鍋爐排污系統(tǒng)改造回收的可行性及效益分析

梁宏軍

（太鋼能源動(dòng)力總廠，山西太原 030003）

鍋爐排污系統(tǒng)改造回收的可行性及效益分析

梁宏軍

（太鋼能源動(dòng)力總廠，山西太原 030003）

太鋼能源動(dòng)力總廠二電系統(tǒng)4#～10#鍋爐定排擴(kuò)容器的排汽排空運(yùn)行，熱量和工質(zhì)都造成了一定程度的損失，為此計(jì)劃采用換熱器對(duì)這部分能源進(jìn)行回收。結(jié)合3#汽輪機(jī)高壓加熱器已退出使用的情況，通過(guò)對(duì)定排擴(kuò)容器排汽的熱量及高壓加熱器的換熱量進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，確認(rèn)采用該加熱器的可行性，并擬定對(duì)定排系統(tǒng)的改造方案，使二電鍋爐排污的乏汽能夠再次利用，能源浪費(fèi)的現(xiàn)象得以解決。

鍋爐排污 ；換熱器；節(jié)能降耗

1 引言

太鋼能動(dòng)總廠4#～10#鍋爐定排擴(kuò)容器的排汽目前為排空運(yùn)行，造成熱量和工質(zhì)（除鹽水、軟水）的浪費(fèi)。為回收這部分能源，提高我廠的余能利用率，降低運(yùn)行成本，結(jié)合我廠3#汽輪機(jī)Ⅱ級(jí)高壓加熱器已退出使用的情況，計(jì)劃利用此高壓加熱器作為換熱器，對(duì)定連排的蒸汽進(jìn)行吸熱再利用。分別對(duì)定排排汽的熱量及高壓加熱器的換熱量進(jìn)行計(jì)算，確認(rèn)高加的可用性。如可行，則拆除3#汽輪機(jī)Ⅱ級(jí)高壓加熱器移至定排擴(kuò)容器處進(jìn)行改造，徹底解決能源浪費(fèi)現(xiàn)象。

2 分析計(jì)算3#汽輪機(jī)Ⅱ級(jí)高壓加熱器能否滿足需求

2.1 確定定排擴(kuò)容器的蒸汽排汽量

二電鍋爐的排污系統(tǒng)，定排擴(kuò)容器的排汽由兩部分組成，一部分為連排蒸汽經(jīng)過(guò)連排擴(kuò)容器和定排擴(kuò)容器兩次擴(kuò)容后的排汽，另一部分為定排蒸汽經(jīng)過(guò)定排擴(kuò)容器擴(kuò)容的排汽。

2.1.1 連排的排汽量

正常運(yùn)行工況下，4#～10#鍋爐連續(xù)蒸發(fā)量為700 t/h，排污率取8%（冬季），則連排蒸汽的總量為56 t/ h。連排蒸汽經(jīng)過(guò)的2次擴(kuò)容，分別為：

（1）連排擴(kuò)容器

連排蒸汽由汽包（4.3 MPa）經(jīng)連排擴(kuò)容器（0.3 MPa）進(jìn)行汽水分離，為定焓膨脹（不考慮散熱損失及擴(kuò)容后的蒸汽干度值）。設(shè)1 t/h連排蒸汽膨脹后的飽和蒸汽量為X；經(jīng)查焓熵圖，汽包的排污水，擴(kuò)容后的飽和水和飽和蒸汽的焓值分別為：h定排= 1108.3 kJ/kg、h水=561.6 kJ/kg、h汽=2575.3 kJ/kg，計(jì)算連排擴(kuò)容器的飽和水量為，

（2）定排擴(kuò)容器

依據(jù)上式計(jì)算連排蒸汽經(jīng)過(guò)定排擴(kuò)容后的排汽量，得出D連排排空=2.84 t/h。

(2)定排的排汽量

定排量（瞬時(shí)量）按照蒸發(fā)量的5%計(jì)算，因各鍋爐不得同時(shí)進(jìn)行定排，則取最大量。即10#鍋爐的蒸發(fā)量為130 t/h，定排排污量為6.5 t/h。

定排蒸汽由下聯(lián)箱（4.5 MPa）經(jīng)定排擴(kuò)容器（0.1 MPa）進(jìn)行汽水分離，設(shè)1 t/h定排蒸汽膨脹后的飽和蒸汽量為Y；經(jīng)查焓熵圖，下聯(lián)箱的排污水，擴(kuò)容后的飽和水和飽和蒸汽的焓值分別為：h定排= 1121.8 kJ/kg、h水=407.7 kJ/kg、h汽=2671.4 kJ/kg，可計(jì)算定排蒸汽經(jīng)過(guò)定排擴(kuò)容器的排汽量（飽和蒸汽）為，

定排擴(kuò)容器的的蒸汽排放量為：

D排空=D連排排空+D定排排空=2.84+2.02=4.86 t/h。

2.2 論證換熱器能否滿足需要

根據(jù)利舊，不增加設(shè)備投資的原則，換熱器定為3#汽輪機(jī)Ⅱ級(jí)高壓加熱器。

3#汽輪發(fā)電機(jī)Ⅱ級(jí)高壓加熱器主要設(shè)備參數(shù)如下：

型號(hào)：JG-100-Ⅰ型

加熱面積：100 m2

設(shè)計(jì)汽壓：1.2 M Pa

水壓:6.0 M Pa

首先，由本臺(tái)加熱器的設(shè)備參數(shù)可以確認(rèn)，設(shè)計(jì)汽壓1.2 MPa和設(shè)計(jì)水壓6.0 MPa，均能夠滿足本次改造中，熱源（排空蒸汽）和冷源（化學(xué)供二電系統(tǒng)除鹽水）的承壓要求。

其次，本次改造目的為消除排污蒸汽對(duì)空排放，即保證定排擴(kuò)容器的排空蒸汽能夠全部液化，回收工質(zhì)及這部分熱量。故只計(jì)算新增換熱器中凝結(jié)段的換熱量，不計(jì)算冷卻段的換熱量，論證換熱器的傳熱量能否滿足要求。

2.2.1 排空蒸汽為總放熱量

其中，r為水蒸汽在0.1 MPa時(shí)的汽化潛熱，2263.6 kJ/kg。

2.2.2 換熱器的傳熱量

根據(jù)傳熱方程Q=KAΔtm，需確定傳熱系數(shù)K，換熱面積A，平均溫差Δtm。

(1)傳熱系數(shù)

K=1/(1/α1+δ/λ+1/α2)

其中，熱流體為水蒸氣凝結(jié)，α1=5000 w/m2℃,冷流體為水強(qiáng)迫對(duì)流，α2=1000 w/m2℃，忽略換熱管的壁厚δ及熱阻1/λ，可得傳熱系數(shù)為K=833.33 w/m2℃。

(2)換熱面積

由3#汽輪機(jī)Ⅱ級(jí)高壓加熱器的設(shè)備參數(shù)可知，本加熱器的換熱面積為A=100 m2。

(3)平均溫差

假設(shè)熱流體（定排擴(kuò)容器的排空蒸汽）冷凝液化的熱量，在換熱器中全部傳至冷流體（冷流體為除鹽水，溫度20℃，流量60 t/h），暫不考慮凝結(jié)水的放熱量。則有Q1=Q2=mc水Δt，Δt=43.6℃。即蒸汽入口溫度t1=100℃，出口溫度t2=100℃，水入口溫度t3= 20℃，出口溫度t4=63.6℃，Δtmax=80℃，Δtmin=36.4℃。

通過(guò)對(duì)數(shù)平均溫壓法 Δtm逆=（Δtmax-Δtmin）/ln（Δtmax/Δtmin）可知，Δtm逆=55.35℃。3#汽輪機(jī)Ⅱ級(jí)高壓加熱器屬于交叉混流，平均溫差Δtm=ψΔtm逆。經(jīng)過(guò)計(jì)算，查修正系數(shù)ψ值線算圖，得ψ=1，即Δtm=55.35℃。

根據(jù)傳熱方程 Q=KAΔtm計(jì)算，Q=4612.36 kW=16604.51 MJ/h。

由此可知，換熱器的傳熱量（16604.51 MJ/h）大于排污排空蒸汽放熱量（10994.7 MJ/h），即排空蒸汽可在換熱器內(nèi)全部凝結(jié)，3#汽輪機(jī)Ⅱ級(jí)高壓加熱器可用。

3 排污蒸氣回收的工藝改造方案

拆除3#汽輪機(jī)Ⅱ級(jí)高壓加熱器，移至定排擴(kuò)容器處，熱源接排空蒸汽；根據(jù)二電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，選擇供舊系統(tǒng)的除鹽水作為冷源。疏水根據(jù)水質(zhì)不同，可以進(jìn)疏水箱送至除氧器或排地溝。

工藝改造簡(jiǎn)圖如圖1。

如圖1所示，高壓加熱器熱源取自定排擴(kuò)容器對(duì)空排放蒸汽，在排空管道加裝截止門(mén)及操作平臺(tái)；除鹽水經(jīng)換熱器后從 1#、7#爐間上減溫水箱和CCPP。

設(shè)備投運(yùn)初期，通過(guò)化學(xué)監(jiān)測(cè)疏水水質(zhì)。若水質(zhì)符合要求，進(jìn)疏水箱送至除氧器，當(dāng)鍋爐給水用；若水質(zhì)不符合要求，排地溝處理。定排處地下水溝沿線長(zhǎng)年冒汽情況，可將4#、5#、7#、8#鍋爐引風(fēng)機(jī)冷卻水的退水直接引至地溝，用以降低地溝中的溫度。

圖1 工藝改造簡(jiǎn)圖

從安全上考慮，原定排擴(kuò)容器就地疏水保留，加裝安全閥和壓力表，確保不發(fā)生超壓事故。

4 排污蒸汽回收后的效益

4.1 工質(zhì)回收。

二電系統(tǒng)鍋爐的定期排污量取最大連續(xù)蒸發(fā)量的5‰，則為3.5 t/h。進(jìn)入定排擴(kuò)容器后汽水分離，根據(jù)1.2中計(jì)算的結(jié)果，1 t/h定排蒸汽擴(kuò)容后擴(kuò)容器內(nèi)的飽和蒸汽為0.31 t/h，計(jì)算得定排的平均量為1.08 t/h；已知連排的排空量為2.84 t/h，則定排擴(kuò)容器的蒸汽排空量為3.93 t/h。如水質(zhì)合格，蒸汽全部凝結(jié)成水，回收后每月可節(jié)約軟化水2828.5 t。

4.2 熱量回收（只考慮凝結(jié)換熱）

r為水蒸汽在0.1 MPa時(shí)的汽化潛熱，2263.6 kJ/kg。

排空蒸汽全部凝結(jié)可放熱8292.9 MJ/h，折合動(dòng)力煤（5000 kcal）為

B=Q/q

=8292.9MJ/（4.1868kJ/kcal×5000kcal/t）

=0.425 t/h

蒸汽回收后每月可節(jié)約動(dòng)力煤305.87 t。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)排污熱量及高加的傳熱量進(jìn)行計(jì)算，論證3#機(jī)的Ⅱ級(jí)高壓加熱器可用于定排擴(kuò)容器排污蒸氣的回收，通過(guò)實(shí)施工藝改造后，可消除擴(kuò)容器處的蒸汽排放，同時(shí)回收熱量及工質(zhì)，提高我廠的余能利用效果，為節(jié)能發(fā)展，循環(huán)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造更大的效益。

The Feasibility and Benefit of Boiler Blow-downs Recovery

LIANG Hongjun
（Energy&power plant of Taiyuan Iron and Steel Co.,Ltd.,Taiyuan，Shanxi 030003,China）

The periodic blowdown expansion tanks of the secondary power system of Taiyuan Steel discharged to the atmosphere resulting in some loss of heat as well as operation quality,so the plant planned to use heat exchanges to recover the discharged energy. Considering the high-pressure heater of No.3 steam turbine had been withdrawn and through calculation and comparison of the heat from the discharged steam of the expansion tanks and the heat transfer of the high-pressure heater,the feasibility of adopting the heater was determined and the modification program for the periodic blowdown system was drawn up.As a result,exhaust steam has been recovered from the boiler blowdown and energy been saved at the secondary power plant of Taiyuan Steel.

boiler blowdown;heat exchange;energy saving and consumption reduction

TK284

B

1006-6764（2014）03-0050-03

2013-10-21

梁宏軍（1984-），男，助理工程師，現(xiàn)從事熱能動(dòng)力技術(shù)工作。