锅炉启动排汽回收技术构建和应用

李森林

（上海金联热电有限公司，上海 201506）

引言

热电厂的运营负荷与用户使用蒸汽量的多少密切相关，事实是白天供热量多，晚上供热量少；冬季供热量多，夏季供热量少，这使得热电厂锅炉在一年内发生多次开启和停运。

热电厂由于受到容量、投资和管道布置等多方面因素的影响，多会采用单母管制系统[1]136-139，为满足发电机组的蒸汽参数要求，该系统会造成锅炉在每次升停炉过程中存在大量的蒸汽浪费、产生严重的噪音污染。噪音污染在工业领域中危害较大，特别是在锅炉使用企业，不仅会损害员工身心健康，还会对周边居民生活环境造成严重影响[2]。锅炉排汽噪音是低频噪音，治理困难，为此很多锅炉使用企业不得不采取高成本的降噪措施[3]。

本文以某热电厂为研究对象，开展项目调研与分析，以锅炉启动排汽回收为切入点，通过设备选型解决排汽浪费和噪音污染问题，并对节能降噪效果和经济性进行评估。

1 项目调研与分析

某热电厂有3台CFB循环流化床锅炉。锅炉参数为：额定流量130 t/h，额定压力9.8 MPa，额定温度535+5-10℃。主蒸汽管道采用单母管制系统，由主蒸汽母管将蒸汽分配给3台纯背压机发电组和4台减温减压器。主要运行方式为：锅炉的主蒸汽管道（9.8 MPa、535+5-10℃）经过纯背压机组或者减温减压器后向热网用户提供0.98 MPa、280℃的过热蒸汽。锅炉根据供热量需求而采取相应的锅炉启停方式，每次锅炉启动升炉时，为了使蒸汽达到并入母管的要求和发电机组进汽参数的要求，通过启动排汽管向空排出蒸汽[4]，随着升炉时间的推移，锅炉蒸汽温度、压力等参数都会增加（如图1所示），不但浪费了大量的蒸汽，还会产生噪音[5]，此过程一般会持续3～5 h[6]。

1.1 蒸汽浪费问题

锅炉启动时，蒸汽的压力达9.5 MPa、额定温度达500℃才能够并入主蒸汽母管[6]。根据图1所示的锅炉升炉曲线和现场实际升炉统计，每次锅炉启动会造成约100 t盐水及其热值的浪费。

1.2 升炉排汽噪音问题

该热电厂锅炉启动过程中需要通过启动排汽管道向空排放大量蒸汽，而蒸汽压力、温度和流量会逐渐升高。虽然在启动排汽管道的末端装设有新型小孔喷注型消音器[5]，但仍然经常有附近居民反映噪音很大。该热电厂在2#锅炉、3#锅炉升炉过程中详细进行了厂界噪音的测量，如图2所示。结果表明，噪音值超过国家标准昼间不超过65 dB、夜间不超过55 dB的要求[7]。

总之，必须从节约能源和降低噪音两方面，对锅炉升炉过程产生的启动排汽进行回收利用，以实质性地解决问题。

图1 锅炉蒸汽温度、压力随着时间的变化

图2 不同蒸汽压力、流量下的噪音测量值

2 设备选型

进一步实地调查和分析该热电厂的汽水系统，如图3所示。

该热电厂供热参数见第1章。此外，蒸汽流量为0～60 t/h。

2.1 减温减压器选型

选择一台原有的减温减压器，作为锅炉启动排汽回收论证依据。以启动排汽最高参数计算出减温减压器的参数。

已知条件：新蒸汽流量60 t/h，压力9.8 MPa，温度525℃；减温水压力14.5 MPa，温度158℃，由锅炉给水；双减后，蒸汽压力0.98 MPa，温度280℃。物质平衡式和热平衡式[1]199-205为

其中，Dzq—新蒸汽流量，kg/h；Dps—减温水流量，kg/h；Djwy—双减后蒸汽量，kg/h；—未蒸发减温水所占份额（0.3～0.35）；h0—新蒸汽焓，kJ/kg；hjwy—双减后蒸汽焓，kJ/kg；hps—减温水焓，kJ/kg；h´jwy—双减后饱和水焓，kJ/kg。

根据焓熵表查得：hjwy=3009.59 kJ/kg，h0=3439.88 kJ/kg，hps=675.16 kJ/k g，h´jwy=758.73 kJ/kg。计算得：Dps=16 692.78 kg/h，Djwy=70 850.3 kg/h。该热电厂有3台减温减压器的流量都大于计算值，且其一次、二次过热汽压力、温度都符合启动排汽回收利用。

以1#减温减压器为例，进行安全阀论证。根据启动排汽特性，论证1#减温减压器的安全阀是否可用。通流量公式[8]为

图3 主蒸汽管道示意图

该热电厂1#减温减压器额定流量为70 t/h，流量调节范围为额定流量的10%～100%，启动排汽最大蒸汽量为60 t/h。初步确定可以将1#减温减压器作为3台锅炉升停炉的汽水回收设备。

2.2 新增管道选型

根据锅炉最大连续蒸发量参数，即额定压力9.8 MPa、最大温度540℃，初步选择启动排汽回收至1#减温减压器之间的管道。管道材料选用合金钢12Cr1MoV[8]，选用设计压力取10.3 MPa[8]。管道尺寸选择公式为

2.3 投资回报周期

根据章节2.1和2.2的研究论证，可以初步得出管道等材料的规格和数量。此时，进行以下工作：

（1）对设计费用、管道和阀门费用、保温费用、施工费用、检测费用进行询价和评估，需投资约23万元。

（2）节能回收费用根据锅炉升炉曲线（即图1）和该热电厂历年运行数据计算。平均每次回收蒸汽约95 t，焓值3 178.38 kJ/kg。将回收热值折算成标煤量M，即

取标煤价格800元/t，平均每年升停炉13次，则每年回收费用为10.72万元。忽略资金时间价值的影响，静态投资回收期约为2.14年。

3 应用

3.1 项目实施

图4 蒸汽管道示意图

根据该热电厂实际情况进行了项目设计和施工。将原1#减温减压器与母管进行切割分离，3台锅炉的主蒸汽母管在并炉阀前分别引出一路管道至1#减温减压器。项目施工完成后的蒸汽管道示意图如图4所示。其中，新增了启动排汽回收管道，管道通径为φ168 mm×14 mm，设计压力为10.3 MPa，设计温度为545℃，管道材质为12Cr1MoVG，三只阀门采用电动焊接闸阀，型号为Z962Y-P54140V，DN150，截止阀实现远程DCS操作。

3.2 项目运行

改造后锅炉升炉过程运行流程如下：

（1）锅炉升炉时，若启动排汽参数低于供热参数，则打开原有启动排汽管道，通过原启动排汽管道的消音器向空排出；

（2）以任意一台锅炉升炉为例，若启动过程中蒸汽参数高于供热参数0.98 MPa、280℃，则只需要关闭向空排汽阀和并炉阀，将该锅炉新增的阀门打开，通过减温减压器向用汽单位提供热能产品。当该锅炉的主蒸汽参数满足并炉要求时，关闭新增的阀门，打开并炉阀门即可。改造后的噪音测量值如图5所示。

3.3 运行注意事项

图5 改造后的噪音测量值

（1）锅炉启动过程中，应同时对集汽集箱出口到并炉阀之间的主蒸汽管道进行暖管，暖管速度应使温升不超过1～1.5℃/min；

（2）暖管时，可以用初期的启动排汽进行，但一定要加强疏水，避免主蒸汽管道振动；

（3）要严密监视汽包的壁温差，使其低于40℃[6]，防止汽包受热不均；

（4）锅炉启动过程中，需要严密监视水冷壁、过热器等受热面的温度，防止水循环不良而过热；

（5）当启动锅炉的压力比母管压力低0.2～0.3 MPa、温度比额定值低25℃左右时[6]，可以停止启动排汽回收，使之并入母管。

4 结束语

本文介绍了一种锅炉启动排汽回收技术，通过现场调研、设备选型等技术改造措施，节约了投资成本，提高了资源利用效率。

项目实施后，不但减少了水及热能的浪费，还有效杜绝了噪音扰民的情况，对行业节能降噪有一定的参考意义。