蒸汽锅炉的排污自动控制与排污热量回收.pdf

jie neng yu huan bao 2007.no.3月刊48 1 工业蒸汽锅炉运行效率 据统计， 目前全国在用工业锅炉超过5 0 万台。 其 中燃煤工业锅炉每年燃用煤炭约4 亿吨标准煤， 燃油 （气） 工业锅炉每年消耗燃料油约0 . 2 2 亿吨。 但我国工 业锅炉总体运行效率不高， 燃煤工业锅炉平均运行热 效率为6 5 % 左右， 燃油 （气） 工业锅炉平均运行热效 率为8 0 % 8 5 % 。 其中燃煤锅炉实际运行效率与设计热 效率相差1 0 1 5 个百分点， 由此可见工业锅炉还有很 大的节能潜力。 影响工业锅炉运行效率的因素有很多。 对蒸汽锅 炉来说， 由于锅炉给水中总是含有一定量的溶解固形 物， 在运行当中必须保证相当的排污量才能保证炉水 品质和蒸汽质量。 但这时锅炉所排出的是高温高压的 锅炉水， 含有从燃料中吸收的大量热量， 如能在保证 炉水品质和蒸汽质量的前提下， 最大限度的减少锅炉 排污量， 并进一步将排污水中的热量最大限度的回收 利用， 这是一个能提高锅炉热量利用率， 降低燃料成 本的有效措施。 一般来说， 只要采取合适的水处理工 艺和正确的连续排污控制方法， 工业蒸汽锅炉的排污 率不会超过1 0 % 。 但我国目前大部分的工业蒸汽锅炉， 由于连续排污的控制方法不当导致排污率高达2 0 % 3 0 % 。 再加上对排污的热量没有有效的回收或回收比例 低， 成为影响锅炉运行效率的主要因素之一。 2 工业蒸汽锅炉连续排污（t d s ）控制方法 2 . 1 工业蒸汽锅炉内的水质控制与连续排污 锅炉给水进入锅炉后， 随着炉水的蒸发， 炉水中 盐份含量越来越高， 当达到一定浓度后， 炉水会产生 泡沫， 发生汽水共腾并大大增加蒸汽的湿度， 严重时 会导致锅炉因低水位而停炉。 这种现象在锅炉高负荷 以及蒸汽负荷波动时显得特别突出。 所以必须把炉水 含盐量保持在允许范围内才能确保锅炉运行安全稳定。 控制炉水品质， 降低炉水含盐量的主要方法是在 锅炉运行时进行炉水的连续排污。 这种方法是不断地 把靠近锅内炉水蒸发表面含盐浓度高的炉水排放出炉 外， 同时锅炉补充含盐浓度相对较低的补给水。 很显 然， 通过连续排污可以使炉水的含盐量降低， 改善炉 水品质。 一台锅炉需要多少连续排污量才能达到国家 标准的要求， 必须通过化学分析和计算来确定。 如果 实际排污量大于计算排污量， 炉水品质提高， 但同时 也排放了含有大量热能的锅水， 增加了锅炉排污热损 失。 只有当实际锅炉排污量等于( 或接近) 计算排污量 时， 锅炉水的浓度保持稳定在国家工业锅炉水质标准 所规定的值附近， 才能既保证炉水品质， 又不会多排 污造成能源浪费。 2 . 2 锅炉连续排污的自动控制方法 一般工业锅炉都使用软化水作为补给水， 溶解于 蒸汽锅炉的排污自动控制与 葛震弘， 宋徐辉 （斯派莎克工程中国有限公司， 上海 2 0 0 2 3 3 ） 摘要 ： 对蒸汽锅炉的连续排污自动控制与人工手动控制方法进 行了分析对比， 阐明了连续排污自动控制方法在保障锅炉安全 稳定运行方面的优势和所能取得的巨大的经济效益。 同时阐明 了锅炉排污热量回收的有效方法， 并通过相关的举例计算直观 的显示了回收锅炉排污热量所能取得的巨大的经济效益。 关键词：锅炉排污自动控制 ；排污热量回收； 降低燃料成本 企业平台 企业平台 排污热量回收 jie neng yu huan bao 2007.no.3月刊49 水中的酸、 碱、 盐等电解质解离成正、 负离子， 使电 解质溶液具有导电能力， 其导电能力用电导率 （s / c m ） 表示， 锅炉水的电导率与炉水中电解质溶解 固型物 ( t d s ) 的含量成比例关系。 如将锅炉水样冷 却到摄氏2 5 度并将其碱性中和， 则锅水的电导率与溶 解固形物浓度之比大致为1 0 . 7 ( 即1 u s / c m 相当于0 . 7 m g / l ) ， 因此炉水的电导率可以直接反映炉水含盐量 的多少。 锅炉连续排污的自动控制方法 ( 如图1 ) ， 就 是通过电导率感应器连续测量炉水的实际电导率， 信 号输入到排污控制器与设定值相比较， 如果测量值低于 设定值， 则保持排污阀关闭 ； 如果测量值高于设定值则 输出信号到执行器打开排污阀进行排污， 直到炉水中溶 解固形物( t d s 值) 的浓度低于设定值才关闭排污阀。 锅炉连续排污的自动控制方法能够在锅炉运行时 连续检测炉水中的溶解固型物( t d s ) 的浓度， 自动补偿 温度对电导率的影响， 在任何工况下都可以使锅炉水 的溶解固型物( t d s ) 的含量控制在水质标准所要求的浓 度附近， 既保证炉水品质合格， 也使锅炉排污量最小， 有利于锅炉安全稳定运行， 节约燃料， 提高锅炉效率。 2 . 3 锅炉连续排污的自动控制与手动控制的比较 目前国内大多数工业锅炉的连续排污采用手动阀 图1 锅炉给水含盐量s g 锅炉炉水含盐量s p锅炉给水含盐量sg 锅炉排污量 w 1=锅炉蒸发量 d = 1 0 0 0 = 8 2 7 k g / h 3 0 0 3 9 2 5 3 0 0 门人工控制， 通常是在锅炉的连续 排污口安装一手动截止阀， 由炉水 化验员定期收取炉水水样用化学滴 定的方法检测氯根离子浓度和碱度， 根据检测结果通知锅炉操作人员打 开或关闭排污阀， 一般每班( 8 小时) 测试一次或两次。 事实上， 人工手 动控制的方法往往达不到控制炉水 品质的要求， 为了保证在两次炉水 取样化验期间使炉水浓度不超过标 准， 每次打开排污阀排污时都要将 炉水的控制指标排放到非常低的水 平， 即便如此也不能保证锅炉水在 锅炉给水含盐量s g 锅炉炉水含盐量s p锅炉给水含盐量sg 锅炉排污量 w 2=锅炉蒸发量 d = 1 0 0 0 = 1 3 6 3 k g / h 3 0 0 2 5 0 0 3 0 0 假设一台额定蒸发量为1 0 t / h 的工业蒸汽锅炉， 工作压力 1 . 0 m p a ，t d s 含量为 3 0 0 m g / l ，按照国标 规定，t d s 不能超过 4 0 0 0 m g / l 。 （1 ） 锅炉连续排污采用自动控制方式。 根据设定， t d s 浓度上升到 4 0 0 0 m g / l 时，系统自动打开排污控 制阀排污，浓度下降到3 8 5 0 m g / l 时停止排污， 该锅 炉炉水的平均溶解固形物的浓度可以控制在3 9 2 5 m g / l 左右。 根据排污公式计算可得到锅炉的排污量 ： （2 ） 锅炉连续排污采用手动人工控制。 其特点 是要将炉水t d s 值控制在更低的水平， 本例中， 控制 在 2 5 0 0 m g / l 。 根据排污公式计算可得到锅炉的排污量 ： （3 ） 从上述计算可以看出， 连续排污自动控制与 手动控制相比， 排污量减少了3 8 % 。 我们可以计算出这 台锅炉因采用自动控制排污而节约的锅炉运行成本 ： 1 . 0 m p a 饱和水的热焓值 h 1= 7 8 1 . 6 k j / k g ，如果 锅炉冷补给水的温度为1 5 ， 焓值为h 26 2 . 8 5 k j / k g ， 冷补给水加热到1 . 0 m p a 饱和锅水所需的热焓值 此期间合格。 因为当蒸汽负荷大时， 炉水的浓度上升 快， 而人工控制不能检测到实际炉水中溶解固形物的 变化情况， 也就无法及时打开或关闭排污阀， 不能很 好的控制炉水指标， 造成能源浪费。 在这里让我们以一个简单的例子来说明锅炉采用 连续排污自动控制系统所能产生的经济效益。 锅筒 b c v 3 0 排污控制阀 c p 3 0 电导率感应器 b c 3 2 0 0 连排控制器 jie neng yu huan bao 2007.no.3月刊50 为： h h 1h27 8 1 . 6 6 2 . 8 5 7 1 8 . 7 5 k j / k g 锅炉自动排污减少的排污量 w w 1 w2 1 3 6 3 8 2 7 5 3 6 k g / h 相当于减少排放的热量 q w h 5 3 6 7 1 8 . 7 5 3 8 5 2 5 0 k j / h 假设该锅炉以重油为燃料( 热值为4 2 0 0 0 k j / k g ) ， 锅炉效率为8 5 % ， 锅炉运行时间按一年运行3 0 0 天， 每 天运行2 4 小时计， 则可计算出因减少排污而节约的燃 料量 f ： f 3 8 5 2 5 0 4 2 0 0 0 8 5 % 2 4 3 0 0 7 7 6 9 7 k g / a 如果重油价格平均为3 0 0 0 元/ t ， 则每年可节约燃 油成本2 3 3 1 0 0 元。 3 工业蒸汽锅炉排污热量回收系统 3 . 1 工业蒸汽锅炉排污中所含有的热量 假设锅炉运行压力下的饱和水焓为q p w， 则锅炉 排污水的热量 q p w为： q p w锅炉排污量 w饱和水焓 qp w 例如一台1 0 t / h 的饱和蒸汽锅炉， 运行压力为1 . 0 m p a ， 锅炉给水的 t d s 值为 3 0 0 m g / l 。锅炉运行压力下的饱 和水焓值为7 8 2 k j / k g 。 则正常工况下锅炉所需的排污 量以及排污中所含有的热量为 ： f 1 5 8 3 2 7 9 4 2 0 0 0 8 5 % 2 4 3 0 0 1 1 7 6 3 6 k g / a 如果重油价格平均为3 0 0 0 元/ t ， 则每年可节约燃 油成本3 5 1 0 0 0 元。 对于燃煤的锅炉， 假设锅炉效率为6 5 % ， 燃煤热 值为2 5 0 0 0 k j / k g ， 每年从锅炉排污水中回收的热量q 相当于节约的燃煤量为: f 25 8 3 2 7 9 2 5 0 0 0 6 5 % 2 4 3 0 0 2 5 8 4 3 7 k g / a 如果燃煤价格平均为4 0 0 元/ t ， 则每年可节约燃 油成本1 0 3 3 7 5 元。 3 . 2 锅炉排污热量回收系统 3 . 2 . 1 闪蒸罐与闪蒸蒸汽回收 回收锅炉排污中的热量， 最直接的办法是将其直 接加热锅炉冷补给水。 由于锅炉排污时排放的是锅炉 运行压力下的高温饱和水， 但同时含有高浓度各种溶 解固形物， 不能直接用于锅炉给水。 最常用的方法是 首先使高温高压的锅炉排污水进入一个闪蒸罐 （连续 排污膨胀器） ， 在闪蒸罐内排污水压力迅速下降同时释 放出闪蒸蒸汽， 闪蒸蒸汽可直接通入锅炉给水箱或冷 补给水箱与软化水混合， 提高锅炉给水温度 ； 这部分 闪蒸蒸汽也可以通入热力除氧器的加热蒸汽入口， 以 减少除氧器的蒸汽耗量。 锅炉给水含盐量s g 锅炉炉水含盐量s p锅炉给水含盐量sg 锅炉排污量 w =锅炉蒸发量 d = 1 0 0 0 8 1 1 k g / h 3 0 0 4 0 0 0 3 0 0 锅炉排污中的热量 q p w锅炉排污量 w饱和水焓 qp w = 8 1 1 7 8 2 6 3 4 2 0 2 k j / h 1 7 6 k w 如果闪蒸蒸汽直接通入水 箱， 在管道顶部应设计破真空 器， 以防止锅炉停止排污后闪 蒸罐内产生真空， 将水箱的水 倒吸进闪蒸罐排放， 造成给水 箱缺水甚至锅炉停炉事故。 在 闪蒸蒸汽进入水箱时， 应采用 专门的蒸汽喷射混合装置， 确 保闪蒸蒸汽与水混合均匀完 全， 没有水锤发生。 当闪蒸蒸汽引入热力除氧 器的加热蒸汽入口时， 在闪蒸 假设锅炉冷补给水温度为1 5 ， 锅炉排污中的热量 全部回收， 则可计算从锅炉排污水中回收的热量q ： 罐的蒸汽出口应安装止回阀， 以防止锅炉排污停止时 除氧器加热蒸汽倒灌回闪蒸罐。 如果多台锅炉同时运 行， 排污量的大幅变化带动闪蒸蒸汽量的波动， 将影 响除氧器内以及加热蒸汽压力的稳定， 进而影响锅炉 给水除氧效果。 这种情况下最好的方法是采用上述方 从锅炉排污水中回收的热量q 全部用于加热锅炉 给水， 则相当于减少了锅炉燃料消耗。 假设该锅炉一 天运行2 4 小时， 一年运行3 0 0 天， 燃用重油的锅炉效 率为8 5 % ， 重油热值为4 2 0 0 0 k j / k g ， 每年从锅炉排污 水中回收的热量 q 相当于节约的重油量 f 1为： q 锅炉排污中的热量 q p w锅炉冷补给水热量 qg s = 6 3 4 2 0 2 （4 . 1 8 6 8 1 1 1 5 ）5 8 3 2 7 9 k j / h 企业平台 企业平台 jie neng yu huan bao 2007.no.3月刊51 法将闪蒸蒸汽直接通入软水箱。 3 . 2 . 2 闪蒸蒸汽回收的热量 回收锅炉排污水中的闪蒸蒸汽， 不仅回收了宝贵 的热量， 同时闪蒸蒸汽冷凝后作为纯净的给水进入锅 炉， 节约了锅炉给水消耗和化学水处理费用。 通过计算可以确定锅炉排污水的闪蒸量和其中所 含有的热量。 我们延续前面的举例， 闪蒸罐工作压力一 般为 0 . 0 2 m p a ，该压力下的饱和水焓q s z4 4 0 . 8 k j / k g ，闪蒸压力下的蒸发焓q z f2 2 4 3 . 4 k j / k g ： 纯净的闪蒸蒸汽在闪蒸罐内被分离出来， 闪蒸后剩余 污水含溶解固形物的浓度比炉水中更高， 非常容易腐 蚀和结垢， 因此换热器应选用板式换热器， 不锈钢板 片耐腐蚀而且便于拆装维护。 3 . 2 . 4 闪蒸后剩余污水的热量 继续回收闪蒸后剩余排污水中的热量， 可大大提 高锅炉排污热量回收的效率。 通过计算可以知道剩余锅炉排污水中所含有的热 量： 锅炉饱和水焓 q p w闪蒸压力饱和水焓qs z 闪蒸压力下蒸发焓q z f 锅炉排污闪蒸蒸汽量 w 1=锅炉排污水量 w = 8 1 1 8 1 1 k g / h 7 8 2 - 4 4 0 . 8 2 2 4 3 . 4 如果锅炉冷补给水的温度为1 5 ， 其焓值为6 3 k j / k g ，则： 回收闪蒸蒸汽热量 q 1闪蒸蒸汽量 w1 （闪蒸蒸 汽焓- 冷补给水焓q b s） 1 2 3 . 3 （4 4 0 . 8 2 2 4 3 . 3 6 3 ）3 2 3 1 9 4 k j / h 相当于每年节约燃料重油f 13 2 3 1 9 4 4 2 0 0 0 8 5 % 2 4 3 0 0 6 5 1 8 2 k g / a 闪蒸蒸汽回收的热量占全部锅炉排污所含热量的 5 1 % 。 闪蒸蒸汽直接与锅炉给水混合， 所以每年还因 此节约8 8 8 t 水以及相应的锅炉化学水处理费用。 3 . 2 . 3 闪蒸后剩余污水的热量回收