例析生物所蒸汽锅炉连续排污余热回收节能技术

0. 引言

眾所周知，锅炉排污分为连续排污和定期排污两种。连续排污又称表面排污，要求连续不断地从炉水盐碱浓度最高部位排出部分炉水，以降低炉水中含盐、碱量，含硅酸量及处于悬浮状态的渣滓物含量，防止炉水浓度过高而影响蒸汽品质，所以连排管设在正常水位下80～100mm处；定期排污又叫间断排污或底部排污，其作用是排除积聚在锅炉下部的水渣和磷酸盐处理后所形成的软质沉淀物，所以其排污口多设置在锅筒的下部及联箱底部，排污操作过程时间短暂，但排出锅内沉淀物的能力很强，应当选择在锅炉高水位、低负荷或压火状态时进行排污。

锅炉排污余热回收一般适用于锅炉连续排污，这是因为连续排污水量和热量相对稳定，且比较连续，更易于热量的回收；定期排污相对较脏，再加上排污量少且不连续，排污热量不利于回收，通过自动排污阀排至排污罐，采用自来水喷淋降温排放。

1. 工程概况

某生物所锅炉煤改气项目，原有设计容量为60t/h的燃煤锅炉房一座，已安装好二台20t/h的燃煤锅炉及配套附机，为满足环保要求，需停烧和拆除燃煤锅炉及配套设施，在原煤锅炉的位置安装两台20T/H天然气蒸汽锅炉燃气锅炉，并预留、备用一台同型号燃天然气锅炉的安装位置。该项目总改造面积1753.87平米，其中一层改造面积884.19平米，二层改造面积869.6平米，锅炉额定工作压力1.25MPa，额定蒸汽温度194，锅炉出口表压0.95MPa，温度182。

2. 锅炉排污余热回收方案

本项目锅炉连续排污采用TDS（溶解性固体总量，Total dissolved solids，缩写TDS）连续排污自动控制系统。连续排污排出的炉水一般是在锅炉运行压力下的饱和水，这些饱和水首先通过闪蒸罐，在较低压力下将饱和水闪蒸出一部分低压二次蒸汽，二次蒸汽通过蒸汽喷射器直接加热锅炉给水，提高给水温度，从而降低一部分锅炉燃料消耗，并且减少了软化水的浪费；另一部分排污水经闪蒸罐底部排出后，通过连续排污余热回收高效换热器与低温的锅炉软化水进行换热，排污水经过换热后温度可降至40℃，可以使锅炉给水充分吸收排污炉水热量，

避免高温炉水排放后“烟气腾腾”的现象。定期排污水进入排污罐后降至40℃以下后排至排水管。

3. 方案说明及节能潜力评估 3.1锅炉表面连续排污控制系统 A为什么需要控制炉水中的TDS值

锅炉产生蒸汽，而炉水中的杂质不能随着蒸汽蒸发而是在炉水中被浓缩引起炉水发泡，随着TDS越来越浓，蒸汽汽泡也趋于稳定不易破裂，当锅炉压力、蒸汽负荷达到特定值时，发生汽水共腾进而引发蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，造成蒸汽管道产生水击现象，损坏用汽设备，危害蒸汽系统使用期限，造成停炉事故等危害；因此，控制锅炉水的TDS浓度可以极大的减少炉水发泡和蒸汽带水现象。

在国标GB1576-2008<工业锅炉水质>中， 对额定出口蒸汽压力小于2.5 MPa的蒸汽锅炉规定了炉水的水质标准，见下表所示：

本项目连续排污按系统摒弃了传统人工控制模式，采用TDS连续排污自动控制方式，通过电导率感应器连续测量炉水的实际电导率，信号输入到排污控制器与设定值相比较，如果测量值低于设定值，则保持排污阀关闭；如果测量值高于设定值则输出信号到执行器打开排污阀进行排污，直到炉水TDS值低于设定值才关闭排污阀。很显然，通过连续排污可以使炉水的TDS降低，改善炉水品质，当实际锅炉排污量等于（或接近）最佳排污量时，才能既保证了炉水品质，又不会多排污造成能源的浪费。所以，正确的控制锅炉连续排污量对提高炉水水质，保证锅炉安全运行和增加锅炉效率是非常重要的。

C连续排污自动控制系统节能计算

锅炉运行情况：2台20t/h燃气锅炉，运行压力0.95MPa，锅炉补水温度20℃； 夏季（4.1-12.1）共运行8个月，考虑到检修和假期等因素按6个月计算，实际按其中一台20t/h锅炉12小时运行，另外一台20t/h锅炉运行12小时，总计20t/h锅炉每天运行24小时；冬季（12.1-3.31）共运行4个月，白天2台20t/h锅炉全负荷运行，晚上仅1台20t/h锅炉运行，总计20t/h锅炉每天运行36小时。

则每年按一台20t/h锅炉计总运行时间为： 24小时×30天×6月+36小时×30天×4月=4320小时+4320小时=80小时

经过现场测试，本项目锅炉补水TDS值为300mg/l，锅炉炉水TDS值为1800mg/l，额定蒸汽压力 ≤1.6 MPa蒸汽锅炉TDS< 3500mg /l。

ⅰ连续排污手动控制

人工手动排污方法的特点是通常要将炉水TDS值控制在更低的水平，才能避免炉水TDS超标发生汽水共腾现象，保证蒸汽品质。锅炉手动排污控制一般将炉水TDS值控制在1800mg/l甚至更低，此时锅炉水质工作曲线如图3所示。

根据排污公式计算可得到锅炉的排污量：

式中：W为锅炉排污量kg/h D为锅炉蒸发量kg/h 为锅炉给水含盐量mg/l 锅炉炉水含盐量mg/l

W1=20000×300÷（1800-300）=4000kg/h ⅱ连续排污自动控制

根据国标炉水标准的规定，在排污控制器中设定的TDS控制值为3500mg/l，即炉水中TDS浓度在运行中上升到3500mg/l时，系统自动打開排污控制阀开始排污，直到炉水中TDS浓度下降到3400mg/l以下时才关闭排污控制阀停止排污，炉水的平均TDS浓度可以控制在3450mg/l左右。此时锅炉内水质的工作曲线如图4所示。

根据排污公式计算可得到锅炉的排污量：W2=20000×300÷（3450-300）=1905kg/h

ⅲ节能计算

自动排污比起手动排污来，减少的排污量为：（4000 -1905）÷4000 =43.4% 更进一步，我们可以计算出这台锅炉因采用自动控制排污方式而节约的锅炉运行成本：0.95MPa压力下的饱和水热焓值：H1=772.5 KJ/Kg ；锅炉冷补给水的温度为20℃，焓值为H2=84 KJ/Kg；冷补给水加热到0.95MPa 压力的饱和炉水所需的热焓值为：△H= H1- H2=772.5-84=688.5 KJ/Kg

锅炉自动排污减少的排污量：△W= W1-W2=4000-1905=2095kg/h 相当于减少排放的热量： Q =△W △H =2095kg/h 688.5KJ/Kg=1442407.5 KJ/h

项目所在地天然气低位热值为36628 KJ/ m3，天然气价格为2.7元/m3，锅炉每年运行80小时，锅炉效率为94% 。

则可计算出因减少排污而节约的燃料量：

Q÷燃料热值÷锅炉效率 80h =1442407.5 KJ/h÷36628KJ/ m3 ÷94%80h =361960 m3/年

因此，对于锅炉的表面排污控制系统来说，采用自动控制系统比起采用手动控制系统来，每年因减少排污量就相当于节约人民币：361960 m3/年 2.7元/ m3=977292元。

不仅如此，锅炉连续排污量降低的同时锅炉补给水量和水处理费用也会减少，实际所能实现的成本节约也就更多。

4. 总结及建议

从上述分析可以看出，工业蒸汽锅炉TDS连续排污自动控制方法，安装简单，控制准确，可以有效的减少锅炉排污量，提高锅炉整体自动化控制水平，减少人力监控要求，有效的避免了人工手动控制造成的炉水水质超高或排污量过大的问题，保障锅炉安全稳定的运行，节约燃料，达到节能降耗的目的。

参考文献：

[1] 锅炉房设计规范GB50041-2008 . 中国计划出版社2008年 [2] GB1576-2008工业锅炉水质. 2009年

[3]关文吉、刘伟.蒸汽锅炉连续排污余热回收分析.暖通空调 2010年 [4]葛震弘 宋徐辉 提高锅炉连续排污控制水平， 有效节约能源2005