鍋爐啟動排汽回收技術構建和應用

李森林

（上海金聯熱電有限公司，上海 201506）

引言

熱電廠的運營負荷與用戶使用蒸汽量的多少密切相關，事實是白天供熱量多，晚上供熱量少；冬季供熱量多，夏季供熱量少，這使得熱電廠鍋爐在一年內發生多次開啟和停運。

熱電廠由于受到容量、投資和管道布置等多方面因素的影響，多會采用單母管制系統[1]136-139，為滿足發電機組的蒸汽參數要求，該系統會造成鍋爐在每次升停爐過程中存在大量的蒸汽浪費、產生嚴重的噪音污染。噪音污染在工業領域中危害較大，特別是在鍋爐使用企業，不僅會損害員工身心健康，還會對周邊居民生活環境造成嚴重影響[2]。鍋爐排汽噪音是低頻噪音，治理困難，為此很多鍋爐使用企業不得不采取高成本的降噪措施[3]。

本文以某熱電廠為研究對象，開展項目調研與分析，以鍋爐啟動排汽回收為切入點，通過設備選型解決排汽浪費和噪音污染問題，并對節能降噪效果和經濟性進行評估。

1 項目調研與分析

某熱電廠有3臺CFB循環流化床鍋爐。鍋爐參數為：額定流量130 t/h，額定壓力9.8 MPa，額定溫度535+5-10℃。主蒸汽管道采用單母管制系統，由主蒸汽母管將蒸汽分配給3臺純背壓機發電組和4臺減溫減壓器。主要運行方式為：鍋爐的主蒸汽管道（9.8 MPa、535+5-10℃）經過純背壓機組或者減溫減壓器后向熱網用戶提供0.98 MPa、280℃的過熱蒸汽。鍋爐根據供熱量需求而采取相應的鍋爐啟停方式，每次鍋爐啟動升爐時，為了使蒸汽達到并入母管的要求和發電機組進汽參數的要求，通過啟動排汽管向空排出蒸汽[4]，隨著升爐時間的推移，鍋爐蒸汽溫度、壓力等參數都會增加（如圖1所示），不但浪費了大量的蒸汽，還會產生噪音[5]，此過程一般會持續3～5 h[6]。

1.1 蒸汽浪費問題

鍋爐啟動時，蒸汽的壓力達9.5 MPa、額定溫度達500℃才能夠并入主蒸汽母管[6]。根據圖1所示的鍋爐升爐曲線和現場實際升爐統計，每次鍋爐啟動會造成約100 t鹽水及其熱值的浪費。

1.2 升爐排汽噪音問題

該熱電廠鍋爐啟動過程中需要通過啟動排汽管道向空排放大量蒸汽，而蒸汽壓力、溫度和流量會逐漸升高。雖然在啟動排汽管道的末端裝設有新型小孔噴注型消音器[5]，但仍然經常有附近居民反映噪音很大。該熱電廠在2#鍋爐、3#鍋爐升爐過程中詳細進行了廠界噪音的測量，如圖2所示。結果表明，噪音值超過國家標準晝間不超過65 dB、夜間不超過55 dB的要求[7]。

總之，必須從節約能源和降低噪音兩方面，對鍋爐升爐過程產生的啟動排汽進行回收利用，以實質性地解決問題。

圖1 鍋爐蒸汽溫度、壓力隨著時間的變化

圖2 不同蒸汽壓力、流量下的噪音測量值

2 設備選型

進一步實地調查和分析該熱電廠的汽水系統，如圖3所示。

該熱電廠供熱參數見第1章。此外，蒸汽流量為0～60 t/h。

2.1 減溫減壓器選型

選擇一臺原有的減溫減壓器，作為鍋爐啟動排汽回收論證依據。以啟動排汽最高參數計算出減溫減壓器的參數。

已知條件：新蒸汽流量60 t/h，壓力9.8 MPa，溫度525℃；減溫水壓力14.5 MPa，溫度158℃，由鍋爐給水；雙減后，蒸汽壓力0.98 MPa，溫度280℃。物質平衡式和熱平衡式[1]199-205為

其中，Dzq—新蒸汽流量，kg/h；Dps—減溫水流量，kg/h；Djwy—雙減后蒸汽量，kg/h；—未蒸發減溫水所占份額（0.3～0.35）；h0—新蒸汽焓，kJ/kg；hjwy—雙減后蒸汽焓，kJ/kg；hps—減溫水焓，kJ/kg；h′jwy—雙減后飽和水焓，kJ/kg。

根據焓熵表查得：hjwy=3009.59 kJ/kg，h0=3439.88 kJ/kg，hps=675.16 kJ/k g，h′jwy=758.73 kJ/kg。計算得：Dps=16 692.78 kg/h，Djwy=70 850.3 kg/h。該熱電廠有3臺減溫減壓器的流量都大于計算值，且其一次、二次過熱汽壓力、溫度都符合啟動排汽回收利用。

以1#減溫減壓器為例，進行安全閥論證。根據啟動排汽特性，論證1#減溫減壓器的安全閥是否可用。通流量公式[8]為

圖3 主蒸汽管道示意圖

該熱電廠1#減溫減壓器額定流量為70 t/h，流量調節范圍為額定流量的10%～100%，啟動排汽最大蒸汽量為60 t/h。初步確定可以將1#減溫減壓器作為3臺鍋爐升停爐的汽水回收設備。

2.2 新增管道選型

根據鍋爐最大連續蒸發量參數，即額定壓力9.8 MPa、最大溫度540℃，初步選擇啟動排汽回收至1#減溫減壓器之間的管道。管道材料選用合金鋼12Cr1MoV[8]，選用設計壓力取10.3 MPa[8]。管道尺寸選擇公式為

2.3 投資回報周期

根據章節2.1和2.2的研究論證，可以初步得出管道等材料的規格和數量。此時，進行以下工作：

（1）對設計費用、管道和閥門費用、保溫費用、施工費用、檢測費用進行詢價和評估，需投資約23萬元。

（2）節能回收費用根據鍋爐升爐曲線（即圖1）和該熱電廠歷年運行數據計算。平均每次回收蒸汽約95 t，焓值3 178.38 kJ/kg。將回收熱值折算成標煤量M，即

取標煤價格800元/t，平均每年升停爐13次，則每年回收費用為10.72萬元。忽略資金時間價值的影響，靜態投資回收期約為2.14年。

3 應用

3.1 項目實施

圖4 蒸汽管道示意圖

根據該熱電廠實際情況進行了項目設計和施工。將原1#減溫減壓器與母管進行切割分離，3臺鍋爐的主蒸汽母管在并爐閥前分別引出一路管道至1#減溫減壓器。項目施工完成后的蒸汽管道示意圖如圖4所示。其中，新增了啟動排汽回收管道，管道通徑為φ168 mm×14 mm，設計壓力為10.3 MPa，設計溫度為545℃，管道材質為12Cr1MoVG，三只閥門采用電動焊接閘閥，型號為Z962Y-P54140V，DN150，截止閥實現遠程DCS操作。

3.2 項目運行

改造后鍋爐升爐過程運行流程如下：

（1）鍋爐升爐時，若啟動排汽參數低于供熱參數，則打開原有啟動排汽管道，通過原啟動排汽管道的消音器向空排出；

（2）以任意一臺鍋爐升爐為例，若啟動過程中蒸汽參數高于供熱參數0.98 MPa、280℃，則只需要關閉向空排汽閥和并爐閥，將該鍋爐新增的閥門打開，通過減溫減壓器向用汽單位提供熱能產品。當該鍋爐的主蒸汽參數滿足并爐要求時，關閉新增的閥門，打開并爐閥門即可。改造后的噪音測量值如圖5所示。

3.3 運行注意事項

圖5 改造后的噪音測量值

（1）鍋爐啟動過程中，應同時對集汽集箱出口到并爐閥之間的主蒸汽管道進行暖管，暖管速度應使溫升不超過1～1.5℃/min；

（2）暖管時，可以用初期的啟動排汽進行，但一定要加強疏水，避免主蒸汽管道振動；

（3）要嚴密監視汽包的壁溫差，使其低于40℃[6]，防止汽包受熱不均；

（4）鍋爐啟動過程中，需要嚴密監視水冷壁、過熱器等受熱面的溫度，防止水循環不良而過熱；

（5）當啟動鍋爐的壓力比母管壓力低0.2～0.3 MPa、溫度比額定值低25℃左右時[6]，可以停止啟動排汽回收，使之并入母管。

4 結束語

本文介紹了一種鍋爐啟動排汽回收技術，通過現場調研、設備選型等技術改造措施，節約了投資成本，提高了資源利用效率。

項目實施后，不但減少了水及熱能的浪費，還有效杜絕了噪音擾民的情況，對行業節能降噪有一定的參考意義。