鍋爐排污率計(jì)算方法的改進(jìn)

許懷鵬,張永福,周黃斌,孔 苑

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司熱電總廠，安徽馬鞍山，243000）

引言

汽包鍋爐運(yùn)行時(shí)，總會(huì)隨給水帶入鍋內(nèi)一定量的雜質(zhì)，其中只有很少的一部分會(huì)被蒸汽帶走，絕大部分都會(huì)留在爐水中，爐水中的雜質(zhì)會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)不斷地增加。當(dāng)爐水中的雜質(zhì)積累較多時(shí)，不僅會(huì)影響蒸汽的品質(zhì)，還可能導(dǎo)致水渣堵塞爐管、受熱面的結(jié)垢等問題，危及鍋爐的運(yùn)行安全。為使?fàn)t水的含鹽量和含硅量能保持在容許值以下、避免受熱面結(jié)垢，鍋爐必須進(jìn)行適當(dāng)排污。

1 鍋爐排污率

汽包爐應(yīng)根據(jù)加藥方式、爐水水質(zhì)確定排污方式及排污量，并按水質(zhì)變化進(jìn)行調(diào)整。運(yùn)行中鍋爐排污量與實(shí)際蒸發(fā)量的比值稱為鍋爐排污率（P）：

式中：Dp——鍋爐的排污量，t/h；

DZ——鍋爐的蒸發(fā)量，t/h。

根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，為防止鍋內(nèi)有水渣集聚，鍋爐的排污率不應(yīng)小于0.3%。同時(shí)過高的排污率也會(huì)造成較大的熱量和水量損失，對(duì)凝汽式電廠要求鍋爐的排污率不應(yīng)超過1%，對(duì)供熱式電廠要求鍋爐的排污率不應(yīng)超過2%。因此，控制適當(dāng)?shù)呐盼勐手笜?biāo)對(duì)鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大。

《DL/T 904火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》中給出的鍋爐排污率統(tǒng)計(jì)方法有三種：

一是根據(jù)鍋爐排污計(jì)量裝置直接測(cè)量排污水量由（1）式計(jì)算；

二是根據(jù)化學(xué)鹽平衡法由給水、排污水及飽和蒸汽中鹽分含量計(jì)算排污率；

三是根據(jù)補(bǔ)水率法由鍋爐開關(guān)排污時(shí)機(jī)組補(bǔ)水率的變化計(jì)算排污率。

因鍋爐基本未安裝定排水量計(jì)量裝置，且連排時(shí)由于管路中壓力變化幅度大，排污水大量汽化，連排水量測(cè)量困難，方法一應(yīng)用并不廣泛。通常鍋爐補(bǔ)給水在給水中占比較小，根據(jù)機(jī)組補(bǔ)水率的變化計(jì)算排污率誤差較大，方法三在實(shí)際中很少使用。目前國(guó)內(nèi)電廠較多采用方法二來計(jì)算鍋爐排污率。

2 排污率計(jì)算方法及存在問題

2.1 排污率的計(jì)算

假設(shè)某種鹽類物質(zhì)在鍋爐中既未發(fā)生分解，也未析出，則由給水帶入鍋爐的鹽分應(yīng)等于蒸汽帶走的鹽分與隨同排污水排走的鹽分之和：

式中：DG——鍋爐的給水量，t/h；

SG——鍋爐給水中某種鹽類物質(zhì)的量，mg/kg；

SP——鍋爐排污水中某種鹽類物質(zhì)的量，mg/kg；

SZ——飽和蒸汽中某種鹽類物質(zhì)的量，mg/kg。

根據(jù)鍋爐水量、汽量平衡關(guān)系得：

由式（1）、（2）、（3）可以推導(dǎo)出：

因鍋爐排污排出的就是爐水，SP可以用爐水中某種鹽類物質(zhì)的量代替。

2.2 存在的問題

通常根據(jù)鍋爐給水、爐水及蒸汽含鹽的特點(diǎn)，可用給水、爐水及蒸汽的含鹽量、含硅量、含鈉量帶入式（4）計(jì)算鍋爐排污率。但式（4）的推導(dǎo)過程中未考慮爐水加藥的影響，對(duì)采用爐水磷酸鹽處理、氫氧化鈉處理的鍋爐，爐水中的含鹽量、含鈉量并不全由給水帶入，用式（4）計(jì)算排污率并不適用。用給水、爐水及蒸汽的含硅量帶入式（4）計(jì)算鍋爐排污率往往也有較大的偏差，原因是：

① 鍋爐水汽品質(zhì)監(jiān)督一般檢測(cè)給水、爐水及蒸汽的活性硅含量，一般隨給水進(jìn)入鍋爐的，除了活性硅，還有部分膠體硅，膠體硅進(jìn)入爐水后會(huì)轉(zhuǎn)化為活性硅，影響排污率的計(jì)算；

② 由給水帶入鍋爐的總硅量取決于給水的含硅量和給水流量，給水的含硅量受補(bǔ)給水水質(zhì)和凝結(jié)水水質(zhì)的影響，給水流量受鍋爐負(fù)荷影響，均不是恒定值，導(dǎo)致鍋爐水質(zhì)始終處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，用式（4）計(jì)算鍋爐排污率偏差較大；

③ 用式（4）計(jì)算鍋爐排污率時(shí)，須采用同一時(shí)刻給水、爐水及蒸汽的含硅量，或同一時(shí)段給水、爐水及蒸汽的平均含硅量，無法反應(yīng)排污率的變化速率，往往導(dǎo)致即使關(guān)閉了定排、連排后，鍋爐排污率計(jì)算值仍不為零。

3 排污率計(jì)算方法的改進(jìn)

3.1 計(jì)算方法的改進(jìn)

對(duì)于大部分汽包鍋爐，國(guó)內(nèi)普遍采用爐水磷酸鹽處理。爐水中的磷酸根全部由爐水加藥帶入，給水、蒸汽中磷酸根的含量可以忽略不計(jì)。爐水加藥帶入的磷酸根，部分用于同隨給水進(jìn)入鍋爐的Ca2+、Mg2+反應(yīng)，部分用于維持爐水磷酸根的濃度，其余隨鍋爐排污水排出（見圖1）。爐水磷酸根存在下列平衡關(guān)系：

圖1 爐水磷酸根平衡示意圖

根據(jù)磷酸鹽溶液箱中藥液的消耗量計(jì)算爐水中磷酸根的加入量：

式中：Q——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，加入鍋爐的磷酸根總量，mg；

C——磷酸鹽藥液中磷酸根的濃度，g/L；

V——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，加入鍋爐的磷酸鹽藥液體積，L。

隨給水進(jìn)入鍋爐的YD（以1/2Ca2+計(jì)算）消耗磷酸根的總量：

式中：Q1——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，給水YD消耗爐水磷酸根的總量，mg；

DG——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，鍋爐的給水量，t；

YDG——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，鍋爐給水的硬度均值，umol/L；

0.3 ——1/2Ca2+與PO43-反應(yīng)生成水渣的摩爾比；

95——PO43-的摩爾質(zhì)量，g/mol。

隨鍋爐排污排出的磷酸根總量：

式中：Q2——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，鍋爐排污消耗爐水磷酸根的總量，mg；

DP——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，鍋爐的排污量，t；

CG——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，鍋爐爐水的磷酸根含量均值，mg/L。

爐水中磷酸根總量的增加值：

式中：Q3——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，爐水中磷酸根總量的增加值，mg；

DGL——運(yùn)行狀態(tài)下爐水總量，t；

CG1——統(tǒng)計(jì)初期，鍋爐爐水的磷酸根含量，mg/L；

CG2——統(tǒng)計(jì)末期，鍋爐爐水的磷酸根含量，mg/L。

根據(jù)物料平衡的關(guān)系，可得：

由式（3）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）可以推導(dǎo)出：

再根據(jù)式（1），計(jì)算出排污率。

對(duì)以除鹽水作鍋爐補(bǔ)給水，且凝汽器基本無泄漏時(shí)，鍋爐給水硬度近似為零，式（10）可簡(jiǎn)化為：

3.2 應(yīng)用條件及驗(yàn)證

式（10）、（11）是根據(jù)爐水磷酸根的物料平衡推導(dǎo)出來的，為保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意：

① 鍋爐應(yīng)無明顯的磷酸根隱藏現(xiàn)象，爐水中磷酸根含量的測(cè)定值能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際情況，爐水采用低磷酸鹽處理更為有利；

②為避免爐水磷酸根濃度變化幅度大，影響排污損失磷酸根總量的統(tǒng)計(jì)，應(yīng)盡可能采用爐水磷酸鹽加藥自動(dòng)控制，爐水磷酸根濃度相對(duì)穩(wěn)定；

③保證鍋爐給水品質(zhì)達(dá)標(biāo)，盡可能減少進(jìn)入鍋爐的 Ca2+、Mg2+總量；

④運(yùn)行狀態(tài)下爐水總量應(yīng)根據(jù)鍋爐運(yùn)行水容積和運(yùn)行溫度下水的密度計(jì)算。

為比較用原方法和新方法計(jì)算鍋爐排污率的差別，選定額定壓力為13.7 MPa、額定蒸發(fā)量為480 t/h的鍋爐，維持給水水質(zhì)和鍋爐負(fù)荷基本穩(wěn)定，連排開度及定排方式不變，按原方法和新方法分別計(jì)算排污率的結(jié)果見表1、表2。

表1 根據(jù)給水、爐水及蒸汽的平均含硅量計(jì)算排污率

表2 根據(jù)爐水磷酸根加入量計(jì)算排污率

由圖2可以看出，在給水水質(zhì)、鍋爐負(fù)荷及排污方式不變的情況下，按新方法計(jì)算的排污率比原方法計(jì)算的排污率變化幅度明顯減小，更符合實(shí)際情況。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)給水、爐水及蒸汽的平均含硅量計(jì)算排污率，因鍋爐負(fù)荷、給水水質(zhì)、爐水水質(zhì)時(shí)常處于變動(dòng)狀態(tài)，且全硅檢測(cè)難度較大，準(zhǔn)確度較差，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

(2)根據(jù)爐水磷酸根加入量 及消耗量計(jì)算排污率，結(jié)果較為準(zhǔn)確，基本不受鍋爐負(fù)荷變動(dòng)的影響，若給水無硬度、爐水磷酸根含量穩(wěn)定，則計(jì)算更為簡(jiǎn)單。

圖2 兩種方法計(jì)算鍋爐排污率變化曲線圖

(3)對(duì)沒有明顯磷酸根隱藏現(xiàn)象的鍋爐都可以根據(jù)爐水磷酸根加入量及消耗量計(jì)算排污率。

收稿日期：2018-02-10