余熱發(fā)電鍋爐自動排污技改創(chuàng)新實踐

摘要：四川省女媧建材有限公司余熱發(fā)電鍋爐排污裝置原設計采用的是手動排污工藝流程，運行過程中出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象，導致鍋爐水質(zhì)較差。女媧建材于2021年8月開始對鍋爐排污改造，于2021年9月改造完成。運行至今，自動排污裝置鍋水電導率、爐水水質(zhì)大大提高，也降低了操作強度，保證余熱發(fā)電鍋爐汽水品質(zhì)合格。

關鍵詞：鍋爐；水質(zhì)；自動排污；電導率

引言：水是鍋爐的主要工質(zhì)，鍋爐給水在鍋爐運行過程中由于蒸發(fā)、濃縮，鍋水濃度會越來越高，同時產(chǎn)生水垢及水渣；因此，鍋爐給水和鍋水符合水質(zhì)標準要求是鍋爐安全、節(jié)能運行的基本。工業(yè)鍋爐給水一般只做簡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程中會發(fā)生熱分解、熱濃縮等多種化學反應，嚴重時造成結(jié)垢（1mm的垢層將會使燃料耗費增加7%）、腐蝕、蒸汽品質(zhì)變化，危害鍋爐的安全，降低設備使用壽命。以排污來降低鍋水濃度是工業(yè)鍋爐安全經(jīng)濟運行的重要措施，減少由于排污過量引起的能量和水處理的浪費；根據(jù)鍋爐給水中的雜質(zhì)成分控制鍋水的濃縮度，把高濃度鍋水對鍋爐運行的危害小化是鍋爐排污的目標和節(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，影響鍋爐安全運行；然而排污又會造成熱損失和水資源浪費。解決這個矛盾的方法：一是新型水處理技術，降低鍋爐給水含鹽量，從源頭減少進入鍋爐的雜質(zhì)離子，降低鍋爐排污率；二是排污技術，實現(xiàn)科學準確的排污，同時回收排污水熱能。

1.鍋爐運行效率

影響鍋爐運行效率的因素有很多。對蒸汽鍋爐來說，由于鍋爐給水中總是含有一定量的溶解固形物，在運行當中必須保證相當?shù)呐盼哿坎拍鼙ＷC爐水品質(zhì)和蒸汽質(zhì)量。但這時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，并進一步將排污水中的熱量最大限度的回收利用，這是一個能提高鍋爐熱量利用率，降低成本的有效措施。一般來說，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超過10％。但我國目前大部分的蒸汽鍋爐，由于排污的控制方法不當導致排污率高達20％-30％。再加上對排污的熱量沒有有效的回收或回收比例低，成為影響鍋爐運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

鍋爐給水進入鍋爐后，隨著爐水的蒸發(fā)，爐水中鹽份含量越來越高，當達到一定濃度后，爐水會產(chǎn)生泡沫，發(fā)生汽水共騰并大大增加蒸汽的濕度，嚴重時會導致鍋爐因低水位而停爐。這種現(xiàn)象在鍋爐高負荷以及蒸汽負荷波動時顯得特別突出。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行時進行爐水的排污。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，同時鍋爐補充含鹽濃度相對較低的補給水。很顯然，通過排污可以使爐水的含鹽量降低，改善爐水品質(zhì)。一臺鍋爐需要多少排污量才能達到國家標準的要求，必須通過化學分析和計算來確定。如果實際排污量大于計算排污量，爐水品質(zhì)提高，但同時也排放了含有大量熱能的鍋水，增加了鍋爐排污熱損失。只有當實際鍋爐排污量等于（或接近）計算排污量時，鍋爐水的濃度保持穩(wěn)定在國家工業(yè)鍋爐水質(zhì)標準所規(guī)定的值附近，才能既保證爐水品質(zhì)，又不會多排污造成能源浪費。

2.2鍋爐排污裝置改造前生產(chǎn)情況

2.2.1工藝流程簡介

改造前鍋爐排污裝置為手動控制，AQC、SP爐排污均為手動閥，如圖1。

圖1

2.2.2鍋爐排污裝置改造前存在的問題

（1）鍋爐爐水設計排污率＜10%，排污流量＜181kg/10s，實際運行情況較高于設計指標。見表1。

  表1 鍋爐排污裝置改造前運行狀態(tài)

（2）定期排污：操作時間較長，鍋爐定期排污每班一次，巡檢人員需打開30個鍋爐定排閥門，每次排污30秒，再手動關閉，整個過程耗時20分鐘。

（3）手動閥門操作頻繁，容易造成損壞，加大了維護檢修工作量，同時也增加了管理難度。

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

3.鍋爐排污裝置改造工藝

3.1鍋爐排污自動化裝置改造方案

在原來基礎上，改造排污管道，安裝閥門支撐，定排二次閥改為電動閥，由PLC定時自動控制，根據(jù)廠里需求可以手動調(diào)節(jié)排污，通過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，排污信號在中控DCS出現(xiàn)提醒報警后操作員遠程通過鼠標中控實現(xiàn)給定閥門開度控制或者現(xiàn)場通過配電柜手動操作，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

經(jīng)過一段時間運行，改造后的鍋爐排污裝置自動運行穩(wěn)定，各參數(shù)正常，根據(jù)化驗結(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)標準。水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 鍋爐排污裝置改造后運行狀態(tài)

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

3.3鍋爐排污的自動控制與手動控制的比較

目前國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)鍋爐的排污采用手動閥門人工控制，通常是在鍋爐的排污口安裝一手動截止閥，由爐水化驗員定期收取爐水水樣用化學滴定的方法檢測氯根離子濃度和堿度，根據(jù)檢測結(jié)果通知鍋爐操作人員打開或關閉排污閥，一般每班（8小時）測試一次或兩次。事實上，人工手動控制的方法往往達不到控制爐水品質(zhì)的要求，為了保證在兩次爐水取樣化驗期間使爐水濃度不超過標準，每次打開排污閥排污時都要將爐水的控制指標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。因為當蒸汽負荷大時，爐水的濃度上升快，而人工控制不能檢測到實際爐水中溶解固形物的變化情況，也就無法及時打開或關閉排污閥，不能很好的控制爐水指標，造成能源浪費。

而鍋爐采用自動控制方式，根據(jù)設定系統(tǒng)自動打開排污控制閥門，根據(jù)時間自動停止排污，排污量得到減少，節(jié)約鍋爐運行成本。

3.4鍋爐排污自動化裝置改造后運行狀況

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

（1）運行穩(wěn)定可靠。經(jīng)現(xiàn)場長期試運行，程控啟、停及各種功能均正常。 

（2）結(jié)構(gòu)簡單。不需專門的控制裝置，只需將電動門的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題。 

（3）操作使用方便。在DCS系統(tǒng)操作畫面上設計彈出窗口，直接在彈出窗口上進行軟操作。彈出窗口中顯示每一個門的操作情況和運行狀態(tài)，便于運行人員觀察。如圖4。

（4）運行靈活。在操作畫面上可切除故障的電動門（不參與程控），投入正常的電動門參加程控，這樣就增加了運行的靈活性。 

（5）功能齊全。在畫面上可進行手動、自動操作，還具有顯示、報警功能，以便運行人員掌握運行情況并提醒運行人員及時排除故障。 

（6）修改參數(shù)方便?？筛鶕?jù)現(xiàn)場的實際需要，在組態(tài)中修改電動門的排污時間。 

圖4 鍋爐排污系統(tǒng)畫面

4.結(jié)論

四川省女媧建材有限公司在遵照鍋爐水處理理論和技術原則的基礎上，在排污工藝技術改造中，采取了一些新的思路和工藝流程。

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

（2）該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠?？蓪崿F(xiàn)遠程啟、停、報警、手動、自動控制等功能。

（3）原系統(tǒng)一次閥保留，二次閥改為電動閥，通過PLC調(diào)節(jié)時間自動控制，原管道部分保留。

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