余热发电锅炉自动排污技改创新实践

摘要：四川省女娲建材有限公司余热发电锅炉排污装置原设计采用的是手动排污工艺流程，运行过程中出现管道堵塞现象，导致锅炉水质较差。女娲建材于2021年8月开始对锅炉排污改造，于2021年9月改造完成。运行至今，自动排污装置锅水电导率、炉水水质大大提高，也降低了操作强度，保证余热发电锅炉汽水品质合格。

关键词：锅炉；水质；自动排污；电导率

引言：水是锅炉的主要工质，锅炉给水在锅炉运行过程中由于蒸发、浓缩，锅水浓度会越来越高，同时产生水垢及水渣；因此，锅炉给水和锅水符合水质标准要求是锅炉安全、节能运行的基本。工业锅炉给水一般只做简单的离子交换软化处理，软水中尚有一定Ca²⁺、Mg²⁺残留硬度和Fe²⁺、Mn²⁺等重金属阳离子，存在Cl^-、SO4^2-、SiO^2-、HCO^3-等阴离子，这些杂质离子在锅水的加热过程中会发生热分解、热浓缩等多种化学反应，严重时造成结垢（1mm的垢层将会使燃料耗费增加7%）、腐蚀、蒸汽品质变化，危害锅炉的安全，降低设备使用寿命。以排污来降低锅水浓度是工业锅炉安全经济运行的重要措施，减少由于排污过量引起的能量和水处理的浪费；根据锅炉给水中的杂质成分控制锅水的浓缩度，把高浓度锅水对锅炉运行的危害小化是锅炉排污的目标和节约水资源和能源。

由于锅炉排污水既含有较高的溶解固形物，又有大量的热能；因此锅炉排污具有二重性，若不排污锅炉则可能结垢、腐蚀，影响锅炉安全运行；然而排污又会造成热损失和水资源浪费。解决这个矛盾的方法：一是新型水处理技术，降低锅炉给水含盐量，从源头减少进入锅炉的杂质离子，降低锅炉排污率；二是排污技术，实现科学准确的排污，同时回收排污水热能。

1.锅炉运行效率

影响锅炉运行效率的因素有很多。对蒸汽锅炉来说，由于锅炉给水中总是含有一定量的溶解固形物，在运行当中必须保证相当的排污量才能保证炉水品质和蒸汽质量。但这时锅炉所排出的是高温高压的锅炉水，含有吸收的大量热量，如能在保证炉水品质和蒸汽质量的前提下，最大限度的减少锅炉排污量，并进一步将排污水中的热量最大限度的回收利用，这是一个能提高锅炉热量利用率，降低成本的有效措施。一般来说，只要采取合适的水处理工艺和正确的排污控制方法，工业蒸汽锅炉的排污率不会超过10％。但我国目前大部分的蒸汽锅炉，由于排污的控制方法不当导致排污率高达20％-30％。再加上对排污的热量没有有效的回收或回收比例低，成为影响锅炉运行效率的主要因素之一。

2.锅炉排污控制方法

2.1 锅炉内的水质控制与排污

锅炉给水进入锅炉后，随着炉水的蒸发，炉水中盐份含量越来越高，当达到一定浓度后，炉水会产生泡沫，发生汽水共腾并大大增加蒸汽的湿度，严重时会导致锅炉因低水位而停炉。这种现象在锅炉高负荷以及蒸汽负荷波动时显得特别突出。所以必须把炉水含盐量保持在允许范围内才能确保锅炉运行安全稳定。

控制炉水品质，降低炉水含盐量的主要方法是在锅炉运行时进行炉水的排污。这种方法是不断地把靠近锅内炉水蒸发表面含盐浓度高的炉水和积存的水渣排放出炉外，同时锅炉补充含盐浓度相对较低的补给水。很显然，通过排污可以使炉水的含盐量降低，改善炉水品质。一台锅炉需要多少排污量才能达到国家标准的要求，必须通过化学分析和计算来确定。如果实际排污量大于计算排污量，炉水品质提高，但同时也排放了含有大量热能的锅水，增加了锅炉排污热损失。只有当实际锅炉排污量等于（或接近）计算排污量时，锅炉水的浓度保持稳定在国家工业锅炉水质标准所规定的值附近，才能既保证炉水品质，又不会多排污造成能源浪费。

2.2锅炉排污装置改造前生产情况

2.2.1工艺流程简介

改造前锅炉排污装置为手动控制，AQC、SP炉排污均为手动阀，如图1。

图1

2.2.2锅炉排污装置改造前存在的问题

（1）锅炉炉水设计排污率＜10%，排污流量＜181kg/10s，实际运行情况较高于设计指标。见表1。

  表1 锅炉排污装置改造前运行状态

（2）定期排污：操作时间较长，锅炉定期排污每班一次，巡检人员需打开30个锅炉定排阀门，每次排污30秒，再手动关闭，整个过程耗时20分钟。

（3）手动阀门操作频繁，容易造成损坏，加大了维护检修工作量，同时也增加了管理难度。

（4）由于手动定期调整排污量，为锅炉排污充分，排污率偏大，造成热能的浪费。

3.锅炉排污装置改造工艺

3.1锅炉排污自动化装置改造方案

在原来基础上，改造排污管道，安装阀门支撑，定排二次阀改为电动阀，由PLC定时自动控制，根据厂里需求可以手动调节排污，通过改造提高锅炉汽包定期排污程控的可靠性和稳定性。

 此次改造为整体解决方案，排污信号在中控DCS出现提醒报警后操作员远程通过鼠标中控实现给定阀门开度控制或者现场通过配电柜手动操作，如图2，图3。

图2 改造后锅炉排污装置效果图

图3 改造后锅炉排污装置现场

经过一段时间运行，改造后的锅炉排污装置自动运行稳定，各参数正常，根据化验结果，最终锅炉炉水排污率＜10%，排污流量＜181kg/10s，符合锅炉水质标准。水质检测数据见表2。

表2 锅炉排污装置改造后运行状态

从运行参数中可以看出水质都有了一定程度的改善，运行稳定性也大大提高。

3.3锅炉排污的自动控制与手动控制的比较

目前国内大多数工业锅炉的排污采用手动阀门人工控制，通常是在锅炉的排污口安装一手动截止阀，由炉水化验员定期收取炉水水样用化学滴定的方法检测氯根离子浓度和碱度，根据检测结果通知锅炉操作人员打开或关闭排污阀，一般每班（8小时）测试一次或两次。事实上，人工手动控制的方法往往达不到控制炉水品质的要求，为了保证在两次炉水取样化验期间使炉水浓度不超过标准，每次打开排污阀排污时都要将炉水的控制指标排放到非常低的水平，即便如此也不能保证锅炉水在此期间合格。因为当蒸汽负荷大时，炉水的浓度上升快，而人工控制不能检测到实际炉水中溶解固形物的变化情况，也就无法及时打开或关闭排污阀，不能很好的控制炉水指标，造成能源浪费。

而锅炉采用自动控制方式，根据设定系统自动打开排污控制阀门，根据时间自动停止排污，排污量得到减少，节约锅炉运行成本。

3.4锅炉排污自动化装置改造后运行状况

从2021年9月7日改造完成运行至今，效果显著，不仅解决了装置运行稳定性和水质问题，同时也取得了一定的经济效益，并在传统工艺流程上也做了一定改变。

（1）运行稳定可靠。经现场长期试运行，程控启、停及各种功能均正常。 

（2）结构简单。不需专门的控制装置，只需将电动门的I／O线与PLC连接即可。由于采用软件完成其操作控制功能，因此，不存在控制装置硬件故障的问题。 

（3）操作使用方便。在DCS系统操作画面上设计弹出窗口，直接在弹出窗口上进行软操作。弹出窗口中显示每一个门的操作情况和运行状态，便于运行人员观察。如图4。

（4）运行灵活。在操作画面上可切除故障的电动门（不参与程控），投入正常的电动门参加程控，这样就增加了运行的灵活性。 

（5）功能齐全。在画面上可进行手动、自动操作，还具有显示、报警功能，以便运行人员掌握运行情况并提醒运行人员及时排除故障。 

（6）修改参数方便。可根据现场的实际需要，在组态中修改电动门的排污时间。 

图4 锅炉排污系统画面

4.结论

四川省女娲建材有限公司在遵照锅炉水处理理论和技术原则的基础上，在排污工艺技术改造中，采取了一些新的思路和工艺流程。

（1）自动排污节能装置包括控制器、传感器及管路、自动排污阀组等组成，实现了自动控制排污；具有密封性能好、排污效果好、使用寿命长、安装方便、省时省力等有益效果；减少人工排污浪费，节省软化水和确保水质有利于锅炉防垢防腐；能承受高负荷运行，安装方便，运行可靠，便于维修与管理；并具有“手动-自动”操作转换。

（2）该系统运行稳定可靠。可实现远程启、停、报警、手动、自动控制等功能。

（3）原系统一次阀保留，二次阀改为电动阀，通过PLC调节时间自动控制，原管道部分保留。

[参考文献]

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[2]么书勤，锅炉水处理作业，中国劳动社会保障出版社，2012年10月

[3]陈丽芬，工业锅炉的节能措施分析与应用，2011年

[4]关文吉，蒸汽锅炉连续排污余热回收分析，2010年