锅炉排污率计算方法的改进

许怀鹏,张永福,周黄斌,孔 苑

（马鞍山钢铁股份有限公司热电总厂，安徽马鞍山，243000）

引言

汽包锅炉运行时，总会随给水带入锅内一定量的杂质，其中只有很少的一部分会被蒸汽带走，绝大部分都会留在炉水中，炉水中的杂质会随着运行时间的延长不断地增加。当炉水中的杂质积累较多时，不仅会影响蒸汽的品质，还可能导致水渣堵塞炉管、受热面的结垢等问题，危及锅炉的运行安全。为使炉水的含盐量和含硅量能保持在容许值以下、避免受热面结垢，锅炉必须进行适当排污。

1 锅炉排污率

汽包炉应根据加药方式、炉水水质确定排污方式及排污量，并按水质变化进行调整。运行中锅炉排污量与实际蒸发量的比值称为锅炉排污率（P）：

式中：Dp——锅炉的排污量，t/h；

DZ——锅炉的蒸发量，t/h。

根据相关国家标准要求，为防止锅内有水渣集聚，锅炉的排污率不应小于0.3%。同时过高的排污率也会造成较大的热量和水量损失，对凝汽式电厂要求锅炉的排污率不应超过1%，对供热式电厂要求锅炉的排污率不应超过2%。因此，控制适当的排污率指标对锅炉的安全经济运行意义重大。

《DL/T 904火力发电厂技术经济指标计算方法》中给出的锅炉排污率统计方法有三种：

一是根据锅炉排污计量装置直接测量排污水量由（1）式计算；

二是根据化学盐平衡法由给水、排污水及饱和蒸汽中盐分含量计算排污率；

三是根据补水率法由锅炉开关排污时机组补水率的变化计算排污率。

因锅炉基本未安装定排水量计量装置，且连排时由于管路中压力变化幅度大，排污水大量汽化，连排水量测量困难，方法一应用并不广泛。通常锅炉补给水在给水中占比较小，根据机组补水率的变化计算排污率误差较大，方法三在实际中很少使用。目前国内电厂较多采用方法二来计算锅炉排污率。

2 排污率计算方法及存在问题

2.1 排污率的计算

假设某种盐类物质在锅炉中既未发生分解，也未析出，则由给水带入锅炉的盐分应等于蒸汽带走的盐分与随同排污水排走的盐分之和：

式中：DG——锅炉的给水量，t/h；

SG——锅炉给水中某种盐类物质的量，mg/kg；

SP——锅炉排污水中某种盐类物质的量，mg/kg；

SZ——饱和蒸汽中某种盐类物质的量，mg/kg。

根据锅炉水量、汽量平衡关系得：

由式（1）、（2）、（3）可以推导出：

因锅炉排污排出的就是炉水，SP可以用炉水中某种盐类物质的量代替。

2.2 存在的问题

通常根据锅炉给水、炉水及蒸汽含盐的特点，可用给水、炉水及蒸汽的含盐量、含硅量、含钠量带入式（4）计算锅炉排污率。但式（4）的推导过程中未考虑炉水加药的影响，对采用炉水磷酸盐处理、氢氧化钠处理的锅炉，炉水中的含盐量、含钠量并不全由给水带入，用式（4）计算排污率并不适用。用给水、炉水及蒸汽的含硅量带入式（4）计算锅炉排污率往往也有较大的偏差，原因是：

① 锅炉水汽品质监督一般检测给水、炉水及蒸汽的活性硅含量，一般随给水进入锅炉的，除了活性硅，还有部分胶体硅，胶体硅进入炉水后会转化为活性硅，影响排污率的计算；

② 由给水带入锅炉的总硅量取决于给水的含硅量和给水流量，给水的含硅量受补给水水质和凝结水水质的影响，给水流量受锅炉负荷影响，均不是恒定值，导致锅炉水质始终处于不稳定的状态，用式（4）计算锅炉排污率偏差较大；

③ 用式（4）计算锅炉排污率时，须采用同一时刻给水、炉水及蒸汽的含硅量，或同一时段给水、炉水及蒸汽的平均含硅量，无法反应排污率的变化速率，往往导致即使关闭了定排、连排后，锅炉排污率计算值仍不为零。

3 排污率计算方法的改进

3.1 计算方法的改进

对于大部分汽包锅炉，国内普遍采用炉水磷酸盐处理。炉水中的磷酸根全部由炉水加药带入，给水、蒸汽中磷酸根的含量可以忽略不计。炉水加药带入的磷酸根，部分用于同随给水进入锅炉的Ca2+、Mg2+反应，部分用于维持炉水磷酸根的浓度，其余随锅炉排污水排出（见图1）。炉水磷酸根存在下列平衡关系：

图1 炉水磷酸根平衡示意图

根据磷酸盐溶液箱中药液的消耗量计算炉水中磷酸根的加入量：

式中：Q——统计周期内，加入锅炉的磷酸根总量，mg；

C——磷酸盐药液中磷酸根的浓度，g/L；

V——统计周期内，加入锅炉的磷酸盐药液体积，L。

随给水进入锅炉的YD（以1/2Ca2+计算）消耗磷酸根的总量：

式中：Q1——统计周期内，给水YD消耗炉水磷酸根的总量，mg；

DG——统计周期内，锅炉的给水量，t；

YDG——统计周期内，锅炉给水的硬度均值，umol/L；

0.3 ——1/2Ca2+与PO43-反应生成水渣的摩尔比；

95——PO43-的摩尔质量，g/mol。

随锅炉排污排出的磷酸根总量：

式中：Q2——统计周期内，锅炉排污消耗炉水磷酸根的总量，mg；

DP——统计周期内，锅炉的排污量，t；

CG——统计周期内，锅炉炉水的磷酸根含量均值，mg/L。

炉水中磷酸根总量的增加值：

式中：Q3——统计周期内，炉水中磷酸根总量的增加值，mg；

DGL——运行状态下炉水总量，t；

CG1——统计初期，锅炉炉水的磷酸根含量，mg/L；

CG2——统计末期，锅炉炉水的磷酸根含量，mg/L。

根据物料平衡的关系，可得：

由式（3）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）可以推导出：

再根据式（1），计算出排污率。

对以除盐水作锅炉补给水，且凝汽器基本无泄漏时，锅炉给水硬度近似为零，式（10）可简化为：

3.2 应用条件及验证

式（10）、（11）是根据炉水磷酸根的物料平衡推导出来的，为保证计算的准确性，应用时应注意：

① 锅炉应无明显的磷酸根隐藏现象，炉水中磷酸根含量的测定值能真实反应实际情况，炉水采用低磷酸盐处理更为有利；

②为避免炉水磷酸根浓度变化幅度大，影响排污损失磷酸根总量的统计，应尽可能采用炉水磷酸盐加药自动控制，炉水磷酸根浓度相对稳定；

③保证锅炉给水品质达标，尽可能减少进入锅炉的 Ca2+、Mg2+总量；

④运行状态下炉水总量应根据锅炉运行水容积和运行温度下水的密度计算。

为比较用原方法和新方法计算锅炉排污率的差别，选定额定压力为13.7 MPa、额定蒸发量为480 t/h的锅炉，维持给水水质和锅炉负荷基本稳定，连排开度及定排方式不变，按原方法和新方法分别计算排污率的结果见表1、表2。

表1 根据给水、炉水及蒸汽的平均含硅量计算排污率

表2 根据炉水磷酸根加入量计算排污率

由图2可以看出，在给水水质、锅炉负荷及排污方式不变的情况下，按新方法计算的排污率比原方法计算的排污率变化幅度明显减小，更符合实际情况。

4 结论

(1)根据给水、炉水及蒸汽的平均含硅量计算排污率，因锅炉负荷、给水水质、炉水水质时常处于变动状态，且全硅检测难度较大，准确度较差，导致结果出现较大偏差。

(2)根据炉水磷酸根加入量 及消耗量计算排污率，结果较为准确，基本不受锅炉负荷变动的影响，若给水无硬度、炉水磷酸根含量稳定，则计算更为简单。

图2 两种方法计算锅炉排污率变化曲线图

(3)对没有明显磷酸根隐藏现象的锅炉都可以根据炉水磷酸根加入量及消耗量计算排污率。

收稿日期：2018-02-10