锅炉排污热能综合利用及效益分析

张小平

摘 要：近年来，我们国家在工业锅炉的生产和制造技术上取得了很大进步， 有的锅炉成品和技术甚至打入了国际市场. 然而在锅炉辅助控制装置部分相对来讲还比较落后。本文从锅炉排污的概念、综合利用、节能排污用等方面进行了阐述和说明，以达到重视工业锅炉，尤其是电站锅炉排污、安全生产、节约能源的目的。

关键词：排污；热能；综合利用

一、锅炉排污的概念

1、为了控制锅炉锅水的水质符合规定的标准，使炉水中杂质保持在一定限度以内，需要从锅炉中不断地排除含盐、碱量较大的炉水和沉积的水渣、污泥、松散状的沉淀物，这个过程就是锅炉排污。

2、工业锅炉排污可分连续排污和定期排污两种方式：连续排污又称表面排污，要求连续不断地从炉水盐碱浓度最高部位排出部分炉水，以减少炉水中含盐、碱量，含硅酸量及处于悬浮状态的渣滓物含量，所以连排管设在正常水位下80～100mm处，定期排污主要排除炉内水渣及泥污等沉积物，所以其排污口多设置在锅筒的下部及联箱底部。定期排污操作过程时间短暂，应当选择在锅炉高水位、低负荷或压火状态时进行排污。在小型锅炉上，通常只装设定期排污。

二、目前我国锅炉排污运行状态

近20 年以来， 我们国家在工业锅炉的生产和制造技术上取得了很大进步， 有的锅炉成品和技术还打入了国际市场. 然而在锅炉辅助控制装置部分相对来讲还比较落后， 控制水平较低. 特别是在锅炉的连续排污控制方面， 到目前为止国内绝大多数的工业蒸汽锅炉还是采用落后的手动控制方式. 一方面锅炉连续排污的手动控制方式降低了锅炉整体的控制水平， 另一方面在锅炉运行时控制不稳定而且滞后给锅炉的运行带来安全隐患要么会因过量排污造成巨大的能源浪费， 增加锅炉的燃料耗量， 增加了锅炉的运行成本； 要么由于排污量不足不能保证锅炉内的水质标准， 容易发生汽水共腾现象， 产生虚假水位， 导致锅炉水位控制系统误操作甚至造成低水位停炉. 这样就会严重影响锅炉供汽的安全性和稳定性。

工业蒸汽锅炉的连续排污控制问题是当务之急. 而其最好的解决方案就是采用锅炉表面连续排污自动控制方式， 这是提高锅炉控制水平， 节能降耗， 保障锅炉高效稳定安全运行的重要手段之一。

三、排污的作用

锅炉运行时，锅水中所含的各种杂质会不断析出。如果不及时加以排除，日久积厚在锅炉受热面上，影响传热效果，不但浪费燃料，而且引起受热热面金属过热，甚至烧坏，发生事故。为了控制锅炉锅水的水质符合规定的标准，使炉水中杂质保持在一定限度以內，需要从锅炉中不断地排除含盐、碱量较大的炉水和沉积的水渣、污泥、松散状的沉淀物，达到安全运行的目的。

四、锅炉排污率的计算方法

为了控制锅炉锅水的水质符合规定的标准，使炉水中杂质保持在一定限度以内，需要从锅炉中不断地排除含盐、碱量较大的炉水和沉积的水渣、污泥、松散状的沉淀物，这个过程就是锅炉排污。锅炉排污量的大小，与给水的品质直接有关。给水的碱度及含盐量越大，锅炉所需要的排污量愈多。

1、排污率的计算：

锅炉排污的指标用排污率表示，排污率即排污水量（Q污）占锅炉蒸发量（Q汽）的百分数。如下式表示：K=Q污/Q汽×100%

当锅炉水质稳定时，根据物量平衡的关系可知，某物质随给水带入炉内的量等于排污水排掉的量与饱和蒸汽带走的量之和。则

（Q污+Q汽）×S给=Q汽×S汽+Q污×S污

式中S给、S汽、S污分别表示给水中、饱和蒸汽中、排污水中某物质的含量，式中的S值可以按含盐量，也可按某一组分（如碱度、氯离子）的含量来计算。则

K=Q污/Q汽=（S给-S汽）/（S污-S给）×100%

2、排污率计算要注意以下三点：

（1）排污率计算可按碱度或氯离子（氯离子与含盐量有较固定的比例关系，通常用氯离子代替含盐量）分别计算排污率，最后取其中较大的数值做为排污率，一般供热锅炉的排污率应控制在10%以下。

（2）对于容量较大的锅炉，由于其汽水分离装置效果好，蒸汽的湿度很小。这样饱和蒸汽中的含盐量远远低于给水中的含盐量，所以在这类锅炉的排污率计算中均可以忽略蒸汽中的含盐量，即

K=S给/（S污-S给）×100%

（3）对于大多数工业锅炉，特别是汽包容积小，汽水分离装置简单，饱和蒸汽的带水量较大的工业锅炉，蒸汽湿度常在3%左右，（与排污率控制在5%～10%的范围比较，已经是不算低了）这种条件下计算锅炉排污率时不能忽略蒸汽中的含盐量。因为

K=（S给-S汽）/（S污-S给）=CL-给/（CL-污-CL-给）-

CL-汽/（CL-污-CL-给）

这里CL-汽/CL-污为蒸汽湿度，CL-污=CL-锅炉水即排污水中的氯离子含量等于锅水中的氯离子含量，式中CL-给、CL-污、CL-汽、CL-锅炉水分别表示给水中、排污水中、饱和蒸汽中、炉水中氯离子的含量。可见，如果忽略了蒸汽中的含盐量，则计算所得的排污率将偏大（差值大于蒸汽湿度）。工业锅炉的排污率每增大1%，燃料的消耗量就增加0.3%。这样就浪费了燃料且不能正确评价锅炉的能源消耗及综合管理水平。

五、电厂低温余热利用技术

1、汽水系统余热利用技术

目前在锅炉汽水系统的余热回收利用上主要有两个方面：一是将连排水直接引入到加热器中用于加热锅炉给水，这种方式为常规的余热利用方式，利用效率较低；二是利用火电厂锅炉连排水中剩余的高品位热能进行做功，再驱动发电机生产电能，输出的水汽混合物再送至热水站，用于生产供居民使用的热水或供暖，这种方式能够使余热得到充分回收利用。这里的发电装置是利用连排水余热加热螺杆膨胀动力机，再通过联轴器带动发电机发电的热能利用系统。

做功完后排出的高温水汽混合物首先进入机内阴阳螺杆齿槽A，使螺杆发生转动，随着螺杆的转动，齿槽A逐渐旋转至B、C、D位置，在此过程中由螺杆封闭的容积逐渐增大，热水得以降压、降温而膨胀做功，最后从后端齿槽E排出，而做功产生的旋转动力由阳螺杆通过联轴器输出给发电机，带动发电机发电。螺杆膨胀发电机具有很好的适应能力，在过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水混合物以及高盐分低品质的流体条件下都能表现出较好的性能，因而在锅炉连排水压力波动、温度和流量不均衡的情况下可以很好地运行，而且可以实现无人值守。

2、 锅炉排烟系统的余热利用技术

火电厂中排烟损失的热能占了煤炭产生总热能的5%～12%，占锅炉总热损失的80%甚至更高，因此锅炉尾部烟气余热损失是火电厂余热利用的重点。一般而言，排烟温度每升高10℃，就会增加0.6%～1.0%的热损失，这样换算成煤电比则每度电增加煤耗2克左右。

我国在运的火电厂中，锅炉排烟温度一般都在125℃～150℃之间，排烟温度偏高而导致的热能损失已经成为火电厂面临的困境之一。而目前对这部分余热的回收大多采用的是在排烟系统中安装烟气冷却器，通过空气或水等导热介质将余热传输至锅炉给水系统或进气系统，对助燃空气、冷凝水进行加热而达到节能的目的。但是由于烟气冷却之后会使烟气中的部分SO2等酸性腐蚀性气体结露而对管壁等造成腐蚀，因而在实际应用中仍有很多问题需要解决。

近年來在欧美国家开始应用的烟气深度冷却器可以大幅度地降低烟气温度，曾经在丹麦应用时有过排烟温度由190℃降低到90℃的记录，表现出了显着的节能效果。经过该冷却器的高温烟气和其内部翅片管束中的冷水进行热置换，使水得到加热。

这种将冷却器按照高、低温段分开布置，并将高温段布置在除尘器之前，将低温段布置在除尘器之后的方式，能够通过布置于除尘器之前的高温段冷却器将烟气温度降至120℃左右，从而提高其后面除尘器的效率，使其除尘效果更好、能耗更低，并且对使用布袋式除尘器的装置而言，由于进入的烟气温度降低可以延长其使用寿命；而位于除尘器之后的冷却器则可以对烟气进行深度冷却，并将余热充分利用。

采用这种冷却器布置策略的余热回收装置主要使用于以下三种情况：一是除尘器采用布袋式除尘器而对烟气温度较敏感的新建工程中；二是除尘器进气温度在130℃～150℃之间或更高，而且增压风机有400Pa上下裕量的改造工程中；三是烟气温度在130℃上下，在除尘器后方安装高低温一体型冷却器空间不够，且增压风机有400Pa上下裕量的改造工程中。

除了以上介绍的布置方式外，该冷却装置的高、低温段还可以合为一体布置于除尘器之后或是高、低温分开而布置于除尘器之后，具体采取何种方式布置要根据现场实际情况、具体需求来进行优选，从而使其达到最佳的余热综合利用效果，实现节能降耗、控制发电成本的目的。

结语：

火电厂锅炉的综合利用技术的推广和应用，不仅可以获得良好的经济和环境效益，同时能够提高火电厂的能力，这既有利于电厂节约成本、提升竞争力和完成环保义务，同时又符合国家关于转变发展方式、节能减排的发展思路。随着科技的发展必将会有更加有效的回收利用技术出现，因此我们有理由相信，未来更加多元和先进的余热利用技术必将对火电企业的运行和效益模式带来深刻的变革。