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1、锅炉效率与节能技术前言蒸汽为医院热能的命脉为最普遍的传热或动力媒质，其来源 则由锅炉经燃烧能源（含木柴、煤炭、重油、核能、天然气等）加热 水所提供，所耗用能源占有相当高之成本比例。而昂贵的燃料价 格，和日渐趋严的环保要求（如CO2、NOx、SOx等排放管制），已 迫使业者不得不注重和检讨整个蒸汽系统的效率问题。藉由燃料 之燃烧产生热量，加热锅炉原水，使其吸收热量成为热水或是蒸 汽，进而提供医院消毒、杀箘及病房热水使用。 为了提高能源使用效率和节约能源，国内许多大型医院，因系统 或有引进国外之先进节能技术，而对能源使用效率的提升有长足 的改善，但一般中小型医院，往往忽略能源使用效率的状况，更 遑
2、论能源使用之管理及效率之改善，故本文将针对一般易疏忽之 锅炉效率、冷凝水回收和社水器的泄漏，做管理和操作上的改善 提出探讨，使整个蒸汽系统更有效率，进而达到节约能源降低成 本，提升竞争力。如何提高锅炉效率锅炉效率好坏直接影响到耗油量大小，然而新锅炉不一定绝 对有较高的锅炉效率，一部高效率锅炉不仅系统设计要良好，还 须有优良的操作管理人员才能将锅炉操作得尽善尽美，以下各点 均对锅炉效率或多或少有所帮助，操作管理人员不妨加以参考:（一）降低排气温度：排气温度一般比所产出蒸汽温度高约20C-30C，排气温度太高 时，可能是传热面积不足、积垢或后燃现象等，一般降低排气温 度的方法有提高热传效率或增加热
3、传面积，如定期清洁炉膛，加 装空气预热器或节热器等方法，另外更须注意使燃油雾化良好， 避免后燃现象。（二）减少排气含氧量： 理想的锅炉过剩空气量，于高负载时，其排气含氧量应在 3-5%之 间，过多的空气量造成燃油一部份热能为空气所带走，但空气量 不足则造成燃烧不完全排气冒黑烟等问题，而不完全之燃烧可检 测烟囱排气中一氧化碳含量多寡来判定。然而排气含氧量亦随锅 炉负载高低有所不同，因此锅炉燃烧进气量之调节，应于锅炉高 负载时（大火燃烧时）调降进气量在最低量，此进气量使锅炉在高低 负载变化时，空气量不会有不足或过大的现象。（三）加强保温： 炉体保温良否直接影响到锅炉效率，保温正常则炉体表面平均温
4、度将不超过室温30C以上，而锅炉房风速及外气温度条件也会影 响炉体表面热散失量。（四）预热燃油： 为提高燃油燃烧效率，必须预热燃油降低其黏度使其雾化完全， 而燃油雾化预热温度随燃烧器型式不同而异，一般燃油预热温度 范围在80C120C之间，如预热温度太低时，油黏度大，喷雾油 滴太大，可能造成后燃烧使排气温度升高，甚至排气冒黑烟，而 不得不增加空气量，以至使热损失变大，但预热温度过高，可能 造成油料碳化，使喷油嘴结碳，影响正常喷雾，也会使油料雾化 不佳，产生后燃现象，而使排气温度升高，浪费能源。（五）改善饲水质量： 锅炉水经蒸发浓缩后，炉水中不纯物比例增加，常造成水侧管路 结垢、腐蚀等问题，通常
5、锅炉饲水均须先行软化处理或尽量利用 回收之冷凝水做为锅炉饲水来改善水质。（六）增设密闭式冷凝水回收系统： 一般多为开放式冷凝水回收系统，常使回收之高压冷凝水至回收 槽时，形成二次蒸汽排放掉，造成能源之浪费，如采用密闭式冷 凝水回收系统或将高压冷凝水先经蒸汽再生槽形成中压蒸汽，可 供中、低压力蒸汽系统使用或提高锅炉饲水温度，以节约能源耗 用。（七）避免锅炉经常低负载运转： 由于炉体表面热损失相对增加，使得锅炉效率非常低，锅炉如经 常低负载或以小火运转时，应考虑改小燃烧器或换小喷油嘴或更 换容量较小之锅炉，使得锅炉有较佳之效率。蒸汽及冷凝水系统（一）蒸汽袪水器（SteamTrap）： 由于保温的不
6、完全、水质的不良、蒸汽供应的不平衡等，都会造 成管路中含有凝结水及水膜的发生，这些凝结水积集于管路底部， 会产生水锤(Water Hammer)现象，影响正常生产操作，而水膜对热 的阻抗为一般钢板的 6070倍，大大的阻碍了蒸汽的热传效果。 此外蒸汽管路中常有不凝结气体(Incondensibie Gases)存在，包括 有空气、二氧化碳等气体物质，其主要来源有： 热设备在启用前，蒸汽管路中有大气存在。当停车时，热设备中部份蒸汽慢慢冷凝而造成真空，使外界大气 倒灌入内。操作不当或使用的添加物混杂有空气。 当空气混于蒸汽进入热设备时，空气附着于传热表面形成空气膜， 分隔了蒸汽与传热面，由于空气的
7、热传导度极低，故影响热传效 果，降低了热设备的效率，因此，如何立即排除管中所形成的凝 结水和混杂的不凝结气体，对提高热设备效率，节省能源浪费是 非常重要的，一个优良的社水器必须达到以下三个要求:(1) .凝结水一经形成，就将其排出。(2) .排放不凝结气体，如空气、二氧化碳等。(3) .尽可能使蒸汽的漏失减至最小。 蒸汽袪水器种类很多，并且各有特征依其使用原理，一般可分四 种型式，如下表:形式使用原理种类机械作动型 (Mechanical Type)利用水蒸汽与凝结水密 度之差异1. 直桶式袪水器 (OpenBucketTraps)2. 倒桶式袪水器 (InvertedBucketTraps)
8、3. 浮球式袪水器 (FreeFloatTraps)4. 浮桶式袪水器 (FreeBallBucketTraps)静热作动型 (Thermostatic Type)利用水蒸汽与凝结水温 度之差异1. 胀管式袪水器 (BellowsTypeTraps)2. 双金属式袪水器(BimetallicTraps)热力作动型(Thermodynamic Type)利用水蒸汽与凝结水热 力性质之差异1. 推进式袪水器(ImpulseTypeTraps)2. 圆盘式袪水器(DiscTypeTraps)节流型 (Orifice Type)利用水蒸汽与凝结水通 过小孔流量之差异1.流孔板式袪水器(OrificeT
9、ypeTraps)(二) 蒸汽袪水器故障原因与对策 汽袪水器主要功能，是将管内凝结水及不凝结气体排出，同时尽 可能使水蒸汽之漏失减至最少程度。事实上在工厂中最令维护人 员感头痛的，就是这些为数庞大的袪水器其可靠性与寿命问题， 造成蒸汽袪水器无法发挥功能或丧失部分功能的原因，一般常见 约有下面 4 种：1. 堵塞(Blockage):所谓堵塞，即蒸汽袪水器的排放流孔板(Orifice )无法开启，因此，无法排放凝结水及其它气体。可能引起堵塞的原因有：(1) 蒸气封锁(Steam Locking)(2) 空气盲堵(Air Binding)(3) 设计使用不当。(4) 内部机件故障。 由蒸汽封锁所引
10、起之堵塞现象，最大的特征是袪水器外表温度是 热的，其余三种原因引起堵塞时，袪水器外表是冷的。机械作动 型袪水器中，其流孔板的大小是根据最高操作压力而设计的，因 此每一种机械作动型袪水器都有一最高使用压力限制，若操作压 力超过此最高值，则袪水器往往会产生堵塞现象，有时由于袪水 器内部之筛(Screen)，阀或管路塞有外物，或当其浮球或浮桶的浮 力的丧失时都可能引起堵塞现象。对于堵塞之处理对策:(A) 首先确定蒸汽压力是否正常?袪水器入口及出口阀是否完全开 启 ?机械作动型袪水器则确定蒸汽压力是否在容许界限内 ?(B) 袪水器表面若是热的，几乎可确定是由于蒸汽封锁所引起，可 经由打开回流阀和倒冷水
11、于入口管路和袪水器中而消除此种异 常。(C) 袪水器表面若是冷的，则先观察凝结水是否流至袪水器部份， 把位于袪水器入口前的连结环放松，如未见凝结水流出，表示入 口管路堵塞。如果凝结水流出，按着松开袪水器的放流栓，如没 有凝结水流出，表袪水器内筛堵塞，若凝结水流出，则表示阀或 阀以后的部份发生堵塞。2. 喷流(Blowing)袪水器发生喷流异常时，将会排放大量蒸汽，耗失能源，应尽快 检修，产生喷流的原因主要有：(1) 袪水器的排放量过小 间歇性排放式袪水器由于设计排放量小于实际量，即使阀完全开 启，也无法完全排放实际凝结水量，因而造成喷流。阀与阀基座(Valve Seat)间塞有外物 静热作动型
12、袪水器当阀与阀基座间塞有外物时，凝结水和蒸汽即 经由流孔板排出，而造成喷流现象。(3)袪水器之机件故障引起 当阀与阀基座道严重磨损时，即使在关闭状态下，大量蒸汽亦将 喷流耗失。静热作动型袂水器中，胀管式社水器之胀管受损或双 金属式袪水器之金属变形，亦会产生喷流。叉如袪水器其本体若 有穿透入口及出口两端的洞，也会产生喷流。(4)圆盘式袪水器之压力限制 圆盘式袪水器最易产生喷流现象，当实际操作压力超过设计压力 操作范围时，由于背压过大，而引起喷流。对于喷流的处理对策有:(A) 检查袪水器之排放容量设计，是否适于实际量。(B) 对于圆盘式袂水器检查入口压力与背压是否在容许范围内，若 背压过高，查出原
13、因(C) 查核是否发生过水锤现象，严重的水锤往往使得机械作动型袪 水器之浮球变形受损，造成喷流，解决方法可在浮球上加一护盖 以保护浮球。(D) 若均非以上原因所造成，则分解袪水器，查看是否由于阀之机 件磨损或阀与阀基座间塞有外物。3. 泄漏(Leakage)从节约能源观点而言，泄漏是仅次于喷流的严重问题，通常有下 面三种情况：(1) 阀关闭时之泄漏(2) 开启排放时，部份蒸汽随着凝结水而排放(3) 阀关闭动作过于缓慢。当袪水器在正常操作时，都会有很少量的活蒸汽(Live Steam)随着 凝结水而排放外界，这种损失比较上，间歇排放式袪水器较连续 排放式袪水器为多，但通常这种数量很少且必然存在，
14、可以忽略 另外又有人为的保养不良所引起的泄漏，例如阀和阀基座遭体磨 损或静热作动型袪水器由于不正确的校正等都会引起严重的泄 漏。双金属式袪水器必须时常校正，使其阀在温度低于饱和温度 凝结水完全排放前关闭，否则袪水器之阀在凝结水完全排除后才 关闭，会引起短暂的喷流现象，产生蒸汽泄漏，如果阀关闭的动 作过于缓慢，则引起的蒸汽流失必然更大，因此双金属式袪水器 必须定期做校正。对于泄漏的处理对策有：(1) 对于机械作动型袪水器中的自动或手动空气排放阀，由于磨损 而造成蒸汽泄漏时，可由分解袪水器来处理。(2) 浮球式袪水器当浮球表面产生痕纹，而此痕纹碰及细孔校时就 会产生蒸汽泄漏，应予更换。(3) 对于
15、静热作动型袪水器方面，检查所做之校正是否配合实际操 作状况。4. 排放不足( Insufficinet Discharge) 袪水器在操作时，所引起之排放不足现象通常是由于其负荷设计 不够或其它外在原因所引起。袪水器之排放容量其设计值与实际 值相去太远，则造成阀长久开启引起喷流现象，或排放不足，也 可能发生蒸汽封锁，压力差不正常，部份筛堵塞或部份细孔板堵 塞等现象。对于排放不足之处理对策，可依照下列三点依次检查处理:(1) 是否适合于操作状况? 袪水器之型式是否合适?排放容量是否 近于实际量?(2) 外在因素: 蒸汽设备或袪水器入口管件安排是否易于造成蒸汽封锁现象?蒸 汽封锁现象是否经常发生?
16、蒸气之压力，温度与被压是否正常?(3) 内在因素: 袪水器之筛，入口管路和出口管路是否被堵塞?最好的方法是在每 个袪水器前装设过滤器，以收集管内杂物，防止阀口等之阻塞。（三）袪水器泄漏的侦测 袪水器最基本的作用就在只排除冷凝水及不凝结气体，而不使蒸 汽排出， 如果袪水器是将冷凝水排到大气压中，而且可以很容 易地观察，那么就可以显示出袪水器是否正常操作。但管路中蒸汽从袪水器中泄漏出的第一个现象，就是有大量 的再生蒸汽从冷凝水回收槽或是锅炉饲水槽的通气孔排出，这现 象只告诉我们有泄漏发生，却无法指出是那一个袪水器发生问题。检查泄漏方法之一就是在袪水器的出口侧加一观视镜的装 置，在出口侧有一观视镜的袪水器将可观测袪水器是否有泄漏
