鍋爐排污熱能綜合利用及效益分析

張小平

摘 要：近年來，我們國家在工業鍋爐的生產和制造技術上取得了很大進步， 有的鍋爐成品和技術甚至打入了國際市場. 然而在鍋爐輔助控制裝置部分相對來講還比較落后。本文從鍋爐排污的概念、綜合利用、節能排污用等方面進行了闡述和說明，以達到重視工業鍋爐，尤其是電站鍋爐排污、安全生產、節約能源的目的。

關鍵詞：排污；熱能；綜合利用

一、鍋爐排污的概念

1、為了控制鍋爐鍋水的水質符合規定的標準，使爐水中雜質保持在一定限度以內，需要從鍋爐中不斷地排除含鹽、堿量較大的爐水和沉積的水渣、污泥、松散狀的沉淀物，這個過程就是鍋爐排污。

2、工業鍋爐排污可分連續排污和定期排污兩種方式：連續排污又稱表面排污，要求連續不斷地從爐水鹽堿濃度最高部位排出部分爐水，以減少爐水中含鹽、堿量，含硅酸量及處于懸浮狀態的渣滓物含量，所以連排管設在正常水位下80～100mm處，定期排污主要排除爐內水渣及泥污等沉積物，所以其排污口多設置在鍋筒的下部及聯箱底部。定期排污操作過程時間短暫，應當選擇在鍋爐高水位、低負荷或壓火狀態時進行排污。在小型鍋爐上，通常只裝設定期排污。

二、目前我國鍋爐排污運行狀態

近20 年以來， 我們國家在工業鍋爐的生產和制造技術上取得了很大進步， 有的鍋爐成品和技術還打入了國際市場. 然而在鍋爐輔助控制裝置部分相對來講還比較落后， 控制水平較低. 特別是在鍋爐的連續排污控制方面， 到目前為止國內絕大多數的工業蒸汽鍋爐還是采用落后的手動控制方式. 一方面鍋爐連續排污的手動控制方式降低了鍋爐整體的控制水平， 另一方面在鍋爐運行時控制不穩定而且滯后給鍋爐的運行帶來安全隱患要么會因過量排污造成巨大的能源浪費， 增加鍋爐的燃料耗量， 增加了鍋爐的運行成本； 要么由于排污量不足不能保證鍋爐內的水質標準， 容易發生汽水共騰現象， 產生虛假水位， 導致鍋爐水位控制系統誤操作甚至造成低水位停爐. 這樣就會嚴重影響鍋爐供汽的安全性和穩定性。

工業蒸汽鍋爐的連續排污控制問題是當務之急. 而其最好的解決方案就是采用鍋爐表面連續排污自動控制方式， 這是提高鍋爐控制水平， 節能降耗， 保障鍋爐高效穩定安全運行的重要手段之一。

三、排污的作用

鍋爐運行時，鍋水中所含的各種雜質會不斷析出。如果不及時加以排除，日久積厚在鍋爐受熱面上，影響傳熱效果，不但浪費燃料，而且引起受熱熱面金屬過熱，甚至燒壞，發生事故。為了控制鍋爐鍋水的水質符合規定的標準，使爐水中雜質保持在一定限度以內，需要從鍋爐中不斷地排除含鹽、堿量較大的爐水和沉積的水渣、污泥、松散狀的沉淀物，達到安全運行的目的。

四、鍋爐排污率的計算方法

為了控制鍋爐鍋水的水質符合規定的標準，使爐水中雜質保持在一定限度以內，需要從鍋爐中不斷地排除含鹽、堿量較大的爐水和沉積的水渣、污泥、松散狀的沉淀物，這個過程就是鍋爐排污。鍋爐排污量的大小，與給水的品質直接有關。給水的堿度及含鹽量越大，鍋爐所需要的排污量愈多。

1、排污率的計算：

鍋爐排污的指標用排污率表示，排污率即排污水量（Q污）占鍋爐蒸發量（Q汽）的百分數。如下式表示：K=Q污/Q汽×100%

當鍋爐水質穩定時，根據物量平衡的關系可知，某物質隨給水帶入爐內的量等于排污水排掉的量與飽和蒸汽帶走的量之和。則

（Q污+Q汽）×S給=Q汽×S汽+Q污×S污

式中S給、S汽、S污分別表示給水中、飽和蒸汽中、排污水中某物質的含量，式中的S值可以按含鹽量，也可按某一組分（如堿度、氯離子）的含量來計算。則

K=Q污/Q汽=（S給-S汽）/（S污-S給）×100%

2、排污率計算要注意以下三點：

（1）排污率計算可按堿度或氯離子（氯離子與含鹽量有較固定的比例關系，通常用氯離子代替含鹽量）分別計算排污率，最后取其中較大的數值做為排污率，一般供熱鍋爐的排污率應控制在10%以下。

（2）對于容量較大的鍋爐，由于其汽水分離裝置效果好，蒸汽的濕度很小。這樣飽和蒸汽中的含鹽量遠遠低于給水中的含鹽量，所以在這類鍋爐的排污率計算中均可以忽略蒸汽中的含鹽量，即

K=S給/（S污-S給）×100%

（3）對于大多數工業鍋爐，特別是汽包容積小，汽水分離裝置簡單，飽和蒸汽的帶水量較大的工業鍋爐，蒸汽濕度常在3%左右，（與排污率控制在5%～10%的范圍比較，已經是不算低了）這種條件下計算鍋爐排污率時不能忽略蒸汽中的含鹽量。因為

K=（S給-S汽）/（S污-S給）=CL-給/（CL-污-CL-給）-

CL-汽/（CL-污-CL-給）

這里CL-汽/CL-污為蒸汽濕度，CL-污=CL-鍋爐水即排污水中的氯離子含量等于鍋水中的氯離子含量，式中CL-給、CL-污、CL-汽、CL-鍋爐水分別表示給水中、排污水中、飽和蒸汽中、爐水中氯離子的含量。可見，如果忽略了蒸汽中的含鹽量，則計算所得的排污率將偏大（差值大于蒸汽濕度）。工業鍋爐的排污率每增大1%，燃料的消耗量就增加0.3%。這樣就浪費了燃料且不能正確評價鍋爐的能源消耗及綜合管理水平。

五、電廠低溫余熱利用技術

1、汽水系統余熱利用技術

目前在鍋爐汽水系統的余熱回收利用上主要有兩個方面：一是將連排水直接引入到加熱器中用于加熱鍋爐給水，這種方式為常規的余熱利用方式，利用效率較低；二是利用火電廠鍋爐連排水中剩余的高品位熱能進行做功，再驅動發電機生產電能，輸出的水汽混合物再送至熱水站，用于生產供居民使用的熱水或供暖，這種方式能夠使余熱得到充分回收利用。這里的發電裝置是利用連排水余熱加熱螺桿膨脹動力機，再通過聯軸器帶動發電機發電的熱能利用系統。

做功完后排出的高溫水汽混合物首先進入機內陰陽螺桿齒槽A，使螺桿發生轉動，隨著螺桿的轉動，齒槽A逐漸旋轉至B、C、D位置，在此過程中由螺桿封閉的容積逐漸增大，熱水得以降壓、降溫而膨脹做功，最后從后端齒槽E排出，而做功產生的旋轉動力由陽螺桿通過聯軸器輸出給發電機，帶動發電機發電。螺桿膨脹發電機具有很好的適應能力，在過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水混合物以及高鹽分低品質的流體條件下都能表現出較好的性能，因而在鍋爐連排水壓力波動、溫度和流量不均衡的情況下可以很好地運行，而且可以實現無人值守。

2、 鍋爐排煙系統的余熱利用技術

火電廠中排煙損失的熱能占了煤炭產生總熱能的5%～12%，占鍋爐總熱損失的80%甚至更高，因此鍋爐尾部煙氣余熱損失是火電廠余熱利用的重點。一般而言，排煙溫度每升高10℃，就會增加0.6%～1.0%的熱損失，這樣換算成煤電比則每度電增加煤耗2克左右。

我國在運的火電廠中，鍋爐排煙溫度一般都在125℃～150℃之間，排煙溫度偏高而導致的熱能損失已經成為火電廠面臨的困境之一。而目前對這部分余熱的回收大多采用的是在排煙系統中安裝煙氣冷卻器，通過空氣或水等導熱介質將余熱傳輸至鍋爐給水系統或進氣系統，對助燃空氣、冷凝水進行加熱而達到節能的目的。但是由于煙氣冷卻之后會使煙氣中的部分SO2等酸性腐蝕性氣體結露而對管壁等造成腐蝕，因而在實際應用中仍有很多問題需要解決。

近年來在歐美國家開始應用的煙氣深度冷卻器可以大幅度地降低煙氣溫度，曾經在丹麥應用時有過排煙溫度由190℃降低到90℃的記錄，表現出了顯著的節能效果。經過該冷卻器的高溫煙氣和其內部翅片管束中的冷水進行熱置換，使水得到加熱。

這種將冷卻器按照高、低溫段分開布置，并將高溫段布置在除塵器之前，將低溫段布置在除塵器之后的方式，能夠通過布置于除塵器之前的高溫段冷卻器將煙氣溫度降至120℃左右，從而提高其后面除塵器的效率，使其除塵效果更好、能耗更低，并且對使用布袋式除塵器的裝置而言，由于進入的煙氣溫度降低可以延長其使用壽命；而位于除塵器之后的冷卻器則可以對煙氣進行深度冷卻，并將余熱充分利用。

采用這種冷卻器布置策略的余熱回收裝置主要使用于以下三種情況：一是除塵器采用布袋式除塵器而對煙氣溫度較敏感的新建工程中；二是除塵器進氣溫度在130℃～150℃之間或更高，而且增壓風機有400Pa上下裕量的改造工程中；三是煙氣溫度在130℃上下，在除塵器后方安裝高低溫一體型冷卻器空間不夠，且增壓風機有400Pa上下裕量的改造工程中。

除了以上介紹的布置方式外，該冷卻裝置的高、低溫段還可以合為一體布置于除塵器之后或是高、低溫分開而布置于除塵器之后，具體采取何種方式布置要根據現場實際情況、具體需求來進行優選，從而使其達到最佳的余熱綜合利用效果，實現節能降耗、控制發電成本的目的。

結語：

火電廠鍋爐的綜合利用技術的推廣和應用，不僅可以獲得良好的經濟和環境效益，同時能夠提高火電廠的能力，這既有利于電廠節約成本、提升競爭力和完成環保義務，同時又符合國家關于轉變發展方式、節能減排的發展思路。隨著科技的發展必將會有更加有效的回收利用技術出現，因此我們有理由相信，未來更加多元和先進的余熱利用技術必將對火電企業的運行和效益模式帶來深刻的變革。