Simplot 工厂的燃烧器升级有利于性能和能源

为了降低能源消耗和成本，J.R. Simplot 公司几年前完成了一个项目，该项目提高了爱达荷州考德威尔马铃薯加工厂的蒸汽系统效率。该项目基于使用蒸汽系统评估工具 (SSAT) 进行的评估，由蒸汽工程公司的合格专家 Bill Moir 执行。 SSAT 是为美国能源部 (DOE) 工业技术计划最佳实践开发的。 Caldwell 工厂的改进每年可节省 52,000 MMBtu 和 526,000 千瓦时。每年节省的能源和维护成本总计 329,000 美元。由于项目总成本为 373,000 美元，因此简单的投资回收期不到 14 个月。在使用 SSAT 进行分析之后，其他 Simplot 设施也复制了类似的效率措施。这些能效改进每年可节省 176,000 MMBtu 的天然气。

公司/工厂背景
J.R. Simplot Company 是一家位于爱达荷州博伊西的大型食品和农业综合企业，年销售额约为 30 亿美元。该公司在美国、加拿大、中国、墨西哥和澳大利亚拥有超过 12,000 名员工。 Simplot 的业务活动包括食品、肥料、草皮和园艺产品的生产；牛饲养；和其他农业综合企业。该公司有一个持续的能源效率计划，专注于员工培训。能源和自然资源主管 David Hawk 和 Simplot 食品集团工程经理 Alan Christie 与美国能源部、华盛顿州立大学能源计划和爱达荷州水资源部能源部密切合作，以提高对生产力的认识和提高工业系统能效的财务效益。

考德威尔工厂是公司最大的工厂之一；它每年生产大约 2.7 亿磅冷冻炸薯条。该场地配备了三台以天然气为燃料的水管锅炉。其中两个额定为每小时 70,000 磅 (lb/hr)，第三个额定为 60,000。蒸汽在 275 磅/平方英寸表压 (psig) 饱和时产生。蒸汽对工厂的生产过程很重要，因为它直接支持马铃薯去皮、烫漂和油炸任务。

项目概览
2000 年，Simplot 委托 Steam Engineering Inc. 对其生产设施的蒸汽系统进行分析，作为其企业能效计划的一部分。在 Caldwell 工厂的初步评估中，分析师发现该工厂的平均蒸汽负荷为 90,000 lb/hr，过量燃烧空气水平平均为 50%。此外，烟气含氧量高达7.5%。所有三台锅炉都在部分负荷下运行，以满足工厂 140,000 磅/小时的峰值蒸汽需求。峰值和平均需求水平不断波动，因为马铃薯去皮容器必须迅速装满以蒸发马铃薯中的水分。冷凝水再利用最少；只有来自热油换热器的高压冷凝水返回锅炉。

最初的结论是，通过安装配备平行定位控制的新燃烧器并添加烟气氧气调整系统以减少高质量燃烧所需的过量空气量，可以显着提高蒸汽系统的效率。

2002 年，当 SSAT 软件推出时，Moir 用它来评估 Caldwell 工厂的蒸汽系统。 SSAT 模型表明，如果 Caldwell 设施的锅炉能够在烟气含氧量 3% 的情况下持续运行，则每年可节省超过 25,000 MMBtu 的天然气。这可以通过升级老化的燃烧器和控制装置以及在锅炉上安装烟气氧气调整系统来实现，如前面的分析所示。此外，SSAT 模型表明，冷凝水系统的升级将允许回收更多的冷凝水，锅炉可以在 10% 的过量燃烧空气水平下运行，并且只有两台锅炉可以满足工厂的蒸汽负荷。

项目实施
Simplot 的管理层决定根据 SSAT 分析，首先在考德威尔工厂实施 Steam 工程公司的建议。如果 Caldwell 项目成功，那么在基于 SSAT 的评估之后，其他 Simplot 站点将采取类似的措施。

为了最大限度地减少生产停机时间，新的燃烧器和控制装置在工厂计划停运期间安装在两台锅炉上。拆除现有燃烧器后，在安装新燃烧器之前，在每个锅炉前部安装了新面板。然后，在每台锅炉上安装了新的助燃风机、烟气再循环管道、烟气氧气分析仪和带有氧气微调系统的锅炉控制系统。完成所有改进后，工厂人员能够在不减少产量的情况下使用更少的蒸汽和天然气来满足工厂蒸汽负荷。

项目成果
Caldwell 工厂项目显着提高了工厂蒸汽系统的效率。由于新的燃烧器效率更高，烟气再循环效果更好，锅炉现在在平均烟气含氧量 3% 或更低的情况下运行。该工厂的峰值蒸汽负荷现在为 110,000 磅/小时，两台锅炉能够满足该负荷，仅 10% 的过量燃烧空气水平。该项目通过将冷凝水直接带入除氧器并使除氧器压力浮动，从而简化了冷凝水回流过程。这使该工厂实现了 50% 的冷凝水回收率，并使工厂的 5 台冷凝水泵脱机。

Caldwell 工厂项目已将天然气年消耗量减少了 52,000 MMBtu（之前年消耗量的 7.5%），每年节省了 279,000 美元的成本。由于第三台锅炉上的冷凝水泵和锅炉引风机处于离线状态，因此每年可节省电力 526,000 千瓦时，每年还可节省 20,000 美元。这些变化还每年节省 30,000 美元的维护成本。年度项目节省总额为 329,000 美元。由于该项目的总成本为 373,000 美元，因此简单的投资回收期不到 14 个月。此外，生产现在更加可靠；项目建成后，无锅炉停电报告。

项目完成后，Simplot 管理层已授权使用 SSAT 来评估其所有生产设施的蒸汽系统。迄今为止，基于 SSAT 模型的效率措施已在其他八家 Simplot 设施中得到复制，从而每年节省天然气 176,000 MMBtu。此外，Simplot 参与了美国西部食品加工效率倡议（国家技术进步合作组织的一部分），使得在这些努力中开发的专业知识能够与其他成功的能源效率努力相结合，以造福西方其他食品加工公司美国。

图 1. 进气组件

经验教训
使用统一的方法和工具来评估和优化工业蒸汽系统，可以为提高这些系统的性能和节约能源制定有价值的策略。在 J.R. Simplot 的 Caldwell 工厂，基于 SSAT 的分析验证了优化蒸汽系统效率的传统策略所带来的潜在节能效果。 SSAT 分析还确定了该策略的其他好处。

随着项目的成功，Simplot 将 SSAT 视为一种有效的、“公分母”类型的工具，用于评估改进公司所有蒸汽系统的机会。因此，管理层制定了一项公司政策，将 SSAT 在所有使用 Steam 的 Simplot 设施中的使用制度化。迄今为止，SSAT 已在其他八家 Simplot 设施中使用，所得分析结果每年更新一次。任何使用蒸汽的工业设施都可以轻松采用诸如此类的统一工具和方法。

图 2. 燃烧器和燃烧器外壳

定义燃烧效率
燃烧效率是衡量燃料的热量转化为可用热量的效率的指标。烟囱温度和烟气氧含量是燃烧效率的主要指标。以最佳过量空气运行锅炉可以最大限度地减少烟囱上的热量损失并提高燃烧效率。在实践中，燃烧条件很少是理想的；必须提供额外或“过量”的空气以完全燃烧燃料。

正确的过量空气量是通过分析烟气中的氧气含量来确定的。过量空气不足会导致燃料未燃烧，而过量空气过多会导致热量损失——这表明锅炉燃料对蒸汽的效率较低。高效运行的天然气锅炉的过量空气水平应为 10%。当燃料成分或蒸汽流量变化很大时，应考虑使用在线氧气调整系统。氧气微调系统向燃烧器控制装置提供反馈，以自动减少过度燃烧

DOE ITP 最佳实践蒸汽系统评估工具
BestPractices 拥有一套工具，用于评估和识别蒸汽系统的节能机会。与蒸汽相关的主要工具是蒸汽系统评估工具 (SSAT)。 SSAT 是一个软件包，允许用户对各种改进方案进行建模，并准确估计个性化蒸汽系统改进带来的潜在能源和成本节约。可以通过 EERE 网站 (www.oit.doe.gov/bestpractices/software_tools.shtml) 获得此和其他与 Steam 相关的软件工具，也可以致电 877-337-3463 从 EERE 信息中心订购。

有关美国能源部工业技术计划的更多信息，请访问 http://www1.eere.energy.gov。