淺析中小型鍋爐啟動排汽回收系統設計

肖煒剛 謝冬雷

摘 要：中小型供熱機組頻繁啟停啟停排放大量的啟動排汽，既是能源的浪費、也伴隨著噪音。本文對機組頻繁啟停原因進行了分析，提出了改造設計方案，解決了鍋爐啟停過程中產生的排汽噪音等問題，并對方案的注意事項進行闡述。

關鍵詞：方案研究;鍋爐啟停;回收利用;

1 背景

中小型機組往往面臨頻繁啟停的問題。鍋爐啟動過程中，需要持續開啟向空排汽，而設置的啟動消音器，消音效果無法滿足消噪要求。排汽不僅產生噪音影響周邊環境，而且排出大量高品質的蒸汽造成能源浪費。

所以，必須對鍋爐啟動排汽管道進行改造，回收排出的蒸汽，減少噪音。

2 機組頻繁啟停原因

中小型熱電廠以供熱為主。造成機組晝開夜停的主要原因如下：

2.1熱負荷晝夜變化大

區別于全天24小時對熱負荷需求基本穩定的大型化工、石化項目，中小型熱電廠主要為一定區域、一定園區內的熱用戶服務，在10～15公里的供熱半徑內，大多數用戶只在白天運行，因此，電廠熱負荷晝夜差距很大。

2.2 鍋爐容量小

中小型機組鍋爐一般為中壓鍋爐和高壓鍋爐為主;中壓鍋爐主蒸汽溫度為450℃，壓力為3.82MPa，鍋爐蒸發量為130t/h;高壓鍋爐溫度為545℃，壓力為9.81MPa，鍋爐蒸發量為220t/h;鍋爐容量小，當無法通過調整運行鍋爐負荷來滿足供熱要求時，就必須啟停鍋爐。

2.3 鍋爐負荷率限制

鍋爐在一定的出力負荷下，具有可調性。以循環流化床鍋爐為例，理論上不投油最低穩燃負荷為鍋爐額定蒸發量的30%，但是為保證出口蒸汽溫度、煙氣污染物初始值等控制指標，同時保證低負荷條件下對外供熱的安全性，實際操作時，習慣性將鍋爐負荷率控制在45%～95%。

2.4調峰要求

用電負荷是不均勻的。在用電高峰時，需要投入正常運行之外的機組以滿足要求，這些機組稱為調峰機組。中小型機組往往就是擔任調峰機組的角色。

2.5 背壓機組的局限性

由于政策原因[1][2]，新建熱電聯產項目，必須配備背壓式汽輪機組，嚴禁配備抽凝機組;已建成的抽凝機組，也需要限期完成“抽改背”改造。而背壓式汽輪機雖然克服了冷端損失，但是由于背壓機組進汽與排汽量基本相等，自身并無負荷調節能力，外界熱負荷變化情況均直接反應至鍋爐蒸發量。因此僅設置背壓機組的熱電廠，任何外界熱負荷變化均需通過鍋爐負荷變化進行響應，因此造成了現階段多個中小型熱電廠出現鍋爐需夜停晝起的情況。

3 方案設計

3.1設計需要解決的問題

機組啟停產生的噪聲。機組啟動時，大量排汽通過鍋爐啟動排汽管高速排出，產生噪聲，嚴重影響居民生活，而且排汽噪聲還需不超過《工業企業廠界環境噪聲排放標準[3]》的規定值。

過熱器超溫。溫度測點位于啟動排汽之后，啟動過程中，大量蒸汽從對空排汽管道排出，測點溫度不能反映蒸汽實際溫度，導致加熱器超溫。

能源損失。鍋爐啟動持續排出啟動排汽的過程中，損失了大量高品質的熱能和水分。所以需要考慮蒸汽的回收。

施工成本。啟動排汽系統改造需要考慮成本，系統管道變動少，施工難度小，施工成本低。

3.2設計方案選擇

方案一是從對空排汽管道上引出排汽，經過減溫減壓器，對外供熱。

方案二是從主蒸汽母管隔離閥前抽出蒸汽，經過減溫減壓器，對外供熱。

兩種方案對比如表1所示。

兩種方案都是將啟動時的蒸汽引入減溫減壓器，然后對外供熱，兩種方案都可以滿足減噪的要求，且蒸汽的熱能得到了利用。

方案一在大量蒸汽從對空排汽管道排出階段，并沒有解決過熱器可能出現的超溫問題，且連接管道較長，施工的難度也較大;方案二連接管道較短，施工的難度較小。在鍋爐啟動過程中，通過運行配合，避免對空排汽，而蒸汽溫度達到熱網溫度—即遠低于主蒸汽管道設計溫度，就能通過減溫減壓器進行供熱，所以消除了過熱器超溫過燒的隱患。

通過上述分析，方案二較好。

3.3 設計注意事項

如圖1所示，為某電廠鍋爐啟動排汽系統改造設計方案。

圖1設計方案

鍋爐蒸汽從鍋爐并管一二次閥之間引出，匯成一根母管后統一由一根管道接出，進入雙減一二次隔離閥之間管道。

啟動初期，鍋爐產生的蒸汽通過圖1粗線所示的聯通管進入雙減;待蒸汽參數滿足并管要求后，通過啟閉關斷閥，并入蒸汽母管。

3.3.1 管道的選用

管道材質一般與主蒸汽管道材質一致，避免異種鋼焊接;

管徑的選用受流量和流速影響。流量根據工程經驗，取鍋爐額定蒸發量的40%，流速根據規范[4]，可取35-60m/s，考慮啟動蒸汽壓力與供熱主管之間壓差較小，且如流通量不足，會導致鍋爐屏式過熱器超溫，因此流速按下限設計，建議40m/s。

3.3.2 閥門

閥門采用電動閘;蒸汽會沖刷閥門密封面，所以蒸汽管道的閥門采用全開全閉式，無須具備點動中停功能。一般此閥門采用人工操作，不具備聯鎖功能。

閥門布置于便于操作檢修位置，否則須增設平臺。

3.3.3 布置

啟動排汽進雙減的管道及閥門一般布置在主廠房運轉層BC軸之間，此區域汽水管道眾多，布置設計時，除了考慮常規的管系統應力計算之外，還需特別考慮管道碰撞和閥門操作檢修的要求。

布置形式因地制宜。例如廠內配備多臺雙減，單臺鍋爐主蒸汽就近接入臨近雙減。鍋爐均布置于雙減一側，多臺鍋爐啟動排汽關斷閥后管道合并后進入雙減。單臺鍋爐主蒸汽有直通雙減通道，則可不單獨設置啟動排汽管等等。

4總結

針對頻繁啟動機組，啟動排汽所帶來的問題，提出了系統改造設計方案—從主蒸汽母管隔離閥前抽出蒸汽，經過減溫減壓器，對外供熱，既可以消除排汽噪音，又能回收排汽，且消除了過熱器過燒的隱患，一舉三得，對相近項目具有一定的借鑒作用。

參考文獻：

[1]五部委聯合下發《熱電聯產管理辦法》[J].中國煤炭，2016，42（5）：102-102.

[2]浙江省經信委， 浙江省發改委， 浙江省環保廳， 浙江省財政廳， 浙江省物價局， 浙江省能源局， 浙江省地方燃煤熱電聯產行業綜合改造升級行動計劃[J]. 浙江節能，2019，1：38-41.

[3]GB12348-2008. 工業企業廠界環境噪聲排放標準[S].

[4]DL/T5054-1996.火力發電廠汽水管道設計技術規定[S].