文_翟茂林 北京首都機(jī)場動(dòng)力能源有限公司

1 連排水回收原理

鍋爐連續(xù)排污排出的爐水是鍋爐運(yùn)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(jìn)入一個(gè)連續(xù)排污擴(kuò)容器，在擴(kuò)容器內(nèi)經(jīng)擴(kuò)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(jìn)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(jìn)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(diào)節(jié)閥自動(dòng)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(shí)飽和水也可以作為供暖系統(tǒng)的補(bǔ)水，或其他蒸發(fā)設(shè)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?xì)庹羝仩t（平均連續(xù)排污量8～10t/h），3臺75t/h燃?xì)庹羝仩t（平均連續(xù)排污量10t/h左右），并通過2臺板式換熱器與3臺58MW燃?xì)鉄崴仩t相結(jié)合，為首都機(jī)場三座航站樓、南樓居民生活區(qū)及周邊地區(qū)共計(jì)450余萬m2的面積提供供暖、供汽服務(wù)。在非供暖季兩臺10t/h燃?xì)庹羝仩t（平均連續(xù)排污量1t/h左右），為飛行總隊(duì)、機(jī)場賓館、航食提供蒸汽供應(yīng)。建造時(shí)設(shè)計(jì)的排污換熱器因?yàn)榻Y(jié)垢堵塞問題已經(jīng)拆除，改造前連排水僅通過連排擴(kuò)容器回收閃蒸蒸汽進(jìn)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(jìn)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(kuò)容器的表壓為0.02Mpa，對應(yīng)壓力下的飽和水溫度為104℃。根據(jù)日常運(yùn)行數(shù)據(jù)可知連排水在連續(xù)擴(kuò)容器內(nèi)閃蒸產(chǎn)生的污水溫度100℃左右，并且具有水流穩(wěn)定的特點(diǎn)，具有大量的熱量可供回收?？紤]到原來集中供熱站連排水回收中遇到的結(jié)垢堵塞問題，通過查閱文獻(xiàn)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(hù)，可以很好地應(yīng)對腐蝕和結(jié)垢問題。故針對兩個(gè)項(xiàng)目在原有的工藝系統(tǒng)上，并聯(lián)板式換熱器余熱回收系統(tǒng)，并分別設(shè)計(jì)改造方案。并聯(lián)板式換熱器余熱回收方案的優(yōu)勢在于，余熱回收系統(tǒng)與原有系統(tǒng)是并聯(lián)連接，系統(tǒng)切換自由，當(dāng)連排水余熱回收系統(tǒng)出現(xiàn)故障或需要維修時(shí)，只需要關(guān)斷換熱器進(jìn)出口閥門，打開原有系統(tǒng)閥門，不會影響到正常的生產(chǎn)活動(dòng)。

3.1 項(xiàng)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(chǎn)水。結(jié)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?zé)嵩?，通過板式換熱器余熱回收系統(tǒng)，直接提高經(jīng)軟化水箱進(jìn)入6#除氧器的供水溫度，降低連排水的排水溫度，進(jìn)而回收連排水余熱。

圖2 項(xiàng)目一連排水回收系統(tǒng)圖

3.2 項(xiàng)目二（45t/h和75t/h蒸汽鍋爐）的連排水改造方案

結(jié)合3臺75t/h、1臺45t/h蒸汽鍋爐的工藝系統(tǒng)，如圖3所示，項(xiàng)目二的連排水余熱回收系統(tǒng)，采用閃蒸廢水作為高溫?zé)崦?，通過板式換熱器，加熱鈉罐出水，然后進(jìn)入給水混合箱，與凝結(jié)水混合，間接提高進(jìn)入除氧器的溫度，實(shí)現(xiàn)了連排水的余熱回收，提高了一次能源的利用效率。

圖3 項(xiàng)目二連排水回收系統(tǒng)圖

4 連排水余熱回收的經(jīng)濟(jì)效益

4.1 項(xiàng)目一余熱回收的經(jīng)濟(jì)效益

為準(zhǔn)確分析連排水余熱回收的經(jīng)濟(jì)效益，以項(xiàng)目一的余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。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(jié)能器吸收煙氣的余熱，二次水平均進(jìn)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(fā)熱量為35.03MJ/Nm3，燃?xì)忮仩t效率92%來計(jì)算，當(dāng)日共節(jié)約天然氣530.60Nm3，按目前天然氣價(jià)格2.39元/Nm3計(jì)算，共節(jié)約天然氣費(fèi)用1268元。

4.2 連排水余熱回收的經(jīng)濟(jì)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(xiàng)目運(yùn)行一年，共回收12689.1GJ的熱量，相當(dāng)于節(jié)約天然氣39.38萬Nm3，直接經(jīng)濟(jì)效益94.12萬元，相對于項(xiàng)目初投資30萬元（不包括每年維修保養(yǎng)費(fèi)用1萬元），節(jié)能效果相當(dāng)顯著。

5 連排水余熱回收的環(huán)保效益

5.1 二氧化碳的排放

根據(jù)北京市2021年針對供暖業(yè)務(wù)發(fā)布的《二氧化碳排放核算和報(bào)告要求—熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)》DB11/T～1784-2020。

天然氣燃燒排放核算按式（1）計(jì)算：

式中E燃燒—天然氣燃燒產(chǎn)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(fā)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(fā)熱量采用上游氣源數(shù)據(jù)，為350.3GJ/104Nm3。天然氣單位熱值含碳量（CC）與碳氧化率（OF）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)查表為15.3×10-3tC/GJ與99%。連排水余熱項(xiàng)目共節(jié)約天然氣39.38萬Nm3天然氣，通過式（1）計(jì)算，相當(dāng)于減排二氧化碳766.15t。

5.2 NOx的排放

燃?xì)忮仩tNOx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(jìn)行了低氮燃燒器改造，并配合增加了FGR煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，同步配套安裝了煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)在線檢測數(shù)據(jù)，計(jì)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(xiàng)目運(yùn)行一年共節(jié)約天然氣39.38萬Nm3天然氣，相當(dāng)于NOx減排104.8kg。

6 結(jié)語

該集中供熱站在原有的工藝基礎(chǔ)上通過并聯(lián)可拆裝的板式換熱器，回收閃蒸后廢水的余熱，系統(tǒng)切換自由，同時(shí)有效的解決了換熱器的結(jié)垢堵塞問題。該集中供熱站連排水余熱項(xiàng)目運(yùn)行一年，共回收熱量12689.1GJ，相當(dāng)于節(jié)約天然氣39.38萬Nm3，直接經(jīng)濟(jì)效益94.12萬元，間接減排二氧化碳766.15t，NOx減排104.8kg，經(jīng)濟(jì)和環(huán)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(nèi)，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(tǒng)構(gòu)成危害，其性能優(yōu)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(tǒng)，下一步將探究用閃蒸廢水作為供暖系統(tǒng)補(bǔ)水的可行性，實(shí)現(xiàn)連排水的完全回收。