鍋爐排污熱能綜合利用及效益分析

張小平

摘 要：近年來，我們國家在工業(yè)鍋爐的生產(chǎn)和制造技術(shù)上取得了很大進(jìn)步， 有的鍋爐成品和技術(shù)甚至打入了國際市場. 然而在鍋爐輔助控制裝置部分相對來講還比較落后。本文從鍋爐排污的概念、綜合利用、節(jié)能排污用等方面進(jìn)行了闡述和說明，以達(dá)到重視工業(yè)鍋爐，尤其是電站鍋爐排污、安全生產(chǎn)、節(jié)約能源的目的。

關(guān)鍵詞：排污；熱能；綜合利用

一、鍋爐排污的概念

1、為了控制鍋爐鍋水的水質(zhì)符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，使?fàn)t水中雜質(zhì)保持在一定限度以內(nèi)，需要從鍋爐中不斷地排除含鹽、堿量較大的爐水和沉積的水渣、污泥、松散狀的沉淀物，這個過程就是鍋爐排污。

2、工業(yè)鍋爐排污可分連續(xù)排污和定期排污兩種方式：連續(xù)排污又稱表面排污，要求連續(xù)不斷地從爐水鹽堿濃度最高部位排出部分爐水，以減少爐水中含鹽、堿量，含硅酸量及處于懸浮狀態(tài)的渣滓物含量，所以連排管設(shè)在正常水位下80～100mm處，定期排污主要排除爐內(nèi)水渣及泥污等沉積物，所以其排污口多設(shè)置在鍋筒的下部及聯(lián)箱底部。定期排污操作過程時間短暫，應(yīng)當(dāng)選擇在鍋爐高水位、低負(fù)荷或壓火狀態(tài)時進(jìn)行排污。在小型鍋爐上，通常只裝設(shè)定期排污。

二、目前我國鍋爐排污運(yùn)行狀態(tài)

近20 年以來， 我們國家在工業(yè)鍋爐的生產(chǎn)和制造技術(shù)上取得了很大進(jìn)步， 有的鍋爐成品和技術(shù)還打入了國際市場. 然而在鍋爐輔助控制裝置部分相對來講還比較落后， 控制水平較低. 特別是在鍋爐的連續(xù)排污控制方面， 到目前為止國內(nèi)絕大多數(shù)的工業(yè)蒸汽鍋爐還是采用落后的手動控制方式. 一方面鍋爐連續(xù)排污的手動控制方式降低了鍋爐整體的控制水平， 另一方面在鍋爐運(yùn)行時控制不穩(wěn)定而且滯后給鍋爐的運(yùn)行帶來安全隱患要么會因過量排污造成巨大的能源浪費(fèi)， 增加鍋爐的燃料耗量， 增加了鍋爐的運(yùn)行成本； 要么由于排污量不足不能保證鍋爐內(nèi)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)， 容易發(fā)生汽水共騰現(xiàn)象， 產(chǎn)生虛假水位， 導(dǎo)致鍋爐水位控制系統(tǒng)誤操作甚至造成低水位停爐. 這樣就會嚴(yán)重影響鍋爐供汽的安全性和穩(wěn)定性。

工業(yè)蒸汽鍋爐的連續(xù)排污控制問題是當(dāng)務(wù)之急. 而其最好的解決方案就是采用鍋爐表面連續(xù)排污自動控制方式， 這是提高鍋爐控制水平， 節(jié)能降耗， 保障鍋爐高效穩(wěn)定安全運(yùn)行的重要手段之一。

三、排污的作用

鍋爐運(yùn)行時，鍋水中所含的各種雜質(zhì)會不斷析出。如果不及時加以排除，日久積厚在鍋爐受熱面上，影響傳熱效果，不但浪費(fèi)燃料，而且引起受熱熱面金屬過熱，甚至燒壞，發(fā)生事故。為了控制鍋爐鍋水的水質(zhì)符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，使?fàn)t水中雜質(zhì)保持在一定限度以內(nèi)，需要從鍋爐中不斷地排除含鹽、堿量較大的爐水和沉積的水渣、污泥、松散狀的沉淀物，達(dá)到安全運(yùn)行的目的。

四、鍋爐排污率的計算方法

為了控制鍋爐鍋水的水質(zhì)符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，使?fàn)t水中雜質(zhì)保持在一定限度以內(nèi)，需要從鍋爐中不斷地排除含鹽、堿量較大的爐水和沉積的水渣、污泥、松散狀的沉淀物，這個過程就是鍋爐排污。鍋爐排污量的大小，與給水的品質(zhì)直接有關(guān)。給水的堿度及含鹽量越大，鍋爐所需要的排污量愈多。

1、排污率的計算：

鍋爐排污的指標(biāo)用排污率表示，排污率即排污水量（Q污）占鍋爐蒸發(fā)量（Q汽）的百分?jǐn)?shù)。如下式表示：K=Q污/Q汽×100%

當(dāng)鍋爐水質(zhì)穩(wěn)定時，根據(jù)物量平衡的關(guān)系可知，某物質(zhì)隨給水帶入爐內(nèi)的量等于排污水排掉的量與飽和蒸汽帶走的量之和。則

（Q污+Q汽）×S給=Q汽×S汽+Q污×S污

式中S給、S汽、S污分別表示給水中、飽和蒸汽中、排污水中某物質(zhì)的含量，式中的S值可以按含鹽量，也可按某一組分（如堿度、氯離子）的含量來計算。則

K=Q污/Q汽=（S給-S汽）/（S污-S給）×100%

2、排污率計算要注意以下三點(diǎn)：

（1）排污率計算可按堿度或氯離子（氯離子與含鹽量有較固定的比例關(guān)系，通常用氯離子代替含鹽量）分別計算排污率，最后取其中較大的數(shù)值做為排污率，一般供熱鍋爐的排污率應(yīng)控制在10%以下。

（2）對于容量較大的鍋爐，由于其汽水分離裝置效果好，蒸汽的濕度很小。這樣飽和蒸汽中的含鹽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于給水中的含鹽量，所以在這類鍋爐的排污率計算中均可以忽略蒸汽中的含鹽量，即

K=S給/（S污-S給）×100%

（3）對于大多數(shù)工業(yè)鍋爐，特別是汽包容積小，汽水分離裝置簡單，飽和蒸汽的帶水量較大的工業(yè)鍋爐，蒸汽濕度常在3%左右，（與排污率控制在5%～10%的范圍比較，已經(jīng)是不算低了）這種條件下計算鍋爐排污率時不能忽略蒸汽中的含鹽量。因為

K=（S給-S汽）/（S污-S給）=CL-給/（CL-污-CL-給）-

CL-汽/（CL-污-CL-給）

這里CL-汽/CL-污為蒸汽濕度，CL-污=CL-鍋爐水即排污水中的氯離子含量等于鍋水中的氯離子含量，式中CL-給、CL-污、CL-汽、CL-鍋爐水分別表示給水中、排污水中、飽和蒸汽中、爐水中氯離子的含量?？梢姡绻雎粤苏羝械暮}量，則計算所得的排污率將偏大（差值大于蒸汽濕度）。工業(yè)鍋爐的排污率每增大1%，燃料的消耗量就增加0.3%。這樣就浪費(fèi)了燃料且不能正確評價鍋爐的能源消耗及綜合管理水平。

五、電廠低溫余熱利用技術(shù)

1、汽水系統(tǒng)余熱利用技術(shù)

目前在鍋爐汽水系統(tǒng)的余熱回收利用上主要有兩個方面：一是將連排水直接引入到加熱器中用于加熱鍋爐給水，這種方式為常規(guī)的余熱利用方式，利用效率較低；二是利用火電廠鍋爐連排水中剩余的高品位熱能進(jìn)行做功，再驅(qū)動發(fā)電機(jī)生產(chǎn)電能，輸出的水汽混合物再送至熱水站，用于生產(chǎn)供居民使用的熱水或供暖，這種方式能夠使余熱得到充分回收利用。這里的發(fā)電裝置是利用連排水余熱加熱螺桿膨脹動力機(jī)，再通過聯(lián)軸器帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的熱能利用系統(tǒng)。

做功完后排出的高溫水汽混合物首先進(jìn)入機(jī)內(nèi)陰陽螺桿齒槽A，使螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動，齒槽A逐漸旋轉(zhuǎn)至B、C、D位置，在此過程中由螺桿封閉的容積逐漸增大，熱水得以降壓、降溫而膨脹做功，最后從后端齒槽E排出，而做功產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動力由陽螺桿通過聯(lián)軸器輸出給發(fā)電機(jī)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。螺桿膨脹發(fā)電機(jī)具有很好的適應(yīng)能力，在過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水混合物以及高鹽分低品質(zhì)的流體條件下都能表現(xiàn)出較好的性能，因而在鍋爐連排水壓力波動、溫度和流量不均衡的情況下可以很好地運(yùn)行，而且可以實現(xiàn)無人值守。

2、 鍋爐排煙系統(tǒng)的余熱利用技術(shù)

火電廠中排煙損失的熱能占了煤炭產(chǎn)生總熱能的5%～12%，占鍋爐總熱損失的80%甚至更高，因此鍋爐尾部煙氣余熱損失是火電廠余熱利用的重點(diǎn)。一般而言，排煙溫度每升高10℃，就會增加0.6%～1.0%的熱損失，這樣換算成煤電比則每度電增加煤耗2克左右。

我國在運(yùn)的火電廠中，鍋爐排煙溫度一般都在125℃～150℃之間，排煙溫度偏高而導(dǎo)致的熱能損失已經(jīng)成為火電廠面臨的困境之一。而目前對這部分余熱的回收大多采用的是在排煙系統(tǒng)中安裝煙氣冷卻器，通過空氣或水等導(dǎo)熱介質(zhì)將余熱傳輸至鍋爐給水系統(tǒng)或進(jìn)氣系統(tǒng)，對助燃空氣、冷凝水進(jìn)行加熱而達(dá)到節(jié)能的目的。但是由于煙氣冷卻之后會使煙氣中的部分SO2等酸性腐蝕性氣體結(jié)露而對管壁等造成腐蝕，因而在實際應(yīng)用中仍有很多問題需要解決。

近年來在歐美國家開始應(yīng)用的煙氣深度冷卻器可以大幅度地降低煙氣溫度，曾經(jīng)在丹麥應(yīng)用時有過排煙溫度由190℃降低到90℃的記錄，表現(xiàn)出了顯著的節(jié)能效果。經(jīng)過該冷卻器的高溫?zé)煔夂推鋬?nèi)部翅片管束中的冷水進(jìn)行熱置換，使水得到加熱。

這種將冷卻器按照高、低溫段分開布置，并將高溫段布置在除塵器之前，將低溫段布置在除塵器之后的方式，能夠通過布置于除塵器之前的高溫段冷卻器將煙氣溫度降至120℃左右，從而提高其后面除塵器的效率，使其除塵效果更好、能耗更低，并且對使用布袋式除塵器的裝置而言，由于進(jìn)入的煙氣溫度降低可以延長其使用壽命；而位于除塵器之后的冷卻器則可以對煙氣進(jìn)行深度冷卻，并將余熱充分利用。

采用這種冷卻器布置策略的余熱回收裝置主要使用于以下三種情況：一是除塵器采用布袋式除塵器而對煙氣溫度較敏感的新建工程中；二是除塵器進(jìn)氣溫度在130℃～150℃之間或更高，而且增壓風(fēng)機(jī)有400Pa上下裕量的改造工程中；三是煙氣溫度在130℃上下，在除塵器后方安裝高低溫一體型冷卻器空間不夠，且增壓風(fēng)機(jī)有400Pa上下裕量的改造工程中。

除了以上介紹的布置方式外，該冷卻裝置的高、低溫段還可以合為一體布置于除塵器之后或是高、低溫分開而布置于除塵器之后，具體采取何種方式布置要根據(jù)現(xiàn)場實際情況、具體需求來進(jìn)行優(yōu)選，從而使其達(dá)到最佳的余熱綜合利用效果，實現(xiàn)節(jié)能降耗、控制發(fā)電成本的目的。

結(jié)語：

火電廠鍋爐的綜合利用技術(shù)的推廣和應(yīng)用，不僅可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，同時能夠提高火電廠的能力，這既有利于電廠節(jié)約成本、提升競爭力和完成環(huán)保義務(wù)，同時又符合國家關(guān)于轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、節(jié)能減排的發(fā)展思路。隨著科技的發(fā)展必將會有更加有效的回收利用技術(shù)出現(xiàn)，因此我們有理由相信，未來更加多元和先進(jìn)的余熱利用技術(shù)必將對火電企業(yè)的運(yùn)行和效益模式帶來深刻的變革。