燃气锅炉烟气凝结水的回收与利用

毛丽燕 张荣华

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 乌鲁木齐 830011）

燃气锅炉烟气凝结水的回收与利用

毛丽燕 张荣华

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 乌鲁木齐 830011）

燃气锅炉的燃料——天然气经锅炉燃烧产生的高温烟气换热后，在节能设备中温度逐步下降至80℃以下，能够产生大量烟气凝结水，由于节能设备的材质不同，烟气凝结水受污染的程度也不同，如何回收利用这些优质水资源，让它更好的用于锅炉补给水系统，节能减排；是目前燃气锅炉遇到的重大问题。本文拟通过实验室试验数据和可行性理论探讨及实际应用效果，来论述其原理和方法。

天然气 尾部烟道 节能器 烟气凝结水 回收 处理 应用效果

为了保护环境，保护人类的健康，保护水资源，锅炉燃料由原来的煤改成天然气、燃煤锅炉逐渐被燃气锅炉替代。

2012至2014年乌鲁木齐市基本完成了燃煤锅炉改燃气锅炉的工程，为了提高锅炉的热效率，目前普遍在燃气锅炉的尾部加装了节能器、冷凝器等烟气余热回收装置，因此锅炉的排烟温度不断降低，当排烟温度低于80℃以下时，能够产生大量的酸性烟气凝结水，因未经处理，烟气凝结水无法回收利用而直接排入污水系统，造成再生水资源的浪费，如果采用有效的方法进行处理，使烟气凝结水水质满足锅炉用水的标准要求，其具有的温度进入锅炉或热网后还能进一步减少锅炉的天然气消耗。

近几年来，随着各大供热站大型燃气热水锅炉的大量投运，大量的酸性烟气凝结水排入地下及弥漫在空气中，对地下管网会造成严重腐蚀，给生存环境带来危害，如何将这些再生资源——烟气凝结水变废为宝，重复利用，即可以节约燃料，还可提高锅炉热效率，保护环境、净化城市空气、从而达到节能减排的目的。本文拟通过实验室试验数据和可行性理论探讨，来论述充分利用该资源的原理和方法。

1 原因分析

笔者通过现场调查和化学分析测试，充分了解烟气凝结水的来源和性质。主要做了以下方面的工作：

1.1 天然气组分分析

天然气属有机物是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占95%左右，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮以及微量的惰性气体，如氦和氩等。常温常压下比重约0.70～0.75kg/m3，比空气轻近一半［1］，见表1。

表1 天然气成分分析

1.2 烟气凝结水的来源及特点

天然气的主要成分甲烷燃烧后化学反应如下：［2］

由以上化学方程式可理论计算出，在常温常压下，天然气比重约为0.75kg/m3时，每燃烧1m3天燃气：

产生烟气凝结水的质量为：0.75×36/16=1.69kg；

二氧化碳的质量为：0.75×44/16 =2.06kg。

经在用锅炉实际统计：一台SZL29-1.25-130/70-YQ燃气热水锅炉，在运行中尾部烟气经过节能器、冷凝器温度下降情况，如图1所示：

图1 燃气热水锅炉工作流程图

运行工况为：负荷在25～26MW、排烟温度45℃左右、燃气流量约2850m3/h，

24h运行可产生烟气凝结水：39500kg。

燃烧1 m3天然气，可产生烟气凝结水：

39500÷2850÷24=0.58kg/ m3，是理论计算量的：0.58÷1.69×100%=34.3%。

由于实际运行的锅炉，排烟温度不可能达到常温状态，因此产生的烟气凝结水量小于理论计算值，该炉实际用天然气产生的烟气凝结水量约为理论量的34.3%，按此百分比统计，烟气凝结水的产生量还是惊人的。

1.3 烟气凝结水的化学分析

表2烟气凝结水，采集于燃气锅炉尾部节能器（材质为306不锈钢）。

表2 烟气凝结水

表3烟气凝结水，采集于燃气锅炉尾部节能器（材质为316不锈钢）。

表3 烟气凝结水

表4烟气凝结水，采集于燃气锅炉尾部节能器（材质为普通锅炉用钢和耐低温硫酸露点防腐钢种）。

表4 烟气凝结水

由表2、表3、表4分析结果可看出天然气燃烧后产生的二氧化碳等酸性物质的存在，使烟气凝结水的pH值降低，呈酸性［3］。

由表2、表3、表4分析结果对比看出，当烟气凝结水流经不同材质制成的节能器时，节能器出口烟气凝结水中可溶性铁含量差别很大，若把这部分烟气凝结水用于工业锅炉补给水，按 GB/T 1576—2008《工业锅炉水质》标准对锅炉补给水要求，可知，从不锈钢材质节能器出来的烟气凝结水，除pH值不符合其标准对热水锅炉补给水要求，其它指标均符合［4］。

从表4所述材质节能器出来的烟气凝结水pH值、全铁两项指标不符合其标准对热水锅炉补给水要求，其它指标均符合，且节能器腐蚀严重，给使用单位带来了一定的维护、更换费用和烟气凝结水的处理费用，极大程度的浪费了人力、物力和财力等能耗。

2 烟气凝结水处理方法的选择

2.1 不锈钢节能器中烟气凝结水用于蒸气锅炉补给水的处理

可采用无机碱性药剂处理方法［5］，提高其pH值，降低残硬，防止酸性介质对锅炉的腐蚀和结生水垢，方法如下：

在烟气凝结水出口部位设置加药器，按出水量计算碳酸钠、氢氧化钠和磷酸三钠的投加量，提高其烟气凝结水的pH值7.0～9.0范围，稍加过滤后若配合蒸汽凝结水的回用，则大大提高了其蒸汽锅炉补给水的质量，

2.2 不锈钢节能器中烟气凝结水用于热水锅炉补给水的处理

可采用无机碱性药剂处理方法，提高其pH值，防止酸性介质对锅炉的腐蚀，方法如下：

在烟气凝结水出口部位设置加药器，按出水量计算氢氧化钠和磷酸三钠投加量，提高其烟气凝结水的pH值9～11，稍加过滤后即可用于热水锅炉的补给水或热水锅炉供暧的二次网系统。

2.3 普通钢材和耐低温硫酸露点防腐钢种节能器中烟气凝结水用于锅炉补给水的处理

该钢种造价相对较低，具有较高的性价比，目前在节能设备中占使用比例最高。

方法一：采用无机碱性药剂与锰砂过滤除铁联合处理，提高烟气凝结水pH值，去除残余硬度和全铁。

在烟气凝结水出口部位设置加药器，按出水量计算碳酸钠、氢氧化钠，磷酸三钠的投加量，调整烟气凝结水pH值7.0～9.0范围，此时有大量的Fe（OH）2、Fe（OH）3絮状沉淀，通过锰砂过滤除铁装置［6］，监测除铁后的总铁含量≤0.30mg/L，电导率符合蒸汽锅炉的给水标准，即可用于蒸汽锅炉、热水锅炉的补给水或热水锅炉供暖的二次网系统。

方法二：采用成膜胺喷涂技术缓蚀锅炉尾部烟气侧金属，抑制烟气凝结水中全铁含量：

成膜胺作为水质缓蚀剂在文献中有较为全面的报道和应用成果［7］，属于较先进的防腐原料。然而应用在燃气锅炉的尾部烟道防腐上，这种属于气液双项界面，介质处于不稳定流动状态特殊环境的可行性研究也属国内首次，笔者单位进行了这方面的研究试验，通过二台WNS10.5-1.25/115/70-YQ锅炉的现场调试试验和实验室试验，获得了成膜胺保护剂在特定环境中使用的技术要求，并研制了一套适合目前燃气锅炉使用的加药保护成套设备，配套使用后，将烟气测腐蚀抑制在了最小界限，取得了理想效果，见表5。

表5 烟气凝结水

由表5可知，采用成膜胺喷涂技术缓蚀低合金钢烟气侧金属，在pH：7.5～8.5范围内，出口烟气凝结水的总铁、电导率、硬度含量可稳定保持在GB/T 1576《工业锅炉水质》标准规定的范围。

3 实际应用效果

目前，烟气凝结水的回收主要集中在大型供热单位，选择上述方法对烟气凝结水处理后，部分供热单位整个运行期都不再使用其它水源对系统进行补水，，完全满足锅炉及二次管网系统补充水量的要求。节约了大量的水资源，处理后的烟气凝结水量可达上万方。

这部分具有相当热量的烟气凝结水，与常温补给水相比，将水温提高到40℃以上的温度，经处理回用后，减少了在供暖初期和未期天然气消耗量，在冬季供暖寒冷期，节能效果更为明显。

充分利用这部分烟气凝结水后，钠离子交换等水处理设备的使用率大为降低，减少了再生剂的消耗量和再生废液对环境的污染。

4 结论

综上所述，由于节能设备的材质不同，烟气凝结水受污染的程度也不同，则处理方法也不同，

从防腐方法的难易程度选择，燃气锅炉尾部烟道及节能器首选不锈钢材质；从不锈钢和普通钢价格差别选择，燃气锅炉尾部烟道及节能器选择普通锅炉用钢较为经济，但烟气凝结水回用处理费用相对较高。

无论采取何种材质，烟气凝结水都可采取有效且经济的处理方法，转变成方便回收的优质水资源，回归于锅炉用水系统，而且基本无废液等排放，这种节约水资源和热能资源的举措，非常值得推广。

［1］GB/T 13611—2006 城镇燃汽分类和基本特性［S］.

［2］天津大学，华东石油学院.有机化学［M］.湖南：高等教育出版社，1978：20-25.

［3］周英，赵欣刚.锅炉水处理实用技术［M］.北京：地震出版社，2002：136-148.

［4］GB/T 1576—2008 工业锅炉水质［S］.

［5］郝景泰，于萍等.工业锅炉水处理技术［M］.北京：气象出版社，2000：180-205.

［6］许兴炜.工业锅炉水处理技术［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2008：117-120.

［7］周本省.工业水处理技术［M］.北京：化学工业出版社（第二版），2002：484-488.

Recovery and Utilization of Flue Gas Condensate in Gas Fired Boiler

Mao Liyan Zhang Ronghua
（Xinjiang Uygur Autonomous Region Inspection Institute of Special Equipment Urumqi 830011）

The high temperature fue gas is generated by the combustion of the fuel-gas in the gas boiler. The certain temperature of fue gas in energy saving equipment has gradually dropped to below 80℃ after heat exchange，which produces a large number of gas condensate. Due to the different material of energy-saving equipment， and the different polluted level of fue gas condensation water， it is a major problem in the current gas boiler that how to recycle and use these high quality water resources， make it better used for boiler feed water system for save energy saving and emission reduction. This paper intends to expound the principle and method by laboratory test data，feasibility theoretical discussion and practical application effect.

Natural gas Tail flue Energy saving device Flue gas condensate Recovery Treatment Application effect

X959

B

1673-257X（2016）10-0045-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.10.011

毛丽燕（1960～），女，本科，从事锅炉检验、水（介）质处理检测、能效分析管理工作。

2016-06-07）