熱電廠排污及疏放水系統(tǒng)的節(jié)能改造

杜立剛

(東方電氣集團東方汽輪機有限公司，四川 德陽 618000)

0 概 述

某自備熱電廠始建于1953年，經(jīng)過不斷的增容改造，現(xiàn)已是10臺機組的自備電站，額定壓力為3.82 MPa。在10臺機組中，有5臺機組投產(chǎn)于1955年，2臺機組投產(chǎn)于1977年，3臺機組投產(chǎn)于1989年。自備電站除了發(fā)電外，還承擔了廠區(qū)附近1000多萬平米的冬季采暖供熱和部分熱水入戶的任務，但配套的機組設備較為落后和老舊，設備的性能下降，存在大量跑、冒、滴、漏等諸多問題，運行中常出現(xiàn)非計劃停機，許多該回收的汽、水未被有效利用。同時，因設備投運的年代久遠，自動化控制的水平較低?，F(xiàn)根據(jù)機組自動化運行的要求，對機組定期及連續(xù)排污、汽機疏放水系統(tǒng)進行了測評，并提出了現(xiàn)代化的升級改造方案。

1 改造前的機組排污系統(tǒng)

在10臺機組的排污及疏放水系統(tǒng)中，配備了5臺連排擴容器、2臺定排擴容器、2臺疏水箱和1臺汽水膨脹器。

在連排擴容器系統(tǒng)中，2臺機組共用了1臺擴容器，采用手動控制底部排水閥門的開度，因機組負荷的變化，容器內經(jīng)常存不住水而起不到阻汽作用，不僅使連排閃蒸汽無法回收，還造成除氧器內的蒸汽倒流，并與連排汽水一同排入定排擴容器，造成大量放水閃蒸汽和除氧蒸汽的熱量損失。

改造前疏水箱及膨脹器的布置，如圖1所示。在2臺方形疏水箱的頂部設有1臺膨脹器，機組主蒸汽管道疏水、汽機側疏水進入膨脹器擴容閃蒸，二次蒸汽經(jīng)排汽管道排放到大氣中，凝結水通流入下部的1號、2號疏水箱，在膨脹器上部接入常溫化學軟化水通過罐體內部噴淋管灑水降溫，但冷卻效果不好，已廢棄不用。同時，除氧器的溢流水及鍋爐停爐時放水也流入疏水箱，疏水箱旁配有2臺疏水水泵，可將疏水箱內的水送回除氧器再利用。

圖1 改造前疏水箱及膨脹器的布置

疏水箱配備的疏水泵為常年運行，無自動控制系統(tǒng)，當疏水量較大時，疏水就從疏水箱溢流管被直接排入地溝。同時，因方形水箱的密封不嚴密，泄漏了大量的水蒸氣，給環(huán)境造成了熱污染。改造前機組的定排擴容器的布置，如圖2所示。1號和2號定排擴容器設在鍋爐與汽輪機廠房之間的零米層，并且與疏水箱并聯(lián)，因此，所有的定期排污管放水、主蒸汽管道疏水和事故放水、過熱器疏水、均接入定排擴容器，擴容閃蒸后二次蒸汽直接排入大氣，排污水流入地下水箱。地下水箱配有2臺水泵，將水送回熱網(wǎng)。但水泵的運行環(huán)境較差，經(jīng)常因故障而無法運行，造成地下水箱滿溢后，疏水被排入污水井。

圖2 改造前機組的定排擴容器

排污系統(tǒng)存在的主要問題，是定排擴容器內的閃蒸汽沒有被回收，直接被排入大氣，造成了熱損失和熱污染，而且污水的利用率非常低。

2 系統(tǒng)改造及方案

對機組排污及疏放水系統(tǒng)所有管線、閥門及老舊設備進行更換。在機組排污系統(tǒng)中，采用抗沖刷性的專用排污閥，更換了專用的汽輪機疏水閥門，從源頭上緩解排污及汽輪機疏水閥門使用壽命較短的問題。

采用2套帶排水自動控制的連排擴容器替換原連排擴容器，新的連排擴容器可自動反饋液位信號，從而控制電動調節(jié)閥的開度，實現(xiàn)了排水時的恒液位運行，確保罐體內始終維持一定的水位，確保連排水的閃蒸汽進入除氧器被回收利用。同時，在擴容器頂部排汽口加裝單向閥，防止電動調節(jié)閥出現(xiàn)故障時除氧水箱蒸汽的回流。改造后的閉式疏水回收裝置，如圖3所示。

圖3 改造后的閉式疏水回收裝置

3 設備改造及安全措施

3.1 改造方案及運行控制

拆除原來的膨脹器和疏水箱，在原地安裝1套新型閉式疏水回收裝置替代，當各管路的汽、水進入該裝置后,利用液位信號控制變頻水泵的運行。自動控制系統(tǒng)可實現(xiàn)高水位雙泵啟動，若在超高水位時，可自動打開底部的電動排水閥，液位恢復正常后，將自動關閉排水閥，并恢復單泵運行。在水泵出口和電動三通閥之間，還安裝了1套電導率在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過設定的電導率參數(shù)，控制電動三通閥的開啟。當測得電導率高于設定值時，開啟鍋爐排污回收裝置，當測得電導率低于設定值時，將汽水送往除氧器。位于裝置頂部的排汽口與鍋爐排污回收裝置相連，避免了乏汽直接排向大氣，減少了汽水損失。

3.2 設備性能及運行特點

閉式疏水回收裝置的形狀與傳統(tǒng)的方形水箱不同，采用了上下封頭的立式罐體形式，并按壓力容器的要求進行設計和制造，在一定壓力下，便于罐體內乏汽的回收。在罐體的下部安裝了2臺疏水泵(1用1備)，一體化設計的罐體和水泵均置于整體為槽鋼的底座上，并配備了自動控制系統(tǒng)，可按工藝要求自動運行。罐體內設除污裝置，可濾除水中雜質，底部出水口設有防水泵汽蝕裝置，確保罐內各部分的汽水混合比，可有效避免因水溫過高而造成的水泵汽蝕[3]。在電控柜上，可根據(jù)運行情況，選擇手動或自動運行，也可選擇水泵為變頻運行或工頻運行。

3.3 安全措施

該設備按壓力容器標準進行設計和制造，設計參數(shù)高于國家標準。運行時，在裝置頂部的排氣閥保持常開，確保設備不超壓。同時，設有雙泵啟動和超水位的緊急排放，具有蜂鳴報警功能，確保罐體水位在正常范圍之內。

3.4 定排擴容器系統(tǒng)的改造

改造后鍋爐的排污回收裝置，如圖4所示。

圖4 改造后鍋爐排污回收裝置

3.4.1 運行流程及控制

采用2套鍋爐排污回收裝置，替代了原有2臺傳統(tǒng)的定排擴容器。2套新增設備并聯(lián)使用，可互為備用。在保留定排擴容器功能的前提下，增加了汽水混合和輸送功能，通過自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能化運行。該裝置采用采暖熱網(wǎng)水和常溫工藝水作為冷卻介質，與連排擴容器排水、疏水箱排汽、疏水箱不合格水、鍋爐定期排污水、事故放水、汽機疏水、啟爐前期排汽等混合冷凝成熱水后，再由水泵送入采暖熱網(wǎng)。

從圖4可知，為適應部分汽水排放時存在間歇性和偶然性的特點，將冷卻水分三路進入設備，以滿足負荷變化和運行安全的需求，其中一路約為18℃的常溫水，當在定期排污、主蒸汽管道疏水等汽量大時開啟，通過溫度信號控制電動閥門的開啟和關閉。另兩路采用約55℃的熱網(wǎng)回水作為冷卻介質，以滿足運行時連續(xù)性排放汽水的需求，是蒸汽采暖系統(tǒng)或連排擴容器的來水。

3.4.2 結構特點

回收裝置配備了2臺疏水泵(1備1用)。每套裝置均配備了自動控制系統(tǒng)，在罐內頂部設有三層低壓霧化噴頭，可在上部空間形成均勻致密的水霧層，并在中部形成環(huán)形的水幕層。當上升的蒸汽通過水幕層及上部水霧層時，蒸汽就被冷凝。機組定期排污及壓力較高的汽水，通過汽水分布器減壓后，再被均勻地散布在回收裝置的吸收腔內。在底部出水口處，還設有防水泵汽蝕裝置，當水溫過高時，可有效避免水泵汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

3.4.3 安全措施

鍋爐排污回收裝置承擔了定期排污、事故放水、汽機疏水帶來的壓力沖擊。因此，在設備設計制造時，采取了多種技術措施以確保裝置的安全運行。運行時，在裝置頂部的排汽口始終與大氣相連，確保冷卻水系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時不超壓。在自控系統(tǒng)中，設置了多個液位動作點。低負荷時，運行1臺水泵即可，隨著負荷增大或水位升高，系統(tǒng)將啟動雙泵運行，增加排水能力。同時，三路冷卻水的進水電動閥，也會依次動作以控制進水量，到達設定的極限高液位時，底部的緊急排水閥將被打開，直接對外放水并蜂鳴報警，此時，該裝置的工作狀態(tài)與傳統(tǒng)定排擴容器無異。當液位下降至正常水位時，系統(tǒng)將自動恢復正常運行。

4 節(jié)能效果和評估

5 結 語

改造方案完成后，經(jīng)長時間的運行驗證，此改造方案較適合北方地區(qū)承擔城市供暖任務的熱電機組，也適合大型工礦企業(yè)的自備電廠。但在該改造方案中，應將冷卻水進口處的開關型電動球閥，改為電動調節(jié)閥，可依據(jù)水溫變化調節(jié)進水量的大小。而且，改造所涉及的設備，均有單獨的控制系統(tǒng)，沒能與機組DCS連通，不利于集控，也沒有安裝完備的計量儀器，如流量計、溫度計等，所以，對系統(tǒng)的節(jié)能節(jié)水效果，不能準確地進行定量分析。