蒸汽鍋爐排污的最優(yōu)節(jié)能控制

唐章富

（河鋼邯鋼能源中心，河北邯鄲 056003)

1 最優(yōu)節(jié)能排污控制的作用原理

蒸汽鍋爐最優(yōu)排污節(jié)能控制是對鍋爐水中的含鹽量進(jìn)行有效控制，這樣不僅能夠保證蒸汽鍋爐的運(yùn)行具有較高安全性，而且還能最大限度降低蒸汽鍋爐生產(chǎn)過程中的排污量，從而有效實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能控制目標(biāo)。

從作用機(jī)理角度而言，在蒸發(fā)作用下鍋爐水具有的鹽濃度逐漸上升，所以可以對蒸汽流量D進(jìn)行測試，然后根據(jù)具體公式計(jì)算出想要保證鍋爐水鹽濃度達(dá)到平衡狀態(tài)時，具體排污流量W的計(jì)算見式（1）。

式中，SP表示鍋爐在運(yùn)行狀態(tài)下所允許鍋爐水中鹽含量，Sg代表補(bǔ)給水中鹽含量。

將蒸汽流量D連續(xù)調(diào)節(jié)排污法具有的開度作為依據(jù)，能夠保證排污流量W的具體數(shù)值隨著蒸汽流量D的變化而變化，從而呈現(xiàn)出完整的排污流量與蒸汽流量比例控制系統(tǒng)。這樣可以保證在排污量最小的環(huán)境下，鍋爐水中具有的鹽濃度始終保持在允許范圍內(nèi)的最大值，從而使蒸汽鍋爐節(jié)能減排效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。

在蒸汽鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中，不僅鍋爐表面需要排污，鍋爐底部的沉積物也需要定期排污。然而在傳統(tǒng)排污方式開展過程中，排污數(shù)量和排污時間都是由人工決定，缺乏必要的科學(xué)性，導(dǎo)致鍋爐水中的鹽濃度無法準(zhǔn)確控制。與此同時，具有明顯變化性的因素還有鍋爐給水的鹽濃度Sg，從而導(dǎo)致公式具有的比例關(guān)系發(fā)生變化。為了將這個問題有效解決，使鍋爐水中具有的鹽濃度保持在穩(wěn)定狀態(tài)，不僅要根據(jù)式（1）的比例關(guān)系構(gòu)建開環(huán)補(bǔ)償控制系統(tǒng)，還需要增設(shè)電導(dǎo)率閉環(huán)控制回路系統(tǒng)，將控制鍋爐水的電導(dǎo)率作為目標(biāo)，并對其按照比例—積分—微分的控制方式進(jìn)行計(jì)算，調(diào)整排污流量，從而有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排控制目標(biāo)[2]。

2 最優(yōu)節(jié)能排污控制系統(tǒng)

如圖1所示，該系統(tǒng)中只有兩個控制通道，其中一組系統(tǒng)根據(jù)蒸汽鍋爐具有的實(shí)際蒸汽流量，結(jié)合式（1）具有的比例關(guān)系，對實(shí)際排污流量進(jìn)行控制，使其形成開環(huán)的前饋控制通道。另一組系統(tǒng)對控制器A進(jìn)行掌控，將給定值與通過導(dǎo)電率測量出的數(shù)值進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制回路。然后這兩組系統(tǒng)在加法運(yùn)算器的作用下有效結(jié)合，組成一套完整的前饋—反饋復(fù)合系統(tǒng)，對蒸汽鍋爐排污量進(jìn)行控制。這樣的方式能夠?qū)Ω鞣N影響因素進(jìn)行合理控制，從而使鍋爐水具有的鹽濃度始終被控制在額定范圍內(nèi)。

圖1 最優(yōu)節(jié)能排污控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖

根據(jù)對式（1）的分析能夠知道，想要保證前饋控制通道有效運(yùn)行，必須保證各執(zhí)行器具有較高的連續(xù)控制能力，特別是針對使用兩位式開關(guān)閥的系統(tǒng)，必須將閥位變速器設(shè)置其中，從而在閥位反饋的控制作用下，使調(diào)節(jié)閥具有的開合度能夠滿足控制信號在連續(xù)作用下具有的變化需求。與此同時，為了使控制信號具有的線性跟隨需求能夠在排污流量的作用下得到有效控制，應(yīng)該將圖1中控制器B作為副調(diào)節(jié)器，并且通過與排污閥組、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、排污流量計(jì)組成完善的副環(huán)反饋回路，這樣控制器B就能與控制器A組成電導(dǎo)率—排污流量串級控制系統(tǒng)。

根據(jù)圖1的設(shè)計(jì)原理將其運(yùn)用在我國某企業(yè)次高壓蒸汽鍋爐相關(guān)工作中，可以與鍋爐系統(tǒng)中原有的DCS裝置有效結(jié)合，組成完整的前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)試，從而使控制蒸汽鍋爐排污效果達(dá)到令人滿意的程度。如圖2所示，根據(jù)對前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)中DCS運(yùn)行趨勢記錄曲線畫面截圖展開的大量實(shí)際調(diào)查分析能夠明確了解，該圖中最上方曲線代表的是蒸汽鍋爐實(shí)際排污量，中間曲線代表的是產(chǎn)生蒸汽的流量，下方曲線代表的是蒸汽鍋爐水具有的實(shí)際導(dǎo)電率。通過分析可知，蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量直接影響排污流量大小，因此有效控制蒸汽流量，能夠?qū)崿F(xiàn)對鍋爐水進(jìn)行按需稀釋的目標(biāo)。除此之外，針對鍋爐水區(qū)的鹽濃度以及鍋爐實(shí)際排污能力而言，會對蒸汽鍋爐排污節(jié)能控制產(chǎn)生一定影響，采用電導(dǎo)率閉環(huán)控制方式，能夠?qū)⑦@個問題有效解決。在圖2，5h的記錄過程中，能夠發(fā)現(xiàn)在連續(xù)控制作用下蒸汽鍋爐中鍋爐水具有的導(dǎo)電率變化范圍比較穩(wěn)定，最大值之間的變化幅度始終在±2.5%。

我國次高壓蒸汽鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求曾經(jīng)明確提出，在運(yùn)用目標(biāo)水源以及處理方法的環(huán)境下，固形物TDS的溶解與導(dǎo)電率之間有一定的比例關(guān)系，這種比值被稱為固導(dǎo)比，其中固形物可以定性為鍋爐水中的含鹽量。固導(dǎo)比的具體數(shù)值受到酸、堿、鹽實(shí)際種類的影響較大，電導(dǎo)率1μS/cm對應(yīng)的TDS含量在0.55～0.90mg/L。目前電導(dǎo)率控制指標(biāo)作為大部分企業(yè)蒸汽鍋爐自動排污技術(shù)的依據(jù)，結(jié)合利用人工進(jìn)行固形物TDS檢測作為附件模式來實(shí)現(xiàn)控制蒸汽鍋爐排污節(jié)能效果的有效手段。然而該企業(yè)卻一直將鍋爐水總堿度作為節(jié)能控制的主要依據(jù)，其中，總堿度主要指的是化驗(yàn)OH mol/L、CO3mol/L、HCO3mol/L三項(xiàng)濃度后相加。從該措施的原理角度進(jìn)行分析，鍋爐水中導(dǎo)電離子的數(shù)量能夠通過電導(dǎo)率呈現(xiàn)出來，因此也可以說明總堿度與TDS是通過兩種不同的方式對同一個問題進(jìn)行表述，二者具有相同的內(nèi)涵。根據(jù)對該廠蒸汽鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況展開的大量實(shí)際調(diào)查研究可知，當(dāng)蒸汽鍋爐水舊的電導(dǎo)率被控制在±25%時，通過人工分析得出的全堿度具有的變化范圍不超過±5%，這里之所以全檢都會出現(xiàn)大于電導(dǎo)率波動的現(xiàn)象，主要原因是鍋爐水中氯離子含量也會對電導(dǎo)率大小造成一定影響，并且在對鍋爐水質(zhì)進(jìn)行分析時，沒有將氯離子濃度與全堿度進(jìn)行綜合分析，而是作為兩個獨(dú)立存在的指標(biāo)分別進(jìn)行分析，從而使電導(dǎo)率儀全堿度對應(yīng)關(guān)系受到嚴(yán)重干擾。

通過對實(shí)踐分析展開的實(shí)際研究可知，該廠使用的蒸汽鍋爐排污方案具有較高的有效性和可行性，不僅使用的各項(xiàng)技術(shù)具有較高先進(jìn)性，而且最終的控制效果能夠始終保持在穩(wěn)定狀態(tài)。通過對該方式的有效利用，能夠比傳統(tǒng)通過人工手動排污方式減少20%～40%的排污量，保證蒸汽鍋爐中爐水的鹽度始終接近最大允許范圍，從而有效實(shí)現(xiàn)最優(yōu)節(jié)能控制目標(biāo)。

針對次高壓鍋爐排污量而言，行業(yè)中一般將排污控制在5%～10%之間作為合格標(biāo)準(zhǔn)，然而結(jié)合實(shí)際情況能夠發(fā)現(xiàn)，一部分企業(yè)在生產(chǎn)過程中軟化水具有的全堿度在2%以內(nèi)。我國鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求中規(guī)定，當(dāng)壓力在1.0～1.6PMa之間時，鍋爐中如果設(shè)有蒸汽過熱器，全堿度具有的最高值應(yīng)該保持在5%以內(nèi)。然而大部分企業(yè)對全堿度最大上限設(shè)置為13mol/L，這樣通過式（1）能夠計(jì)算出，即使嚴(yán)格按照最優(yōu)節(jié)能措施執(zhí)行，從理論上來看，不考慮人工因素影響，最低排污量也會達(dá)到20.4%，如果將人工影響因素結(jié)合其中，會使排污量增加30%，從而導(dǎo)致具有較高溫度和較高壓力的鍋爐水排放量超過6%，因此應(yīng)該將蒸汽鍋爐自動排污以及人工測定溶解固形物的方式有效結(jié)合，保證各項(xiàng)系統(tǒng)功能正常運(yùn)行，這樣才能使蒸汽鍋爐排污節(jié)能控制效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

3 結(jié)束語

對蒸汽鍋爐排污的最優(yōu)節(jié)能控制措施詳細(xì)分析和系統(tǒng)性研究。作為蒸汽鍋爐排污的最優(yōu)節(jié)能控制措施，不僅應(yīng)該結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)理念以及科學(xué)的技術(shù)措施，而且必須具備比較明顯的節(jié)能效果、節(jié)水效果。在此基礎(chǔ)上，將各種回收排污水余熱的措施結(jié)合其中，能夠使一臺6.08MPa，流量77t的次高壓鍋爐具有的熱效率提高。不僅如此，通過對蒸汽鍋爐排污措施的節(jié)能控制，能夠有效降低對水資源的利用，減少對水資源的處理費(fèi)用，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。