高压蒸汽锅炉在油脂精炼工艺中的应用

高压蒸汽锅炉在油脂精炼工艺中的应用

忻耀年

（北京金奥尔工程技术有限公司，北京 102600）

摘要：对高压蒸汽锅炉在油脂精炼工艺中的应用进行了介绍。介绍了高压蒸汽锅炉的选用原则、使用中的安全措施及注意事项，并分析了其热回收系统的节能减排效果。高压蒸汽锅炉具有安全、高效的优点，其热回收系统应用于大型高压蒸汽锅炉具备明显节能优势。

关键词：高压蒸汽锅炉；油脂精炼；安全；LUVO热回收系统

中图分类号：TQ644.4;TK22   文献标志码：B   文章编号：1003－7969(2010)10－0069－03 

    在食用油脂精炼脱臭工艺中，需要将油温在真空条件下加热至240~265 ℃，以除去食用油脂中的挥发性成分。加热油脂的媒介设备主要有导热油炉和高压蒸汽锅炉。前者采用加热后的导热油通过换热来加热油脂，而后者是采用高压蒸汽（约6 MPa，275 ℃）。

    导热油炉的优点是工作运行压力低、设备结构简单、价格便宜。但由于所使用的导热油是化学制品，大多含有联苯类成分，这类成分一旦混入食用油中将会对人体造成严重危害甚至具有致癌作用。而且随着系统运行时间的延长，产生泄漏的危险性将增加。一旦系统中的换热器出现任何小的泄漏，会对公共食品安全造成危害。此类事件在全球范围内已发生多次，在欧盟、美国等国家和许多地区已禁止在食用油脂脱臭时使用导热油炉。在中国对于使用导热油炉系统进行脱臭精炼的厂家，严格意义上来说将不再能够取得食品质量QS认证。

    压蒸汽锅炉是专为食用油脂精炼而设计制造的，其具有自动化程度高、无需人员值守、所使用的加热媒介是处理过的软水，即便泄漏对人体也无害，安全可靠。缺点是设备相对于导热油炉价格较高，要求的换热器一般是耐压的列管式换热器。但从食品安全角度来看，其无疑是一种安全可靠的导热油炉替代加热系统。

1 高压蒸汽锅炉的应用和选择

    应用于食用油脂脱臭工艺的自然循环式高压蒸汽锅炉，具有全自动、低耗电、安装简便、安全可靠等特点，目前在世界范围内的油脂加工厂中已得到广泛应用。特别是其安全的加热媒介，在日益注重健康和食品安全的今天更值得广泛推介。

    高压蒸汽锅炉是以自然循环的方式实现热媒介系统内循环的。加热产生的高压蒸汽从锅炉蒸汽出口进入换热器，经换热放出汽化热后变成水，水借助重力沿冷凝液管道回到锅炉形成自然循环。由于换热过程是一个给出额定压力下汽化热的过程，无温差传热。因此，高压蒸汽锅炉具有非常大的热交换系数和良好的传热效率。

    高压蒸汽锅炉是一体化的设备，所有内部控制连线和装置在发货时已安装好。安装时将其放置在平地或平面基础上，将蒸汽的进出口管与换热设备的相应管口连接即告完成。但考虑到设备的密封要求，一般管道以焊接方式相连。

    对于使用者而言，如何选择高压蒸汽锅炉存在一定难点。设备选择不当有可能造成使用过程中的一些问题。例如所选择的锅炉功率相对于工艺需要较小时，可能出现供热量不足导致生产线产能下降，或锅炉在生产过程中始终处于满负荷状态运行，导致实际使用寿命缩短。而选择的锅炉功率太大，会导致生产过程中由于锅炉的保护经常自动停车和启动，而再次启动时锅炉的实际压力低于设定值，同时锅炉启动后需要一定的时间来调整与系统设定值之间的控制过程，因此会造成脱臭工段温度波动大，从而影响生产。一般而言，选择锅炉时，其额定功率应为工艺所需热功率的12~17倍为佳。这样在生产过程中锅炉将始终处于运行状态，且维持在中等偏上的负荷状态。

    对于工艺所需的热功率可由下式计算得出：

    Q=2.78×W×ΔT/3 600

式中：Q——工艺所需要的热功率，kW;

2.78——比热系数，kJ/(kg·℃)；

W——精炼油的处理量，kg/h；

ΔT——脱臭油加热前后温差，℃。

    对于一个400 t/d的精炼设备而言，按照ΔT=50 ℃计算，所需要的热功率是643.5 kW。若取锅炉额定功率为所需热功率的14倍，则为900 kW，可按此进行锅炉的选用。

2 高压蒸汽锅炉系统的安全保护和使用注意事项

    鉴于高压蒸汽锅炉加热是在一个较高的压力环境下运行的，因此其控制系统中设置了一系列安全保护装置。如对于过压，首先有设定值范围的程序控制，超出设定值一定限度后，锅炉会自动停车；待低于设定值一定限度后又会自动启动运行；其次有压力传感器最高限制控制，一旦设定值程序失控，压力达到锅炉的设计额定高限时，也会自动停止锅炉的运行；最后在蒸汽管道上设置了安全阀，如果前两层电子保护系统未起作用，将启动机械压力保护。因此，虽然高压蒸汽锅炉是在55~65 MPa压力下工作的，但其安全性毋容置疑。从目前的使用看，还没有一起因正常使用而导致的安全事故发生。

    对高压系统而言，必须保证炉体内的燃烧室管束在操作过程中是浸没在水中的，以防止过热造成危害。同时由于加热过程中水体积的膨胀，在80 MPa时水体积将增加37％，在90 MPa时增加42％，因此安装时锅炉至换热器最低端的最小连接管道间的体积至少应为锅炉本体体积的50％，以防止加热至工作压力时液体进入换热器。小于该体积将可能导致锅炉水进入换热器形成“浸没”导致换热效率急剧下降。

    在实际使用过程中，通常锅炉的加水量为锅炉体积的120％，所增加的20％水起到保险作用。因此，在锅炉与换热器的连接管道布置设计时，需要充分考虑到管道长度和水体积膨胀因素，以满足锅炉的正常使用。一般需要专业人员对设计进行审核。

    锅炉燃烧器必须在使用时由受过专业训练的人员进行调整，使锅炉处于小火、中火和大火（满负荷）时的燃烧状态最佳，这一工作必须借助专业的仪器设备来进行。通过对燃气中的O2、CO、CO2、烟色和排烟温度的测量调整，使燃烧器处于最佳工作状态。

    燃烧器的正确调整非常重要，不仅能保证最佳的燃油热效率，同时还可避免由于调节不当，在炉体内部形成燃烧残渣，最终影响锅炉的正常使用等问题。在正常状态时，油料燃烧后不会在炉体内部留下积炭和残渣，锅炉的烟囱也不应该有任何肉眼可观察到的有色烟气。燃烧后的烟道气经热交换后以320~340 ℃的温度排出锅炉。一旦发现烟囱冒烟或烟道气温度过高，表明出现了燃烧器调节、燃料质量或锅炉内部列管上积炭严重等问题，需要查明原因解决问题后再继续运行，否则会导致燃油消耗上升、烟气温度上升和供热功率下降等。

    高压蒸汽锅炉系统的水质量对于锅炉正常运行也是非常重要的一个指标。由于锅炉水是一次加入后在锅炉中封闭运行的，同时在运行压力下，水蒸气在锅炉系统中的运行速度很大，一旦灌入了不符合纯度要求的水，将会由于杂质的存在、pH的偏差对管道系统造成严重的损害，快速导致锅炉管系统泄漏，从而使锅炉使用寿命降低。

3 LUVO热回收系统

    目前随着全世界普遍对节能减排要求的提升，高压蒸汽锅炉系统也研制了新的烟道废气热量再利用LUVO系统。其基本原理是将锅炉正常排放的320~340 ℃的烟道废气利用气／气换热进行热量回收，将新鲜空气从室温约25 ℃加热至200 ℃，从而减少燃烧器为加热新鲜空气所消耗的燃料量，也就起到了节省燃料和降低排放的目的。LUVO系统的流程图如图1所示。

图1 LUVO系统流程

    使用LUVO系统，可提高锅炉效率5%~7％。

    这里以热输出1 453 kW的高压蒸汽锅炉为例，在没有使用LUVO系统时，锅炉的热效率为86％。而使用LUVO后锅炉的热效率可提高至93％，增加7个百分点，其能耗情况计算如下：

    不使用LUVO系统时锅炉实际消耗功率=（热输出功率/0.86）＝1 690 (kW);柴油消耗量=1 690/1186=1425 （kg/h）（其中1186为燃油热值，单位为kW·h/kg）。

    使用LUVO系统时锅炉实际消耗功率＝热输出功率/0.93＝1 563 kW；柴油消耗量=1 563/1186=1318 （kg/h）。

    两者实际消耗功率相差127 kW，使用LUVO系统可节省柴油10.7 kg/h。按照每天24 h运行，每年运行300 d计算，可节省的柴油10.7×24×300＝77 040 （kg），每年约节省费用50万元（1.5年可收回节能设备投资），并可减少CO2排放245 t。可以看出节能效果和经济效益都非常大。

    目前基于性价比，该LUVO系统的改造仅限于锅炉功率大于950 kW的高压蒸汽锅炉，主要包括更换特殊的燃烧器，改良锅炉的顶盖以与燃烧器相配合，增加LUVO换热器、助燃气体输入风机、燃烧器冷却风机和相应的控制配电柜。

4 结束语

    高压蒸汽锅炉在油脂工业中的应用具有明显的安全、高效等优点。正确使用和合理选择，对于高压蒸汽锅炉实际的安全、正常运行非常重要。

    LUVO节能系统可显著降低锅炉的燃料消耗，减少CO2排放，符合目前节能减排的能源使用趋势，对于较大型的锅炉而言是一种值得推荐和应用的节能系统。