余熱發(fā)電鍋爐自動(dòng)排污技改創(chuàng)新實(shí)踐

摘要：四川省女?huà)z建材有限公司余熱發(fā)電鍋爐排污裝置原設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)排污工藝流程，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致鍋爐水質(zhì)較差。女?huà)z建材于2021年8月開(kāi)始對(duì)鍋爐排污改造，于2021年9月改造完成。運(yùn)行至今，自動(dòng)排污裝置鍋水電導(dǎo)率、爐水水質(zhì)大大提高，也降低了操作強(qiáng)度，保證余熱發(fā)電鍋爐汽水品質(zhì)合格。

關(guān)鍵詞：鍋爐；水質(zhì)；自動(dòng)排污；電導(dǎo)率

引言：水是鍋爐的主要工質(zhì)，鍋爐給水在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中由于蒸發(fā)、濃縮，鍋水濃度會(huì)越來(lái)越高，同時(shí)產(chǎn)生水垢及水渣；因此，鍋爐給水和鍋水符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求是鍋爐安全、節(jié)能運(yùn)行的基本。工業(yè)鍋爐給水一般只做簡(jiǎn)單的離子交換軟化處理，軟水中尚有一定Ca²⁺、Mg²⁺殘留硬度和Fe²⁺、Mn²⁺等重金屬陽(yáng)離子，存在Cl^-、SO4^2-、SiO^2-、HCO^3-等陰離子，這些雜質(zhì)離子在鍋水的加熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生熱分解、熱濃縮等多種化學(xué)反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)造成結(jié)垢（1mm的垢層將會(huì)使燃料耗費(fèi)增加7%）、腐蝕、蒸汽品質(zhì)變化，危害鍋爐的安全，降低設(shè)備使用壽命。以排污來(lái)降低鍋水濃度是工業(yè)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施，減少由于排污過(guò)量引起的能量和水處理的浪費(fèi)；根據(jù)鍋爐給水中的雜質(zhì)成分控制鍋水的濃縮度，把高濃度鍋水對(duì)鍋爐運(yùn)行的危害小化是鍋爐排污的目標(biāo)和節(jié)約水資源和能源。

由于鍋爐排污水既含有較高的溶解固形物，又有大量的熱能；因此鍋爐排污具有二重性，若不排污鍋爐則可能結(jié)垢、腐蝕，影響鍋爐安全運(yùn)行；然而排污又會(huì)造成熱損失和水資源浪費(fèi)。解決這個(gè)矛盾的方法：一是新型水處理技術(shù)，降低鍋爐給水含鹽量，從源頭減少進(jìn)入鍋爐的雜質(zhì)離子，降低鍋爐排污率；二是排污技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)準(zhǔn)確的排污，同時(shí)回收排污水熱能。

1.鍋爐運(yùn)行效率

影響鍋爐運(yùn)行效率的因素有很多。對(duì)蒸汽鍋爐來(lái)說(shuō)，由于鍋爐給水中總是含有一定量的溶解固形物，在運(yùn)行當(dāng)中必須保證相當(dāng)?shù)呐盼哿坎拍鼙ＷC爐水品質(zhì)和蒸汽質(zhì)量。但這時(shí)鍋爐所排出的是高溫高壓的鍋爐水，含有吸收的大量熱量，如能在保證爐水品質(zhì)和蒸汽質(zhì)量的前提下，最大限度的減少鍋爐排污量，并進(jìn)一步將排污水中的熱量最大限度的回收利用，這是一個(gè)能提高鍋爐熱量利用率，降低成本的有效措施。一般來(lái)說(shuō)，只要采取合適的水處理工藝和正確的排污控制方法，工業(yè)蒸汽鍋爐的排污率不會(huì)超過(guò)10％。但我國(guó)目前大部分的蒸汽鍋爐，由于排污的控制方法不當(dāng)導(dǎo)致排污率高達(dá)20％-30％。再加上對(duì)排污的熱量沒(méi)有有效的回收或回收比例低，成為影響鍋爐運(yùn)行效率的主要因素之一。

2.鍋爐排污控制方法

2.1 鍋爐內(nèi)的水質(zhì)控制與排污

鍋爐給水進(jìn)入鍋爐后，隨著爐水的蒸發(fā)，爐水中鹽份含量越來(lái)越高，當(dāng)達(dá)到一定濃度后，爐水會(huì)產(chǎn)生泡沫，發(fā)生汽水共騰并大大增加蒸汽的濕度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鍋爐因低水位而停爐。這種現(xiàn)象在鍋爐高負(fù)荷以及蒸汽負(fù)荷波動(dòng)時(shí)顯得特別突出。所以必須把爐水含鹽量保持在允許范圍內(nèi)才能確保鍋爐運(yùn)行安全穩(wěn)定。

控制爐水品質(zhì)，降低爐水含鹽量的主要方法是在鍋爐運(yùn)行時(shí)進(jìn)行爐水的排污。這種方法是不斷地把靠近鍋內(nèi)爐水蒸發(fā)表面含鹽濃度高的爐水和積存的水渣排放出爐外，同時(shí)鍋爐補(bǔ)充含鹽濃度相對(duì)較低的補(bǔ)給水。很顯然，通過(guò)排污可以使?fàn)t水的含鹽量降低，改善爐水品質(zhì)。一臺(tái)鍋爐需要多少排污量才能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須通過(guò)化學(xué)分析和計(jì)算來(lái)確定。如果實(shí)際排污量大于計(jì)算排污量，爐水品質(zhì)提高，但同時(shí)也排放了含有大量熱能的鍋水，增加了鍋爐排污熱損失。只有當(dāng)實(shí)際鍋爐排污量等于（或接近）計(jì)算排污量時(shí)，鍋爐水的濃度保持穩(wěn)定在國(guó)家工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的值附近，才能既保證爐水品質(zhì)，又不會(huì)多排污造成能源浪費(fèi)。

2.2鍋爐排污裝置改造前生產(chǎn)情況

2.2.1工藝流程簡(jiǎn)介

改造前鍋爐排污裝置為手動(dòng)控制，AQC、SP爐排污均為手動(dòng)閥，如圖1。

圖1

2.2.2鍋爐排污裝置改造前存在的問(wèn)題

（1）鍋爐爐水設(shè)計(jì)排污率＜10%，排污流量＜181kg/10s，實(shí)際運(yùn)行情況較高于設(shè)計(jì)指標(biāo)。見(jiàn)表1。

  表1 鍋爐排污裝置改造前運(yùn)行狀態(tài)

（2）定期排污：操作時(shí)間較長(zhǎng)，鍋爐定期排污每班一次，巡檢人員需打開(kāi)30個(gè)鍋爐定排閥門(mén)，每次排污30秒，再手動(dòng)關(guān)閉，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)20分鐘。

（3）手動(dòng)閥門(mén)操作頻繁，容易造成損壞，加大了維護(hù)檢修工作量，同時(shí)也增加了管理難度。

（4）由于手動(dòng)定期調(diào)整排污量，為鍋爐排污充分，排污率偏大，造成熱能的浪費(fèi)。

3.鍋爐排污裝置改造工藝

3.1鍋爐排污自動(dòng)化裝置改造方案

在原來(lái)基礎(chǔ)上，改造排污管道，安裝閥門(mén)支撐，定排二次閥改為電動(dòng)閥，由PLC定時(shí)自動(dòng)控制，根據(jù)廠里需求可以手動(dòng)調(diào)節(jié)排污，通過(guò)改造提高鍋爐汽包定期排污程控的可靠性和穩(wěn)定性。

 此次改造為整體解決方案，排污信號(hào)在中控DCS出現(xiàn)提醒報(bào)警后操作員遠(yuǎn)程通過(guò)鼠標(biāo)中控實(shí)現(xiàn)給定閥門(mén)開(kāi)度控制或者現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)配電柜手動(dòng)操作，如圖2，圖3。

圖2 改造后鍋爐排污裝置效果圖

圖3 改造后鍋爐排污裝置現(xiàn)場(chǎng)

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，改造后的鍋爐排污裝置自動(dòng)運(yùn)行穩(wěn)定，各參數(shù)正常，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，最終鍋爐爐水排污率＜10%，排污流量＜181kg/10s，符合鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 鍋爐排污裝置改造后運(yùn)行狀態(tài)

從運(yùn)行參數(shù)中可以看出水質(zhì)都有了一定程度的改善，運(yùn)行穩(wěn)定性也大大提高。

3.3鍋爐排污的自動(dòng)控制與手動(dòng)控制的比較

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)工業(yè)鍋爐的排污采用手動(dòng)閥門(mén)人工控制，通常是在鍋爐的排污口安裝一手動(dòng)截止閥，由爐水化驗(yàn)員定期收取爐水水樣用化學(xué)滴定的方法檢測(cè)氯根離子濃度和堿度，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果通知鍋爐操作人員打開(kāi)或關(guān)閉排污閥，一般每班（8小時(shí)）測(cè)試一次或兩次。事實(shí)上，人工手動(dòng)控制的方法往往達(dá)不到控制爐水品質(zhì)的要求，為了保證在兩次爐水取樣化驗(yàn)期間使?fàn)t水濃度不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，每次打開(kāi)排污閥排污時(shí)都要將爐水的控制指標(biāo)排放到非常低的水平，即便如此也不能保證鍋爐水在此期間合格。因?yàn)楫?dāng)蒸汽負(fù)荷大時(shí)，爐水的濃度上升快，而人工控制不能檢測(cè)到實(shí)際爐水中溶解固形物的變化情況，也就無(wú)法及時(shí)打開(kāi)或關(guān)閉排污閥，不能很好的控制爐水指標(biāo)，造成能源浪費(fèi)。

而鍋爐采用自動(dòng)控制方式，根據(jù)設(shè)定系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)排污控制閥門(mén)，根據(jù)時(shí)間自動(dòng)停止排污，排污量得到減少，節(jié)約鍋爐運(yùn)行成本。

3.4鍋爐排污自動(dòng)化裝置改造后運(yùn)行狀況

從2021年9月7日改造完成運(yùn)行至今，效果顯著，不僅解決了裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和水質(zhì)問(wèn)題，同時(shí)也取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，并在傳統(tǒng)工藝流程上也做了一定改變。

（1）運(yùn)行穩(wěn)定可靠。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期試運(yùn)行，程控啟、停及各種功能均正常。 

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。不需專(zhuān)門(mén)的控制裝置，只需將電動(dòng)門(mén)的I／O線與PLC連接即可。由于采用軟件完成其操作控制功能，因此，不存在控制裝置硬件故障的問(wèn)題。 

（3）操作使用方便。在DCS系統(tǒng)操作畫(huà)面上設(shè)計(jì)彈出窗口，直接在彈出窗口上進(jìn)行軟操作。彈出窗口中顯示每一個(gè)門(mén)的操作情況和運(yùn)行狀態(tài)，便于運(yùn)行人員觀察。如圖4。

（4）運(yùn)行靈活。在操作畫(huà)面上可切除故障的電動(dòng)門(mén)（不參與程控），投入正常的電動(dòng)門(mén)參加程控，這樣就增加了運(yùn)行的靈活性。 

（5）功能齊全。在畫(huà)面上可進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)操作，還具有顯示、報(bào)警功能，以便運(yùn)行人員掌握運(yùn)行情況并提醒運(yùn)行人員及時(shí)排除故障。 

（6）修改參數(shù)方便?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，在組態(tài)中修改電動(dòng)門(mén)的排污時(shí)間。 

圖4 鍋爐排污系統(tǒng)畫(huà)面

4.結(jié)論

四川省女?huà)z建材有限公司在遵照鍋爐水處理理論和技術(shù)原則的基礎(chǔ)上，在排污工藝技術(shù)改造中，采取了一些新的思路和工藝流程。

（1）自動(dòng)排污節(jié)能裝置包括控制器、傳感器及管路、自動(dòng)排污閥組等組成，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制排污；具有密封性能好、排污效果好、使用壽命長(zhǎng)、安裝方便、省時(shí)省力等有益效果；減少人工排污浪費(fèi)，節(jié)省軟化水和確保水質(zhì)有利于鍋爐防垢防腐；能承受高負(fù)荷運(yùn)行，安裝方便，運(yùn)行可靠，便于維修與管理；并具有“手動(dòng)-自動(dòng)”操作轉(zhuǎn)換。

（2）該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟、停、報(bào)警、手動(dòng)、自動(dòng)控制等功能。

（3）原系統(tǒng)一次閥保留，二次閥改為電動(dòng)閥，通過(guò)PLC調(diào)節(jié)時(shí)間自動(dòng)控制，原管道部分保留。

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