在工業(yè)生產(chǎn)中，蒸汽的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，鍋爐幾乎出現(xiàn)在每個(gè)行業(yè)！隨之而來(lái)的是，國(guó)家對(duì)于環(huán)保的要求也越來(lái)越高，燃煤鍋爐逐步退出，將以天然氣鍋爐替代。不管使用哪一類的鍋爐，我們都必須要采取各種措施來(lái)提高鍋爐的熱效率，這其中就包括了鍋爐排污的回收利用，今天咱們將舉例來(lái)說(shuō)明。  

一、工況：

技術(shù)參數(shù)：2臺(tái)10T/h+1臺(tái)4T的鍋爐，合計(jì)24T，合用一臺(tái)20T/h的熱力除氧器，鍋爐蒸汽壓力6~7barg，進(jìn)到除氧器的蒸汽先通過(guò)減壓閥減到了2barg，減壓后需將除氧水箱內(nèi)溫度穩(wěn)定在104℃，運(yùn)行壓力穩(wěn)定在0.2Barg，這里是用的氣動(dòng)控制閥來(lái)自動(dòng)控壓。水箱的水溫，因?yàn)榛厥樟塑囬g的高溫冷凝水，因此進(jìn)水溫度大約為75℃。

設(shè)置了1個(gè)定排排污罐和1個(gè)連排排污罐，排污水直接通過(guò)冷卻后直接排走進(jìn)入地溝，沒(méi)有回收。

現(xiàn)在希望：節(jié)能改造，把鍋爐房的排污水回收利用。  

二、分析：

鍋爐房的節(jié)能改造一般從三個(gè)方面著手：

1、把手動(dòng)排污改成自動(dòng)排污，降低排污量；

2、連排排污水的余熱利用；

3、提高除氧器蒸汽系統(tǒng)管理，降低廢氣排放。

下面就此分別作出說(shuō)明。  

三、鍋爐排污的概念

1、為了控制鍋爐爐水的水質(zhì)符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，使?fàn)t水中雜質(zhì)保持在一定限度以內(nèi)，需要從鍋爐中不斷地排除含鹽、堿量較大的爐水和沉積的水渣、污泥、松散狀的沉淀物，這個(gè)過(guò)程就是鍋爐排污。排污是鍋爐水質(zhì)管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此，大家必須重視排污，使鍋爐系統(tǒng)達(dá)到安全運(yùn)行、減少消耗，節(jié)約能源的目的。

2、排污方式

鍋爐排污可分為：定期排污和連續(xù)排污。

A、定期排污：又叫間斷排污或底部排污，其作用是排除積聚在鍋爐下部的水渣和磷酸鹽處理后所形成的軟質(zhì)沉淀物。定期排污持續(xù)時(shí)間很短，但排出鍋內(nèi)沉淀物的能力很強(qiáng)。

定排排污口多設(shè)置在鍋筒的下部及聯(lián)箱底部，定期排污應(yīng)當(dāng)選擇在鍋爐高水位、低負(fù)荷或壓火狀態(tài)時(shí)進(jìn)行排污。在小型鍋爐上，通常只裝設(shè)定期排污。

B、連續(xù)排污：也叫表面排污，是連續(xù)不斷地從汽包鍋水表面層將濃度最大的鍋水排出。它的作用是降低鍋水中的含鹽量和堿度，防止?fàn)t水濃度過(guò)高而影響蒸汽品質(zhì)，提高蒸汽品質(zhì)。

連續(xù)排污管口一般裝在汽包正常水位（即“0”位）下80-100mm處。鍋水由于連續(xù)不斷地蒸發(fā)而逐漸濃縮，使水表面附近含鹽濃度最高。所以，連續(xù)排污管口應(yīng)安裝在鍋水濃度最大的區(qū)域，以連續(xù)排出高濃度鍋水，補(bǔ)充以清潔的給水，從而改善鍋水品質(zhì)，排污率一般為蒸發(fā)量的5~10%左右。  

四、排污管道設(shè)計(jì)及節(jié)能改造建議

1、鍋爐底部排污（定排），排污閥宜采用閘閥或截止閥。排污閥的公稱直徑為DN25~50，額定蒸發(fā)量≥1t/h或工作壓力≥0.7Mpa的鍋爐，排污管應(yīng)裝兩個(gè)串聯(lián)的排污閥。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是1個(gè)慢排（用閘閥）+1個(gè)快排（高溫球閥）組合，可是大家都知道，球閥內(nèi)的PTFE軟密封，長(zhǎng)期承受140度以上的高溫，容易老化變形，進(jìn)而磨損加劇，最終導(dǎo)致閥門泄漏。使用壽命很短。閘閥的密封槽內(nèi)容易積存雜質(zhì)，閘板關(guān)不下去而泄漏，同時(shí)外漏也會(huì)導(dǎo)致能源的損耗，這是目前工廠常見(jiàn)的、很頭疼的問(wèn)題！！

針對(duì)以上問(wèn)題，廣州維遠(yuǎn)提出了如下兩種解決方案：

手動(dòng)排污：采用1個(gè)慢排（用波紋管截止閥S25FGB）+1個(gè)快排（快開(kāi)型波紋管截止閥S25FGB-1）組合。其中快開(kāi)型波紋管截止閥S25FGB-1，是專門替代高溫球閥使用的。 

自動(dòng)排污：采用1個(gè)慢排（用波紋管截止閥S25FGB）+1個(gè)快排（氣動(dòng)波紋管截止閥S16FGBH-P）組合,配合定時(shí)器使用。其中氣動(dòng)波紋管截止閥S16FGBH-P，是專門替代氣動(dòng)球閥使用的。--建議采用自動(dòng)排污方式，口徑選用DN40即可，每8小時(shí)自動(dòng)排污一次，每次30S或1分鐘。 

底部排污因?yàn)榕盼鄞螖?shù)少，一天大約3-4次，有些廠可能1-2次，每次排放時(shí)間小于1分鐘，一般是4-5S，連續(xù)操作幾次，因此要求快速排污，把底部污物吸出來(lái)，但是排污量比較少，排出來(lái)后溫度會(huì)迅速下降，到達(dá)定排排污罐時(shí)溫度比較低了，如果溫度超過(guò)40度，則增加冷卻水系統(tǒng)。因?yàn)槎ㄅ潘查g流量大，生成的閃蒸蒸汽較多但是時(shí)間短，不易回收，這里不考慮回收閃蒸汽，僅僅把排污水與連排的排污水一起，經(jīng)過(guò)疏水閥后一起去換熱器給水箱的補(bǔ)水加熱。 

2、連續(xù)排污自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（連排）

鍋爐工作過(guò)程中，隨著蒸汽不斷蒸發(fā)，爐水里的雜質(zhì)就留在汽包里，爐水濃度越來(lái)越高，這會(huì)造成：爐水起泡、汽水共騰等嚴(yán)重問(wèn)題，因此，必須做好這個(gè)爐水表面排污（連排）的工作，合理的排污控制，可以減少鍋爐內(nèi)壁結(jié)垢，降低蒸汽中水分，可以得到干度更高的飽和蒸汽，可以減少過(guò)度排污，更加節(jié)能。排污量過(guò)低或過(guò)高，都會(huì)對(duì)鍋爐造成非常嚴(yán)重的危害，因此，我們建議采用自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)排污，探測(cè)爐內(nèi)電導(dǎo)率，依據(jù)其變化來(lái)調(diào)節(jié)排污流量。  

A、排污量計(jì)算：

鍋爐蒸發(fā)量：24T/h，查蒸汽表得知，7barg壓力下鍋爐飽和水的熱焓值=721KJ/Kg

20℃軟化給水的焓值=84KJ/Kg

排污量=鍋爐蒸發(fā)量×排污率

排污率=給水堿度/（鍋爐水堿度 - 給水堿度）

當(dāng)鍋爐壓力≤2.5MPa時(shí)，排污率應(yīng)控制在10%以內(nèi)，一般為5~10%之間。

這里我們按6%考慮，則

10T鍋爐排污量=10000*6%=600kg/h，4T鍋爐排污量=4000*6%=240kg/h，

24T鍋爐總排污量=1440kg/h

排污熱量=1440kg/h*（721-84）KJ/Kg=917280KJ/h  

B、排污管道及氣動(dòng)控制閥選型：

根據(jù)上面計(jì)算出來(lái)的排污水600kg/h，壓力7barg，排出來(lái)后直接到連排排污罐（實(shí)際上是一個(gè)閃蒸罐），壓力為0.2barg，計(jì)算出流量系數(shù)Kv=0.22，則選用我們DN20波紋管密封氣動(dòng)控制閥合適，取Kv=4，閥門最大開(kāi)度為25.73%，屬于合理開(kāi)度。控制閥型號(hào)PCV3000-B，DN20，PN16法蘭連接，排污管道也選用DN20即可。 

C、連續(xù)排污罐（擴(kuò)容器）尺寸的計(jì)算

實(shí)際上就是一個(gè)閃蒸罐，正常設(shè)定壓力0.2Barg最合適。因?yàn)楣軆?nèi)壓力越低，閃蒸汽越多，熱能能被最大化利用；另外，0.2barg壓力剛好是除氧器需要的壓力，因此這個(gè)閃蒸汽可以直接送去除氧器內(nèi)使用，無(wú)需添加其他裝置設(shè)備。

首先計(jì)算一下閃蒸汽的量：

高溫飽和水從鍋爐出來(lái)7barg壓力，突然降到閃蒸罐的0.2barg壓力，查閃蒸表得知，有13%會(huì)閃蒸，因此閃蒸汽=1440*13%=187kg/h，冷凝水=1440-187=1253kg/h。

考慮到排污率的大小有很多不確定的因素，之前只是按照6%考慮的，但設(shè)計(jì)閃蒸罐時(shí)，我們還是建議按照最大10%排污率考慮，因此，閃蒸汽=187*1.7=318Kg/h,冷凝水=1253*1.7=2130kg/h

閃蒸罐內(nèi)側(cè)面積計(jì)算

As=Ms/(ρs*Vs*3600)

其中：As--閃蒸罐內(nèi)側(cè)面積（m²），Ms--閃蒸汽流量，ρs—閃蒸汽密度，查蒸汽表得知，0.2barg壓力時(shí)為0.68754kg/m³

Vs—閃蒸汽流速，一般按2m/s考慮

As=318/(0.68754*2*3600)=0.064 m²

（備注：查蒸汽表得知，閃蒸罐內(nèi)0.2Barg壓力時(shí)，氣體和液體的體積比為1389倍，因此，上面只考慮閃蒸汽的體積，液態(tài)冷凝水的體積沒(méi)有計(jì)算，忽略）

計(jì)算閃蒸罐內(nèi)側(cè)直徑和高度

一般來(lái)說(shuō)，閃蒸罐的直徑-高度比，若水平裝，則為2:3（不小于0.5M），

若垂直裝，則為2:5（不小于1M）

因?yàn)槲覀冞@里冷凝水量很大，估計(jì)罐體較大，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先設(shè)定罐體內(nèi)側(cè)高度為1M，等會(huì)再驗(yàn)算。

As=L*πD2/4,

因此D=[0.064*4/(3.14*1)]∧1/2=0.29M

D:L=0.29：1=0.29，滿足要求。

考慮50%余量，然后圓整，因此罐體內(nèi)徑D=Φ450MM，罐體內(nèi)側(cè)高度L=1.5M。因此閃蒸罐尺寸為：Φ450MM*1.5M  

D、閃蒸罐上閃蒸汽管徑選擇：根據(jù)閃蒸汽流量187kg/h，壓力0.2barg，流速一般按10m/s考慮，查《管道選型表》得知，閃蒸管道選用DN100合適。  

E、連排排污罐底部疏水閥選型：

閥前壓力0.2Barg，背壓為0（對(duì)大氣排放，沒(méi)有回收），冷凝水流量1253kg/h，因此選用我們LFT45F-2，DN50的杠桿浮球疏水閥合適，此型號(hào)在0.2barg壓差時(shí)最大排量可達(dá)2t/h。

3、連續(xù)排污的節(jié)能計(jì)算

上面我們提到，自動(dòng)控制連續(xù)排污，排污率按6%考慮，同等工況下，手動(dòng)連續(xù)排污，則排污比例一般至少會(huì)有8%，因此采用自動(dòng)排污可節(jié)約的飽和水=24000*2%=480kg/h。

排污熱量=480kg/h*721KJ/Kg=346080KJ/h

天然氣熱值:8500大卡=35615KJ/Kg，天然氣價(jià)格為3元/立方

相當(dāng)于多消耗天然氣=鍋爐多排污的熱量 ÷ 燃料熱值 ÷ 鍋爐效率=346080KJ/h/(35615KJ/Kg*85%)=11.43kg/h

天然氣的密度為0.7174Kg/m³

因此相當(dāng)于多消耗天然氣=11.43/0.7174=16m³/h

一天生產(chǎn)20h，一年按300天生產(chǎn)時(shí)間算，一年因此要多消耗天然氣=16*20*300=96000m³

相當(dāng)于多消耗天然氣的成本=96000*3=28.8萬(wàn)元

從以上的計(jì)算可以看出,鍋爐連續(xù)排污如采用人工手動(dòng)控制方法,每年將損失很大。

投資回收期：

鍋爐選用維遠(yuǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的閥門（包括氣動(dòng)控制排污閥+連排排污罐閥門+疏水系統(tǒng)，沒(méi)有包含罐體、換熱器和水泵等）總投資大約為幾萬(wàn)元，僅僅只需要幾個(gè)月就可以回收成本。即使算上罐體和換熱器等整套設(shè)備的成本，投資回收期也在1年之內(nèi)。

五、除氧器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及節(jié)能改造建議

1、除氧器需要蒸汽流量的計(jì)算：根據(jù)蒸汽流量計(jì)算公式

鍋爐蒸發(fā)系數(shù)=大氣壓下的蒸發(fā)比焓 / （鍋爐壓力下的蒸汽比焓-給水的比焓）=2258/（2768-84）=0.84

注：大氣壓下的蒸發(fā)比焓（hfg）=2258kJ/kg   鍋爐壓力（7barg）下的蒸汽比焓（hg )=2768kJ/kg

給水的比焓（h1）=315kJ/kg---進(jìn)水溫度為75℃（這里是考慮了貴司全部冷凝水和閃蒸汽有回收，水箱給水溫度一般可達(dá)75℃。如果沒(méi)有回收，給水水溫就是常溫20-25℃，那h1=84，這對(duì)蒸汽量的計(jì)算結(jié)果影響很大）

鍋爐蒸發(fā)量m=24000*0.84=20160kg/h

計(jì)算加熱除氧器需要的蒸汽量

Q1=m*(h2-h1)/(hg-h2)=20160*(439-315)/(2725-439)=1093kg/h.

式中m = 在最初給水溫度時(shí)的最大鍋爐蒸發(fā)量 (kg/h) ---貴司為20T/h的除氧器。

Q = 噴射蒸汽流量 (kg/h)；

h1 = 最初溫度的水焓 (kJ/kg)；--進(jìn)水溫度為75℃，其水焓為315kJ/kg

h2 = 要求的溫度下的水焓 (kJ/kg)；---要求溫度為104℃，其水焓為439kJ/kg

hg = 供應(yīng)到除氧器前控制閥的蒸汽焓 (kJ/kg)。---蒸汽壓力為0.2barg,其蒸汽熱焓為2725kJ/kg

2、除氧器蒸汽管路及閥門選型：

因?yàn)閺倪B排回收了187kg/h的閃蒸汽，因此只需要從分汽包引進(jìn)1093-187=906kg/h的蒸汽即可，蒸汽壓力6-7barg，查表得知，除氧器主蒸汽管道選用DN50即可。因?yàn)橐郧百F司沒(méi)有做閃蒸汽回收，估計(jì)實(shí)際管徑應(yīng)該是DN65。

先通過(guò)DN40膜片先導(dǎo)式減壓閥（型號(hào)DPR16）將壓力減到2Barg，然后再用DN65的氣動(dòng)控制閥（型號(hào)PCV3000-B，Kv=63，最大開(kāi)度75.52%），將壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)為0.2barg，且保持此壓力恒定，對(duì)應(yīng)里面的溫度為104度，確保除氧效果。

控制閥的Kv值選型過(guò)大或減壓閥選型過(guò)大：造成控制精度降低，壽命縮短；

選型過(guò)小：即使閥門全部打開(kāi)，流量也不夠，達(dá)不到要求的壓力。

3、蒸汽泄漏量計(jì)算

除氧系統(tǒng)的閥門非常重要，如果減壓閥和控制閥損壞，會(huì)造成大量的蒸汽從除氧頭的排空管排走，造成巨大的能源損失。下面我們計(jì)算一下到底浪費(fèi)會(huì)多少蒸汽？

壓力0.2barg，排氣管DN15，那么根據(jù)Napier方程,推導(dǎo)出流量計(jì)算公式, 流量(kg/h)=0.4d2( P1+1) 式中d=孔徑（mm），P1=表壓（Barg），則一年的蒸汽泄漏量=0.4*152*（0.2+1）=108kg/h，一年泄漏=108*20*300=648000kg=648T，蒸汽單價(jià)按200元/噸，折算成費(fèi)用=648*200=12.96萬(wàn)元。

投資回收期：購(gòu)買整套除氧器系統(tǒng)，價(jià)格大約 5萬(wàn)元。因此投資回收期=5萬(wàn)元/12.96萬(wàn)元=0.39年=4.6月，也就是說(shuō)，僅僅只需四個(gè)半月就可回收成本！

（我們想通過(guò)上面的數(shù)據(jù)計(jì)算，請(qǐng)貴司盡量多觀察車間閥門的使用情況，一旦發(fā)現(xiàn)無(wú)法控壓，或泄漏，都應(yīng)盡快維修或更換。）

六、附注：蒸汽表（絕對(duì)壓力=表壓+1，因此表壓為6bar時(shí)，查下表就查0.7MPa）

管道選型表：

根據(jù)實(shí)際蒸汽壓力和流量，從下表中查看應(yīng)該選用多大的管徑，一般減壓閥前的管道和閥門（包括截止閥和過(guò)濾器）選管徑時(shí)參考30m/s的流速，減壓閥后的管道和截止閥選管徑時(shí)參考20m/s的流速，但是有時(shí)后面因?yàn)樾枰獢U(kuò)管的管徑太大，所以減壓后也可按30m/s流速考慮，只有減壓閥后面到設(shè)備的距離不是太遠(yuǎn)，都沒(méi)有問(wèn)題。

（下面1barg壓力，15m/s流速的，是冷凝水回收管管徑選型舉例）

（下面4barg壓力，30m/s流速的，是蒸汽管管徑選型舉例）