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排污率对蒸汽锅炉节能影响分析研究
北京市煤气热力工程设计院有限公司王建国
【摘要】本文主要分析研究蒸汽锅炉排污率对锅炉房节能的影响，并通过分析排污率的影响因素，提出了控制排污率的措施和合理利用排污热量的途径，为锅炉房的设计、运行人员提供参考。
【关键词】节能排污率蒸汽锅炉

1 问题的提出
锅炉热效率的高低， 直接影响锅炉的燃料消耗量。长期以来，人们对锅炉的热效率较为关心， 而对锅炉排污热损失没有引起足够的重视。尽管在《锅炉房设计规范》中规定了蒸汽压力小于或等于2.5MPa 蒸汽锅炉的排污率不宜大于10％、蒸汽压力大于2.5MPa 蒸汽锅炉的排污率不宜大于5％等［1］，但该规定
在考虑节约能源和运行成本等因素方面尚值得分析和研究。
以燃气蒸汽锅炉（额定压力1.0MPa，锅炉热效率90％， 燃料为天然气， 低位发热值：
35.16MJ/Nm3，燃气价格1.9 元/Nm3）和燃煤蒸汽锅炉（额定压力1.0MPa，热效率78％，燃料为烟煤，低位发热值：20.934MJ/kg，燃料价格800 元/t）为例，分别计算锅炉在额定工况下，在不同排污率时每生产1t/h 蒸汽锅炉排污消耗的燃料量（用Bp表示，kg 或Nm3）以及每生产1t/h 蒸汽排污消耗燃料的费用（用Cp表示，元）和占总燃料消耗的比例n（%）详见表1。
由表1 可以看出，随着排污率的增大，排污消耗燃料量呈线性增加， 而且由于燃煤价格较高， 燃煤与燃气的排污消耗燃料费用已基本接近。当排污率达到10%时，锅炉排污消耗燃料占总燃料消耗比例的2.63%， 每生产1t/h 饱和蒸汽， 排污消耗燃料费用达到3.62/燃煤锅炉燃气锅炉
Bp（kg） Cp（元） n（％） Bp（Nm3） Cp（元） n（％）
1% 0.45 0.36 0.27 0.23 0.44 0.27
2% 0.90 0.72 0.54 0.47 0.89 0.54
3% 1.36 1.09 0.80 0.70 1.33 0.80
5% 2.26 1.81 1.33 1.17 2.22 1.33
8% 3.62 2.89 2.11 1.87 3.55 2.11
10% 4.52 3.62 2.63 2.33 4.43 2.63
表1 生产1t/h 饱和蒸汽锅炉排污消耗的燃料量及费用4.43 元（燃煤/燃气）左右，无论从节约能源还是运行费用方面都必须引起足够的重视，必须采取利用排污热量或降低排污率等措施。
本文将通过对锅炉排污率对蒸汽锅炉运行燃料直接利用率的影响， 以及影响蒸汽锅炉排污率因素等分析， 提出了减少蒸汽锅炉排污率、提高锅炉运行燃料直接利用率的措施以及合理利用锅炉排污热量等措施， 以进
一步提高能源利用率。
2 排污率对锅炉运行燃料直接利用率的影响
2.1 锅炉运行燃料直接利用率的提出
为简化分析， 本文以饱和蒸汽锅炉作为分析对象，并假定无其它用热。蒸汽锅炉热效率的计算可以简化为：
η= Dbq （ibq -igs ）+Dps（ibq -igs ）BQr（1）
式中：η———锅炉热效率，%；
Qgl———锅炉机组总的有效利用热量，kJ/h；
B———锅炉实际燃料消耗量，Nm3/h；
Dbq———饱和蒸汽量，kg/h；
Dps———锅炉机组排污量，kg/h；
ibq———饱和蒸汽焓，kJ/kg；
igs———锅炉机组入口给水焓，kJ/kg；
ips———锅炉机组排污水焓，kJ/kg；
Qr———燃料的低位发热值量，kJ/Nm3。
从（1）式中可以看出，锅炉的排污热量被计入了锅炉机组的有效利用热量中， 尽管在锅炉房中有时也采取一些利用排污热损失的措施，但均属于二次利用。为真正反映锅炉运行时燃料的利用情况，可用下式表示：
η′= Dbq （ibq -igs ）BQr（2）
定义η′为锅炉运行燃料直接利用率。
2.2 锅炉排污率对锅炉运行燃料直接利用率的影响分析
从（1）和（2）式可以得出锅炉热效率和锅炉运行燃料直接利用率的关系。
η′= Dbq （ibq -igs ）Dbq （ibq -igs ）+Dps （ips -igs ） η
= Dbq （ibq -igs ）Dbq （ibq -igs ）+lDps （ips -igs ） η
= ibq -igs（ibq -igs ）+l（ips -igs ） η=nη （3）
式中l 为排污率
定义n 为排污系数，从式（3）中可以看出n 是一个不大于1 的数，它与蒸汽、锅炉给水、以及炉水的焓值和排污率有关， 而焓值是与锅炉运行压力有关，n 值的大小决定了锅炉运行燃料直接利用率的高低，n 值越大， 锅炉运行燃料直接利用率越高。排污系数n 对锅炉运行燃料直接利用率的影响程度如何， 就可以通过分析不同压力下排污率对n 值的影响大小来决定。
在同一运行压力下， 排污系数n 值随排污率的增大而减小，在排污率相同时，运行压力越高，排污系数n 越小。由于运行压力是受用户用汽性质决定的， 所以应通过降低锅炉的排污率，来提高锅炉运行燃料直接利用率，节约能源消耗。那么，哪些因素影响锅炉的排污率？ 如何控制锅炉的排污率呢？ 下文将对此作详细探讨。
3 影响锅炉排污率的因素分析
由于低压锅炉给水中含有多种溶解固形物，当给水进入锅内被蒸发时，除了因蒸汽带出少量溶解固形物之外， 绝大部分锅水不断地被蒸发，而给水又不断地补充，锅水中的溶解固形物的含量会越来越大。根据《工业锅炉水质》，对锅水的溶解固形物含量和碱度均有严格要求［3］， 而运行中是靠排污来满足要求的， 假设在运行中锅水中溶解固形物的总量不变， 那么排出锅外的溶解固形物的总量必然等于输入锅内溶解固形物的总量。可用下
式表示：
QPSg+QzSz=QsSs （4）
式中：Qp———锅炉排污量t/h；
Sg———每吨锅水中溶解固形物的含量g/t；
Qz———锅炉蒸发量t/h；
Sz———每吨蒸汽中溶解固形物的含量g/t；
Qs———锅炉给水量t/h；
Ss———每吨给水中溶解固形物的含量g/t。
因蒸汽中携带的溶解固形物很少， 与锅水、给水中的溶解固形物的含量相比可以忽略不计， 为简化分析，式（3-1）可简化为：
QpSg=QsSs （5）
定义Kr为用溶解固形物确定的锅水的浓缩倍率， 是锅水中溶解固形物的含量与给水中溶解固形物的含量的比值。可以得出排污率与用溶解固形物确定的锅水浓缩倍率的关系如下：
l= 1Kr -1 （6）
同理可以得出， 排污率与用碱度确定的锅水浓缩倍率的关系如下：
l= 1Kj -1 （7）
Kj= AgHf
= AgAt-Ht（8）
式中： Kj———用碱度确定的锅水的浓缩倍率；
Ag———锅水中碱度含量mmol/L；
At———给水总碱度mmol/L；
Hf———给水负硬度mmol /L；
Ht———给水总硬度mmol /L。
从式（6）和式（7）可以看出，Kr（或Kj）越大，锅炉的排污率越小，Kr（或Kj）越小，锅炉的排污率就越大。通过计算，若锅炉排污率控制在3－11％之间，Kr（或Kj）值就必须控制在约34－11 之间，而影响Kr（或Kj）值的Sg（或Ag）是由锅炉水质标准控制的，所以只有给水中溶解固形物的含量和给水负硬度才是影响排污率的主要因素。
根据《工业锅炉水质》中规定的锅水中溶解固形物的最大含量（Sgm）和锅水碱度最大含量（Agm）的规定值［3］同时计算锅水的最大允许浓缩倍率， 并取其较小值做为锅水的最大允许浓缩倍率，以此确定排污率的大小。锅水的最大允许浓缩倍率可以用下式计算：
K′max= SgmSs（9）
Kjmax= AgmHf（10）
式中：Sgm为水质标准中锅水溶解固形物的最大允许含量，

Krmax为用锅水中溶解固形物的最大含量确定的锅水最大浓缩倍率；

Agm为水质标准中锅水碱度最大允许含量，

Kjmax为用锅水中碱度最大含量确定的锅水最大浓缩倍率。
以北京地区某供热厂给水水质为例，若采用单钠离子交换器软化，Ss=181mg/L，Hf=3.1mmol/L， 那么用溶解固形物确定的锅水最大允许浓缩倍率Krmax＝22.1（Sgm取4000mg/L［3］），排污率为4.7%；而用碱度确定的锅水最大允许浓缩倍率Kjmax＝8.4（Agm取26mmol/L［3］），据此得出锅炉的排污率将达到13.5%， 因此，锅炉排污率应取13.5%，也就是说，此时锅炉给水的负硬度对锅炉的排污率起了决定性的作用，北京多处供热厂的水质都是类似情况，Krmax成倍地大于Kjmax。
通过以上分析可以看出， 必须对锅炉给水中的溶解固形物和碱度进行分析、确定合理的控制措施，以降低锅炉的排污率。
4 控制和利用锅炉排污率的措施分析
4.1 控制锅炉排污率的措施分析
要降低锅炉的排污率， 除可采取自动控制排污阀合理控制排污量， 以免手动操作控制过渡排污外［4］，通过对锅炉排污率的影响因素分析， 最根本的解决途径还是根据锅炉给水中的溶解固形物和碱度的含量， 分析其影响大小，并采取合理的水处理方式，在达到软化目的的同时， 有针对性地降低水中的碱度或溶解固形物含量等， 一些常用的水处理方式可不同程度地达到该效果，如：氢钠并联离子交换系统、不足量酸再生氢钠串联离子交换系统、石灰钠离子交换系统、铵－钠离子交换系统等［5］。
仍以上述北京某供热厂的水质为例，对采用氢钠并联离子交换系统和单钠离子交换器两种不同的水处理方式， 并以1 节中1 台10t/h 燃气锅炉满负荷运行进行分析计算，计算结果见表2。
表2 两种水处理方式分析比较（1 台10t/h 燃气锅炉满负荷）
项目单钠离子交换器
氢钠并联离子交换系统
出水碱度：1mmol/L
Krmax值/对应的排污率22.1/4.7% 24.2/4.3%
Kjmax值/对应的排污率8.4/13.5% 26.0/4.0%
排污率l（％） 13.5 4.3
排污系数n 0.965 0.989
燃料直接利用率（%） 86.84 88.97
排污燃料消耗（Nm3/h） 31.5 10.0
排污燃料费（元/h） 59.85 19.0
水处理设备投资（万元） 12.0 34.0
从表2 中可以看出， 采取氢钠并联离子交换系统水处理方式较常规单钠离子交换器，排污率下降9.2%，排污系数提高0.024，锅炉运行燃料直接利用率提高2.13%， 可见具有较好的节能效益； 该例中采用氢钠并联离子交换系统较单钠离子交换器投资增加约22 万元， 初略估算1 台10t/h 燃气锅炉在额定工况下运行约5385h 所节省的燃料费用就可收回水处理设备增加的投资。
4.2 合理利用排污热量
合理利用排污热量， 提高能源综合利用率的方式有： 有条件的可直接用于供热热网补水［6］、可经扩容后利用二次蒸汽通至除氧器
或可经换热设备对冷水进行加热后再将排污水排放等［7］［8］ ，以上措施连续排污热量利用率一般可在35%-80%以上。锅炉定期排污由于量比较小， 可经扩容后利用二次蒸汽加热给水等。
5 结论
通过以上分析可以看出， 排污率对蒸汽锅炉节能的影响必须在锅炉房设计、运行过程中引起足够的重视。要降低锅炉的排污率，就必须分析计算有针对性地选择合理的水处理方式达到降低给水中溶解固形物/碱度的含量或同时降低两者的含量， 从而达到降低排污率的目的， 并可采取合理的排污热量利用措施。
参考文献
［1］ GB50041-2008，锅炉房设计规范［S］.32-33［2］ 锅炉房实用设计手册编写组. 锅炉房实用设计手
册［M］.第二版.北京：机械工业出版社，2001.111［3］ GB1576-2001，工业锅炉水质［S］.1-2
［4］ 葛震弘， 宋徐辉. 提高锅炉连续排污控制水平节约能源［J］.工业锅炉，2005，（3）：43-45
［5］ 冯敏主编.工业水处理技术［M］.北京：海洋出版社，1992.435-452
［6］ 李善化，康慧.集中供热设计手册［M］.北京：中国电力出版社，1996.110-112
［7］ 徐家刚. 锅炉连续排污废热有效利用［J］. 节能，1992，（03）：37-38
［8］ 何华. 连续排污热量的回收利用［J］. 北京节能，1997，（02）: 28-29