如何理解和利用蒸汽系统热平衡

蒸汽系统热平衡是蒸汽用户和蒸汽节能公司经常提及的话题，它经常被一些公司或个人滥用，一些企业甚至因为对其误解而付出了代价。那么，到底如何正确理解和有效利用蒸汽系统热平衡呢？孚雷德今天从几个方面与大家分享。

何为蒸汽系统热平衡

蒸汽系统热平衡是能量守恒定律在蒸汽系统中的应用，即输入系统的总热能＝输出系统的总热能＋系统内积累的热能。通常，稳态运行时系统内积累的热能为零。因此，上面蒸汽系统热平衡公式可以简化为：输入系统的总热能＝输出系统的总热能＝有效利用的热能＋热能损失。如此看来，就像能量守恒一样，热平衡是蒸汽系统的常态，任何蒸汽系统在任何时候都会处于热平衡状态。理解这一点是做好蒸汽系统节能增效工作的基础。

蒸汽系统热平衡组成

完整的蒸汽系统从燃料输入到最终冷凝水排出和回收，包括蒸汽的产生、分配和输送、蒸汽使用和冷凝水回收利用四个环节。对应上面等式，输入系统的总热能包含：燃料燃烧热值、锅炉给水显热、系统补水带入热量、生产副产汽注入的热能等。输出系统总热能包含：锅炉排烟热损失、锅炉表面散热损失、排污热损失、管道与阀门以及设备散热损失、有效利用的热能、蒸汽泄漏热损失、冷凝水外排热损失、冷凝水闪蒸汽外冒热损失等。

热平衡涉及关键指标

1）锅炉效率：（蒸汽总吸热量/燃料输入总热量)×100%。蒸汽总吸热量＝蒸汽流量×(蒸汽焓值－给水焓值)；2）蒸汽系统总效率：(有效利用热能/燃料输入总热能)×100%；3）冷凝水回收率：(回收的冷凝水量/产生的冷凝水总量)×100%；4）产品单耗，即单位产品消耗的蒸汽或燃料量，如每立方木材烘干消耗的蒸汽量或燃料量、每吨纸生产消耗的蒸汽量或燃料量；5）产汽能耗，比如，生产每吨蒸汽所消耗多少公斤标煤或多少立方天然气。

热平衡分析实用意义

1）评估锅炉效率、蒸汽分配和输送效率、系统总效率等；2）寻找和识别能量损失点，比如排烟热损失、锅炉排污热能损失、散热损失、冷凝水热能损失、蒸汽泄漏等；3）分析和评估节能潜力，计算通过优化改造可以产生的节能效益、降碳效益以及运行成本降低带来的效益等；4）生产运行优化，包括调整运行参数，如锅炉空气过剩系数、排污率、锅炉输出蒸汽压力/温度、设备用汽压力和工艺加热温度等，以达到最佳效率；5）设备选型和改造依据，为新增设备或系统改造提供能耗数据/信息，有利于定制化改造方案的设计。

热平衡效率提升措施 

提高热平衡效率的措施包括：提高锅炉效率、控制合适空燃比、降低排烟温度、加强锅炉本体保温、合理控制排污频率和排污量并从排污中回收热能、优化蒸汽和凝水管网布局、正确选择管道口径、对所有蒸汽管道和阀门等进行绝热保温、梯度用能、提升蒸汽品质、合理控制用汽压力、精确控制工艺温度、有效疏水阻汽、冷热分流、有效回收利用工艺乏汽和闪蒸汽、高效回收冷凝水、完善和优化计量系统、加强维护保养和避免泄漏。

热平衡分析常见误区  

一些蒸汽用户对蒸汽系统热平衡存在误区，因而把实现热平衡当做改造目标，还大张旗鼓地去寻求“实现”热平衡的软件和服务。类似地，有些相关技术人员把精力花在保证系统前后热平衡的计算和设计上。殊不知，根据能量守恒定律，蒸汽系统热平衡是一个恒定不变的状态，变化的只是热能的有效利用率。而进行蒸汽系统热平衡分析，目的是通过量化系统中所有热量的来龙去脉，诊断热能利用效率低下的原因、计算热能损失量并提出优化改进方案，这才是进行蒸汽系统节能改造、优化运行和降低成本的重要步骤。