計算得出:

    Q=2.78×W×ΔT/3 600

式中:Q——工藝所需要的熱功率,kW;

2.78——比熱系數,kJ/(kg·℃);

W——精煉油的處理量,kg/h;

ΔT——脫臭油加熱前后溫差,℃。

    對于一個400 t/d的精煉設備而言,按照ΔT=50 ℃計算,所需要的熱功率是643.5 kW。若取鍋爐額定功率為所需熱功率的14倍,則為900 kW,可按此進行鍋爐的選用。

2 高壓蒸汽鍋爐系統的安全保護和使用注意事項

    鑒于高壓蒸汽鍋爐加熱是在一個較高的壓力環境下運行的,因此其控制系統中設置了一系列安全保護裝置。如對于過壓,首先有設定值范圍的程序控制,超出設定值一定限度后,鍋爐會自動停車;待低于設定值一定限度后又會自動啟動運行;其次有壓力傳感器最高限制控制,一旦設定值程序失控,壓力達到鍋爐的設計額定高限時,也會自動停止鍋爐的運行;最后在蒸汽管道上設置了安全閥,如果前兩層電子保護系統未起作用,將啟動機械壓力保護。因此,雖然高壓蒸汽鍋爐是在55~65 MPa壓力下工作的,但其安全性毋容置疑。從目前的使用看,還沒有一起因正常使用而導致的安全事故發生。

    對高壓系統而言,必須保證爐體內的燃燒室管束在操作過程中是浸沒在水中的,以防止過熱造成危害。同時由于加熱過程中水體積的膨脹,在80 MPa時水體積將增加37%,在90 MPa時增加42%,因此安裝時鍋爐至換熱器最低端的最小連接管道間的體積至少應為鍋爐本體體積的50%,以防止加熱至工作壓力時液體進入換熱器。小于該體積將可能導致鍋爐水進入換熱器形成“浸沒”導致換熱效率急劇下降。

    在實際使用過程中,通常鍋爐的加水量為鍋爐體積的120%,所增加的20%水起到保險作用。因此,在鍋爐與換熱器的連接管道布置設計時,需要充分考慮到管道長度和水體積膨脹因素,以滿足鍋爐的正常使用。一般需要專業人員對設計進行審核。

    鍋爐燃燒器必須在使用時由受過專業訓練的人員進行調整,使鍋爐處于小火、中火和大火(滿負荷)時的燃燒狀態最佳,這一工作必須借助專業的儀器設備來進行。通過對燃氣中的O2、CO、CO2、煙色和排煙溫度的測量調整,使燃燒器處于最佳工作狀態。

    燃燒器的正確調整非常重要,不僅能保證最佳的燃油熱效率,同時還可避免由于調節不當,在爐體內部形成燃燒殘渣,最終影響鍋爐的正常使用等問題。在正常狀態時,油料燃燒后不會在爐體內部留下積炭和殘渣,鍋爐的煙囪也不應該有任何肉眼可觀察到的有色煙氣。燃燒后的煙道氣經熱交換后以320~340 ℃的溫度排出鍋爐。一旦發現煙囪冒煙或煙道氣溫度過高,表明出現了燃燒器調節、燃料質量或鍋爐內部列管上積炭嚴重等問題,需要查明原因解決問題后再繼續運行,否則會導致燃油消耗上升、煙氣溫度上升和供熱功率下降等。

    高壓蒸汽鍋爐系統的水質量對于鍋爐正常運行也是非常重要的一個指標。由于鍋爐水是一次加入后在鍋爐中封閉運行的,同時在運行壓力下,水蒸氣在鍋爐系統中的運行速度很大,一旦灌入了不符合純度要求的水,將會由于雜質的存在、pH的偏差對管道系統造成嚴重的損害,快速導致鍋爐管系統泄漏,從而使鍋爐使用壽命降低。

3 LUVO熱回收系統

    目前隨著全世界普遍對節能減排要求的提升,高壓蒸汽鍋爐系統也研制了新的煙道廢氣熱量再利用LUVO系統。其基本原理是將鍋爐正常排放的320~340 ℃的煙道廢氣利用氣/氣換熱進行熱量回收,將新鮮空氣從室溫約25 ℃加熱至200 ℃,從而減少燃燒器為加熱新鮮空氣所消耗的燃料量,也就起到了節省燃料和降低排放的目的。LUVO系統的流程圖如圖1所示。

    

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圖1 LUVO系統流程

    使用LUVO系統,可提高鍋爐效率5%~7%。

    這里以熱輸出1 453 kW的高壓蒸汽鍋爐為例,在沒有使用LUVO系統時,鍋爐的熱效率為86%。而使用LUVO后鍋爐的熱效率可提高至93%,增加7個百分點,其能耗情況計算如下:

    不使用LUVO系統時鍋爐實際消耗功率=(熱輸出功率/0.86)=1 690 (kW);柴油消耗量=1 690/1186=1425 (kg/h)(其中1186為燃油熱值,單位為kW·h/kg)。

    使用LUVO系統時鍋爐實際消耗功率=熱輸出功率/0.93=1 563 kW;柴油消耗量=1 563/1186=1318 (kg/h)。

    兩者實際消耗功率相差127 kW,使用LUVO系統可節省柴油10.7 kg/h。按照每天24 h運行,每年運行300 d計算,可節省的柴油10.7×24×300=77 040 (kg),每年約節省費用50萬元(1.5年可收回節能設備投資),并可減少CO2排放245 t。可以看出節能效果和經濟效益都非常大。

    目前基于性價比,該LUVO系統的改造僅限于鍋爐功率大于950 kW的高壓蒸汽鍋爐,主要包括更換特殊的燃燒器,改良鍋爐的頂蓋以與燃燒器相配合,增加LUVO換熱器、助燃氣體輸入風機、燃燒器冷卻風機和相應的控制配電柜。

4 結束語

    高壓蒸汽鍋爐在油脂工業中的應用具有明顯的安全、高效等優點。正確使用和合理選擇,對于高壓蒸汽鍋爐實際的安全、正常運行非常重要。

    LUVO節能系統可顯著降低鍋爐的燃料消耗,減少CO2排放,符合目前節能減排的能源使用趨勢,對于較大型的鍋爐而言是一種值得推薦和應用的節能系統。


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