燃氣鍋爐煙氣凝結水的回收與利用

毛麗燕 張榮華

（新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院 烏魯木齊 830011）

燃氣鍋爐煙氣凝結水的回收與利用

毛麗燕 張榮華

（新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院 烏魯木齊 830011）

燃氣鍋爐的燃料——天然氣經鍋爐燃燒產生的高溫煙氣換熱后，在節能設備中溫度逐步下降至80℃以下，能夠產生大量煙氣凝結水，由于節能設備的材質不同，煙氣凝結水受污染的程度也不同，如何回收利用這些優質水資源，讓它更好的用于鍋爐補給水系統，節能減排；是目前燃氣鍋爐遇到的重大問題。本文擬通過實驗室試驗數據和可行性理論探討及實際應用效果，來論述其原理和方法。

天然氣 尾部煙道 節能器 煙氣凝結水 回收 處理 應用效果

為了保護環境，保護人類的健康，保護水資源，鍋爐燃料由原來的煤改成天然氣、燃煤鍋爐逐漸被燃氣鍋爐替代。

2012至2014年烏魯木齊市基本完成了燃煤鍋爐改燃氣鍋爐的工程，為了提高鍋爐的熱效率，目前普遍在燃氣鍋爐的尾部加裝了節能器、冷凝器等煙氣余熱回收裝置，因此鍋爐的排煙溫度不斷降低，當排煙溫度低于80℃以下時，能夠產生大量的酸性煙氣凝結水，因未經處理，煙氣凝結水無法回收利用而直接排入污水系統，造成再生水資源的浪費，如果采用有效的方法進行處理，使煙氣凝結水水質滿足鍋爐用水的標準要求，其具有的溫度進入鍋爐或熱網后還能進一步減少鍋爐的天然氣消耗。

近幾年來，隨著各大供熱站大型燃氣熱水鍋爐的大量投運，大量的酸性煙氣凝結水排入地下及彌漫在空氣中，對地下管網會造成嚴重腐蝕，給生存環境帶來危害，如何將這些再生資源——煙氣凝結水變廢為寶，重復利用，即可以節約燃料，還可提高鍋爐熱效率，保護環境、凈化城市空氣、從而達到節能減排的目的。本文擬通過實驗室試驗數據和可行性理論探討，來論述充分利用該資源的原理和方法。

1 原因分析

筆者通過現場調查和化學分析測試，充分了解煙氣凝結水的來源和性質。主要做了以下方面的工作：

1.1 天然氣組分分析

天然氣屬有機物是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占95%左右，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。常溫常壓下比重約0.70～0.75kg/m3，比空氣輕近一半［1］，見表1。

表1 天然氣成分分析

1.2 煙氣凝結水的來源及特點

天然氣的主要成分甲烷燃燒后化學反應如下：［2］

由以上化學方程式可理論計算出，在常溫常壓下，天然氣比重約為0.75kg/m3時，每燃燒1m3天燃氣：

產生煙氣凝結水的質量為：0.75×36/16=1.69kg；

二氧化碳的質量為：0.75×44/16 =2.06kg。

經在用鍋爐實際統計：一臺SZL29-1.25-130/70-YQ燃氣熱水鍋爐，在運行中尾部煙氣經過節能器、冷凝器溫度下降情況，如圖1所示：

圖1 燃氣熱水鍋爐工作流程圖

運行工況為：負荷在25～26MW、排煙溫度45℃左右、燃氣流量約2850m3/h，

24h運行可產生煙氣凝結水：39500kg。

燃燒1 m3天然氣，可產生煙氣凝結水：

39500÷2850÷24=0.58kg/ m3，是理論計算量的：0.58÷1.69×100%=34.3%。

由于實際運行的鍋爐，排煙溫度不可能達到常溫狀態，因此產生的煙氣凝結水量小于理論計算值，該爐實際用天然氣產生的煙氣凝結水量約為理論量的34.3%，按此百分比統計，煙氣凝結水的產生量還是驚人的。

1.3 煙氣凝結水的化學分析

表2煙氣凝結水，采集于燃氣鍋爐尾部節能器（材質為306不銹鋼）。

表2 煙氣凝結水

表3煙氣凝結水，采集于燃氣鍋爐尾部節能器（材質為316不銹鋼）。

表3 煙氣凝結水

表4煙氣凝結水，采集于燃氣鍋爐尾部節能器（材質為普通鍋爐用鋼和耐低溫硫酸露點防腐鋼種）。

表4 煙氣凝結水

由表2、表3、表4分析結果可看出天然氣燃燒后產生的二氧化碳等酸性物質的存在，使煙氣凝結水的pH值降低，呈酸性［3］。

由表2、表3、表4分析結果對比看出，當煙氣凝結水流經不同材質制成的節能器時，節能器出口煙氣凝結水中可溶性鐵含量差別很大，若把這部分煙氣凝結水用于工業鍋爐補給水，按 GB/T 1576—2008《工業鍋爐水質》標準對鍋爐補給水要求，可知，從不銹鋼材質節能器出來的煙氣凝結水，除pH值不符合其標準對熱水鍋爐補給水要求，其它指標均符合［4］。

從表4所述材質節能器出來的煙氣凝結水pH值、全鐵兩項指標不符合其標準對熱水鍋爐補給水要求，其它指標均符合，且節能器腐蝕嚴重，給使用單位帶來了一定的維護、更換費用和煙氣凝結水的處理費用，極大程度的浪費了人力、物力和財力等能耗。

2 煙氣凝結水處理方法的選擇

2.1 不銹鋼節能器中煙氣凝結水用于蒸氣鍋爐補給水的處理

可采用無機堿性藥劑處理方法［5］，提高其pH值，降低殘硬，防止酸性介質對鍋爐的腐蝕和結生水垢，方法如下：

在煙氣凝結水出口部位設置加藥器，按出水量計算碳酸鈉、氫氧化鈉和磷酸三鈉的投加量，提高其煙氣凝結水的pH值7.0～9.0范圍，稍加過濾后若配合蒸汽凝結水的回用，則大大提高了其蒸汽鍋爐補給水的質量，

2.2 不銹鋼節能器中煙氣凝結水用于熱水鍋爐補給水的處理

可采用無機堿性藥劑處理方法，提高其pH值，防止酸性介質對鍋爐的腐蝕，方法如下：

在煙氣凝結水出口部位設置加藥器，按出水量計算氫氧化鈉和磷酸三鈉投加量，提高其煙氣凝結水的pH值9～11，稍加過濾后即可用于熱水鍋爐的補給水或熱水鍋爐供曖的二次網系統。

2.3 普通鋼材和耐低溫硫酸露點防腐鋼種節能器中煙氣凝結水用于鍋爐補給水的處理

該鋼種造價相對較低，具有較高的性價比，目前在節能設備中占使用比例最高。

方法一：采用無機堿性藥劑與錳砂過濾除鐵聯合處理，提高煙氣凝結水pH值，去除殘余硬度和全鐵。

在煙氣凝結水出口部位設置加藥器，按出水量計算碳酸鈉、氫氧化鈉，磷酸三鈉的投加量，調整煙氣凝結水pH值7.0～9.0范圍，此時有大量的Fe（OH）2、Fe（OH）3絮狀沉淀，通過錳砂過濾除鐵裝置［6］，監測除鐵后的總鐵含量≤0.30mg/L，電導率符合蒸汽鍋爐的給水標準，即可用于蒸汽鍋爐、熱水鍋爐的補給水或熱水鍋爐供暖的二次網系統。

方法二：采用成膜胺噴涂技術緩蝕鍋爐尾部煙氣側金屬，抑制煙氣凝結水中全鐵含量：

成膜胺作為水質緩蝕劑在文獻中有較為全面的報道和應用成果［7］，屬于較先進的防腐原料。然而應用在燃氣鍋爐的尾部煙道防腐上，這種屬于氣液雙項界面，介質處于不穩定流動狀態特殊環境的可行性研究也屬國內首次，筆者單位進行了這方面的研究試驗，通過二臺WNS10.5-1.25/115/70-YQ鍋爐的現場調試試驗和實驗室試驗，獲得了成膜胺保護劑在特定環境中使用的技術要求，并研制了一套適合目前燃氣鍋爐使用的加藥保護成套設備，配套使用后，將煙氣測腐蝕抑制在了最小界限，取得了理想效果，見表5。

表5 煙氣凝結水

由表5可知，采用成膜胺噴涂技術緩蝕低合金鋼煙氣側金屬，在pH：7.5～8.5范圍內，出口煙氣凝結水的總鐵、電導率、硬度含量可穩定保持在GB/T 1576《工業鍋爐水質》標準規定的范圍。

3 實際應用效果

目前，煙氣凝結水的回收主要集中在大型供熱單位，選擇上述方法對煙氣凝結水處理后，部分供熱單位整個運行期都不再使用其它水源對系統進行補水，，完全滿足鍋爐及二次管網系統補充水量的要求。節約了大量的水資源，處理后的煙氣凝結水量可達上萬方。

這部分具有相當熱量的煙氣凝結水，與常溫補給水相比，將水溫提高到40℃以上的溫度，經處理回用后，減少了在供暖初期和未期天然氣消耗量，在冬季供暖寒冷期，節能效果更為明顯。

充分利用這部分煙氣凝結水后，鈉離子交換等水處理設備的使用率大為降低，減少了再生劑的消耗量和再生廢液對環境的污染。

4 結論

綜上所述，由于節能設備的材質不同，煙氣凝結水受污染的程度也不同，則處理方法也不同，

從防腐方法的難易程度選擇，燃氣鍋爐尾部煙道及節能器首選不銹鋼材質；從不銹鋼和普通鋼價格差別選擇，燃氣鍋爐尾部煙道及節能器選擇普通鍋爐用鋼較為經濟，但煙氣凝結水回用處理費用相對較高。

無論采取何種材質，煙氣凝結水都可采取有效且經濟的處理方法，轉變成方便回收的優質水資源，回歸于鍋爐用水系統，而且基本無廢液等排放，這種節約水資源和熱能資源的舉措，非常值得推廣。

［1］GB/T 13611—2006 城鎮燃汽分類和基本特性［S］.

［2］天津大學，華東石油學院.有機化學［M］.湖南：高等教育出版社，1978：20-25.

［3］周英，趙欣剛.鍋爐水處理實用技術［M］.北京：地震出版社，2002：136-148.

［4］GB/T 1576—2008 工業鍋爐水質［S］.

［5］郝景泰，于萍等.工業鍋爐水處理技術［M］.北京：氣象出版社，2000：180-205.

［6］許興煒.工業鍋爐水處理技術［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2008：117-120.

［7］周本省.工業水處理技術［M］.北京：化學工業出版社（第二版），2002：484-488.

Recovery and Utilization of Flue Gas Condensate in Gas Fired Boiler

Mao Liyan Zhang Ronghua
（Xinjiang Uygur Autonomous Region Inspection Institute of Special Equipment Urumqi 830011）

The high temperature fue gas is generated by the combustion of the fuel-gas in the gas boiler. The certain temperature of fue gas in energy saving equipment has gradually dropped to below 80℃ after heat exchange，which produces a large number of gas condensate. Due to the different material of energy-saving equipment， and the different polluted level of fue gas condensation water， it is a major problem in the current gas boiler that how to recycle and use these high quality water resources， make it better used for boiler feed water system for save energy saving and emission reduction. This paper intends to expound the principle and method by laboratory test data，feasibility theoretical discussion and practical application effect.

Natural gas Tail flue Energy saving device Flue gas condensate Recovery Treatment Application effect

X959

B

1673-257X（2016）10-0045-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.10.011

毛麗燕（1960～），女，本科，從事鍋爐檢驗、水（介）質處理檢測、能效分析管理工作。

2016-06-07）