鍋爐啟動(dòng)排汽回收技術(shù)構(gòu)建和應(yīng)用

李森林

（上海金聯(lián)熱電有限公司，上海 201506）

引言

熱電廠的運(yùn)營(yíng)負(fù)荷與用戶使用蒸汽量的多少密切相關(guān)，事實(shí)是白天供熱量多，晚上供熱量少；冬季供熱量多，夏季供熱量少，這使得熱電廠鍋爐在一年內(nèi)發(fā)生多次開啟和停運(yùn)。

熱電廠由于受到容量、投資和管道布置等多方面因素的影響，多會(huì)采用單母管制系統(tǒng)[1]136-139，為滿足發(fā)電機(jī)組的蒸汽參數(shù)要求，該系統(tǒng)會(huì)造成鍋爐在每次升停爐過(guò)程中存在大量的蒸汽浪費(fèi)、產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音污染。噪音污染在工業(yè)領(lǐng)域中危害較大，特別是在鍋爐使用企業(yè)，不僅會(huì)損害員工身心健康，還會(huì)對(duì)周邊居民生活環(huán)境造成嚴(yán)重影響[2]。鍋爐排汽噪音是低頻噪音，治理困難，為此很多鍋爐使用企業(yè)不得不采取高成本的降噪措施[3]。

本文以某熱電廠為研究對(duì)象，開展項(xiàng)目調(diào)研與分析，以鍋爐啟動(dòng)排汽回收為切入點(diǎn)，通過(guò)設(shè)備選型解決排汽浪費(fèi)和噪音污染問(wèn)題，并對(duì)節(jié)能降噪效果和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)估。

1 項(xiàng)目調(diào)研與分析

某熱電廠有3臺(tái)CFB循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐參數(shù)為：額定流量130 t/h，額定壓力9.8 MPa，額定溫度535+5-10℃。主蒸汽管道采用單母管制系統(tǒng)，由主蒸汽母管將蒸汽分配給3臺(tái)純背壓機(jī)發(fā)電組和4臺(tái)減溫減壓器。主要運(yùn)行方式為：鍋爐的主蒸汽管道（9.8 MPa、535+5-10℃）經(jīng)過(guò)純背壓機(jī)組或者減溫減壓器后向熱網(wǎng)用戶提供0.98 MPa、280℃的過(guò)熱蒸汽。鍋爐根據(jù)供熱量需求而采取相應(yīng)的鍋爐啟停方式，每次鍋爐啟動(dòng)升爐時(shí)，為了使蒸汽達(dá)到并入母管的要求和發(fā)電機(jī)組進(jìn)汽參數(shù)的要求，通過(guò)啟動(dòng)排汽管向空排出蒸汽[4]，隨著升爐時(shí)間的推移，鍋爐蒸汽溫度、壓力等參數(shù)都會(huì)增加（如圖1所示），不但浪費(fèi)了大量的蒸汽，還會(huì)產(chǎn)生噪音[5]，此過(guò)程一般會(huì)持續(xù)3～5 h[6]。

1.1 蒸汽浪費(fèi)問(wèn)題

鍋爐啟動(dòng)時(shí)，蒸汽的壓力達(dá)9.5 MPa、額定溫度達(dá)500℃才能夠并入主蒸汽母管[6]。根據(jù)圖1所示的鍋爐升爐曲線和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際升爐統(tǒng)計(jì)，每次鍋爐啟動(dòng)會(huì)造成約100 t鹽水及其熱值的浪費(fèi)。

1.2 升爐排汽噪音問(wèn)題

該熱電廠鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中需要通過(guò)啟動(dòng)排汽管道向空排放大量蒸汽，而蒸汽壓力、溫度和流量會(huì)逐漸升高。雖然在啟動(dòng)排汽管道的末端裝設(shè)有新型小孔噴注型消音器[5]，但仍然經(jīng)常有附近居民反映噪音很大。該熱電廠在2#鍋爐、3#鍋爐升爐過(guò)程中詳細(xì)進(jìn)行了廠界噪音的測(cè)量，如圖2所示。結(jié)果表明，噪音值超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)晝間不超過(guò)65 dB、夜間不超過(guò)55 dB的要求[7]。

總之，必須從節(jié)約能源和降低噪音兩方面，對(duì)鍋爐升爐過(guò)程產(chǎn)生的啟動(dòng)排汽進(jìn)行回收利用，以實(shí)質(zhì)性地解決問(wèn)題。

圖1 鍋爐蒸汽溫度、壓力隨著時(shí)間的變化

圖2 不同蒸汽壓力、流量下的噪音測(cè)量值

2 設(shè)備選型

進(jìn)一步實(shí)地調(diào)查和分析該熱電廠的汽水系統(tǒng)，如圖3所示。

該熱電廠供熱參數(shù)見第1章。此外，蒸汽流量為0～60 t/h。

2.1 減溫減壓器選型

選擇一臺(tái)原有的減溫減壓器，作為鍋爐啟動(dòng)排汽回收論證依據(jù)。以啟動(dòng)排汽最高參數(shù)計(jì)算出減溫減壓器的參數(shù)。

已知條件：新蒸汽流量60 t/h，壓力9.8 MPa，溫度525℃；減溫水壓力14.5 MPa，溫度158℃，由鍋爐給水；雙減后，蒸汽壓力0.98 MPa，溫度280℃。物質(zhì)平衡式和熱平衡式[1]199-205為

其中，Dzq—新蒸汽流量，kg/h；Dps—減溫水流量，kg/h；Djwy—雙減后蒸汽量，kg/h；—未蒸發(fā)減溫水所占份額（0.3～0.35）；h0—新蒸汽焓，kJ/kg；hjwy—雙減后蒸汽焓，kJ/kg；hps—減溫水焓，kJ/kg；h′jwy—雙減后飽和水焓，kJ/kg。

根據(jù)焓熵表查得：hjwy=3009.59 kJ/kg，h0=3439.88 kJ/kg，hps=675.16 kJ/k g，h′jwy=758.73 kJ/kg。計(jì)算得：Dps=16 692.78 kg/h，Djwy=70 850.3 kg/h。該熱電廠有3臺(tái)減溫減壓器的流量都大于計(jì)算值，且其一次、二次過(guò)熱汽壓力、溫度都符合啟動(dòng)排汽回收利用。

以1#減溫減壓器為例，進(jìn)行安全閥論證。根據(jù)啟動(dòng)排汽特性，論證1#減溫減壓器的安全閥是否可用。通流量公式[8]為

圖3 主蒸汽管道示意圖

該熱電廠1#減溫減壓器額定流量為70 t/h，流量調(diào)節(jié)范圍為額定流量的10%～100%，啟動(dòng)排汽最大蒸汽量為60 t/h。初步確定可以將1#減溫減壓器作為3臺(tái)鍋爐升停爐的汽水回收設(shè)備。

2.2 新增管道選型

根據(jù)鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量參數(shù)，即額定壓力9.8 MPa、最大溫度540℃，初步選擇啟動(dòng)排汽回收至1#減溫減壓器之間的管道。管道材料選用合金鋼12Cr1MoV[8]，選用設(shè)計(jì)壓力取10.3 MPa[8]。管道尺寸選擇公式為

2.3 投資回報(bào)周期

根據(jù)章節(jié)2.1和2.2的研究論證，可以初步得出管道等材料的規(guī)格和數(shù)量。此時(shí)，進(jìn)行以下工作：

（1）對(duì)設(shè)計(jì)費(fèi)用、管道和閥門費(fèi)用、保溫費(fèi)用、施工費(fèi)用、檢測(cè)費(fèi)用進(jìn)行詢價(jià)和評(píng)估，需投資約23萬(wàn)元。

（2）節(jié)能回收費(fèi)用根據(jù)鍋爐升爐曲線（即圖1）和該熱電廠歷年運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。平均每次回收蒸汽約95 t，焓值3 178.38 kJ/kg。將回收熱值折算成標(biāo)煤量M，即

取標(biāo)煤價(jià)格800元/t，平均每年升停爐13次，則每年回收費(fèi)用為10.72萬(wàn)元。忽略資金時(shí)間價(jià)值的影響，靜態(tài)投資回收期約為2.14年。

3 應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目實(shí)施

圖4 蒸汽管道示意圖

根據(jù)該熱電廠實(shí)際情況進(jìn)行了項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工。將原1#減溫減壓器與母管進(jìn)行切割分離，3臺(tái)鍋爐的主蒸汽母管在并爐閥前分別引出一路管道至1#減溫減壓器。項(xiàng)目施工完成后的蒸汽管道示意圖如圖4所示。其中，新增了啟動(dòng)排汽回收管道，管道通徑為φ168 mm×14 mm，設(shè)計(jì)壓力為10.3 MPa，設(shè)計(jì)溫度為545℃，管道材質(zhì)為12Cr1MoVG，三只閥門采用電動(dòng)焊接閘閥，型號(hào)為Z962Y-P54140V，DN150，截止閥實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程DCS操作。

3.2 項(xiàng)目運(yùn)行

改造后鍋爐升爐過(guò)程運(yùn)行流程如下：

（1）鍋爐升爐時(shí)，若啟動(dòng)排汽參數(shù)低于供熱參數(shù)，則打開原有啟動(dòng)排汽管道，通過(guò)原啟動(dòng)排汽管道的消音器向空排出；

（2）以任意一臺(tái)鍋爐升爐為例，若啟動(dòng)過(guò)程中蒸汽參數(shù)高于供熱參數(shù)0.98 MPa、280℃，則只需要關(guān)閉向空排汽閥和并爐閥，將該鍋爐新增的閥門打開，通過(guò)減溫減壓器向用汽單位提供熱能產(chǎn)品。當(dāng)該鍋爐的主蒸汽參數(shù)滿足并爐要求時(shí)，關(guān)閉新增的閥門，打開并爐閥門即可。改造后的噪音測(cè)量值如圖5所示。

3.3 運(yùn)行注意事項(xiàng)

圖5 改造后的噪音測(cè)量值

（1）鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)同時(shí)對(duì)集汽集箱出口到并爐閥之間的主蒸汽管道進(jìn)行暖管，暖管速度應(yīng)使溫升不超過(guò)1～1.5℃/min；

（2）暖管時(shí)，可以用初期的啟動(dòng)排汽進(jìn)行，但一定要加強(qiáng)疏水，避免主蒸汽管道振動(dòng)；

（3）要嚴(yán)密監(jiān)視汽包的壁溫差，使其低于40℃[6]，防止汽包受熱不均；

（4）鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，需要嚴(yán)密監(jiān)視水冷壁、過(guò)熱器等受熱面的溫度，防止水循環(huán)不良而過(guò)熱；

（5）當(dāng)啟動(dòng)鍋爐的壓力比母管壓力低0.2～0.3 MPa、溫度比額定值低25℃左右時(shí)[6]，可以停止啟動(dòng)排汽回收，使之并入母管。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種鍋爐啟動(dòng)排汽回收技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、設(shè)備選型等技術(shù)改造措施，節(jié)約了投資成本，提高了資源利用效率。

項(xiàng)目實(shí)施后，不但減少了水及熱能的浪費(fèi)，還有效杜絕了噪音擾民的情況，對(duì)行業(yè)節(jié)能降噪有一定的參考意義。