連排水余熱回收技術在某集中供熱站的應用

文_翟茂林 北京首都機場動力能源有限公司

1 連排水回收原理

鍋爐連續排污排出的爐水是鍋爐運行壓力下的高溫飽和水，為了回收其中的熱量。目前常用的方法是將高溫高壓的連排水通過連排管進入一個連續排污擴容器，在擴容器內經擴容、降壓、熱量交換，絕熱膨脹分離為閃蒸蒸汽和閃蒸壓力下的飽和水。閃蒸蒸汽可直接進入給水箱，與軟化水混合，提高鍋爐給水溫度；也可由專門的管道引出，進入熱力除氧器，以減少熱力除氧器的蒸汽耗量。閃蒸壓力下的飽和水則通過浮球液位閥或溢流調節閥自動排走，并通過換熱器與冷卻水換熱，換熱后的廢水排到排污沉淀池，流入市政污水管道，同時飽和水也可以作為供暖系統的補水，或其他蒸發設備的給水。

2 改造前連排水的余熱利用

某集中供熱站共有鍋爐9臺，在供暖季1臺45t/h燃氣蒸汽鍋爐（平均連續排污量8～10t/h），3臺75t/h燃氣蒸汽鍋爐（平均連續排污量10t/h左右），并通過2臺板式換熱器與3臺58MW燃氣熱水鍋爐相結合，為首都機場三座航站樓、南樓居民生活區及周邊地區共計450余萬m2的面積提供供暖、供汽服務。在非供暖季兩臺10t/h燃氣蒸汽鍋爐（平均連續排污量1t/h左右），為飛行總隊、機場賓館、航食提供蒸汽供應。建造時設計的排污換熱器因為結垢堵塞問題已經拆除，改造前連排水僅通過連排擴容器回收閃蒸蒸汽進入熱力除氧器，對于閃蒸后的污水則直接排放到排污沉淀池，流入市政污水管道，并未對該部分熱量進行回收，造成大量的熱量損失。改造前的連排水回收如圖1所示。

圖1 改造前的連排水回收示意圖

3 連排水余熱利用的改造方案

該集中供熱站連排擴容器的表壓為0.02Mpa，對應壓力下的飽和水溫度為104℃。根據日常運行數據可知連排水在連續擴容器內閃蒸產生的污水溫度100℃左右，并且具有水流穩定的特點，具有大量的熱量可供回收。考慮到原來集中供熱站連排水回收中遇到的結垢堵塞問題，通過查閱文獻并與換熱器廠家咨詢，得知采用可拆卸的不銹鋼片的板式換熱器，方便拆裝維護，可以很好地應對腐蝕和結垢問題。故針對兩個項目在原有的工藝系統上，并聯板式換熱器余熱回收系統，并分別設計改造方案。并聯板式換熱器余熱回收方案的優勢在于，余熱回收系統與原有系統是并聯連接，系統切換自由，當連排水余熱回收系統出現故障或需要維修時，只需要關斷換熱器進出口閥門，打開原有系統閥門，不會影響到正常的生產活動。

3.1 項目一（10 t/h蒸汽鍋爐）的連排水改造方案

10t/h蒸汽鍋爐采用軟化水箱為除氧器供水，軟化水箱采用液位控制的方式，間斷控制鈉罐的軟化水產水。結合該蒸汽鍋爐的工藝，如圖2所示，2臺10t/h蒸汽鍋爐連排水余熱回收采用閃蒸廢水作為高溫熱源，通過板式換熱器余熱回收系統，直接提高經軟化水箱進入6#除氧器的供水溫度，降低連排水的排水溫度，進而回收連排水余熱。

圖2 項目一連排水回收系統圖

3.2 項目二（45t/h和75t/h蒸汽鍋爐）的連排水改造方案

結合3臺75t/h、1臺45t/h蒸汽鍋爐的工藝系統，如圖3所示，項目二的連排水余熱回收系統，采用閃蒸廢水作為高溫熱媒，通過板式換熱器，加熱鈉罐出水，然后進入給水混合箱，與凝結水混合，間接提高進入除氧器的溫度，實現了連排水的余熱回收，提高了一次能源的利用效率。

圖3 項目二連排水回收系統圖

4 連排水余熱回收的經濟效益

4.1 項目一余熱回收的經濟效益

為準確分析連排水余熱回收的經濟效益，以項目一的余熱回收系統進行數據統計。2021年5月14日的共回收熱量17.1GJ，由于軟化水箱的軟化水通過節能器吸收煙氣的余熱，二次水平均進水溫度較高為55.85℃，出水平均溫度71.29℃，通過板式換熱器換熱溫度提高約15.5℃。以天然氣低位發熱量為35.03MJ/Nm3，燃氣鍋爐效率92%來計算，當日共節約天然氣530.60Nm3，按目前天然氣價格2.39元/Nm3計算，共節約天然氣費用1268元。

4.2 連排水余熱回收的經濟效益

從2021年3月22日至2022年3月22日，兩組連排水余熱回收項目運行一年，共回收12689.1GJ的熱量，相當于節約天然氣39.38萬Nm3，直接經濟效益94.12萬元，相對于項目初投資30萬元（不包括每年維修保養費用1萬元），節能效果相當顯著。

5 連排水余熱回收的環保效益

5.1 二氧化碳的排放

根據北京市2021年針對供暖業務發布的《二氧化碳排放核算和報告要求—熱力生產和供應業》DB11/T～1784-2020。

天然氣燃燒排放核算按式（1）計算：

式中E燃燒—天然氣燃燒產生的二氧化碳排放量，單位：tCO2；NCV天然氣—天然氣的平均低位發熱量，單位：GJ/104Nm3；FC天然氣—天然氣耗量，單位：104Nm3；CC天然氣—天然氣單位熱值含碳量，單位：tC/GJ；OF天然氣—天然氣的碳氧化率；—二氧化碳與碳的分子量之比。

天然氣平均低位發熱量采用上游氣源數據，為350.3GJ/104Nm3。天然氣單位熱值含碳量（CC）與碳氧化率（OF）根據標準查表為15.3×10-3tC/GJ與99%。連排水余熱項目共節約天然氣39.38萬Nm3天然氣，通過式（1）計算，相當于減排二氧化碳766.15t。

5.2 NOx的排放

燃氣鍋爐NOx的排放較低，另外該集中供熱站2018年至2019年對所屬9臺鍋爐進行了低氮燃燒器改造，并配合增加了FGR煙氣再循環系統，同步配套安裝了煙氣在線監測系統，根據在線檢測數據，計算得到該集中供熱站蒸汽鍋爐的NOx排放因子。連排水余熱項目運行一年共節約天然氣39.38萬Nm3天然氣，相當于NOx減排104.8kg。

6 結語

該集中供熱站在原有的工藝基礎上通過并聯可拆裝的板式換熱器，回收閃蒸后廢水的余熱，系統切換自由，同時有效的解決了換熱器的結垢堵塞問題。該集中供熱站連排水余熱項目運行一年，共回收熱量12689.1GJ，相當于節約天然氣39.38萬Nm3，直接經濟效益94.12萬元，間接減排二氧化碳766.15t，NOx減排104.8kg，經濟和環保效益都比較顯著。蒸汽鍋爐排污水的pH值一般在10～12范圍內，硬度小于0.01mo/L,溶解度低于0.05mg/L，用于熱水鍋爐可具有防垢防腐的雙重功效，不會對供暖系統構成危害，其性能優于目前采用任何一種水處理形式的熱水鍋爐給水。在供暖季該集中供熱站具有熱水系統，下一步將探究用閃蒸廢水作為供暖系統補水的可行性，實現連排水的完全回收。