蒸汽锅炉排污的最优节能控制

唐章富

（河钢邯钢能源中心，河北邯郸 056003)

1 最优节能排污控制的作用原理

蒸汽锅炉最优排污节能控制是对锅炉水中的含盐量进行有效控制，这样不仅能够保证蒸汽锅炉的运行具有较高安全性，而且还能最大限度降低蒸汽锅炉生产过程中的排污量，从而有效实现最佳节能控制目标。

从作用机理角度而言，在蒸发作用下锅炉水具有的盐浓度逐渐上升，所以可以对蒸汽流量D进行测试，然后根据具体公式计算出想要保证锅炉水盐浓度达到平衡状态时，具体排污流量W的计算见式（1）。

式中，SP表示锅炉在运行状态下所允许锅炉水中盐含量，Sg代表补给水中盐含量。

将蒸汽流量D连续调节排污法具有的开度作为依据，能够保证排污流量W的具体数值随着蒸汽流量D的变化而变化，从而呈现出完整的排污流量与蒸汽流量比例控制系统。这样可以保证在排污量最小的环境下，锅炉水中具有的盐浓度始终保持在允许范围内的最大值，从而使蒸汽锅炉节能减排效果达到标准要求[1]。

在蒸汽锅炉实际运行过程中，不仅锅炉表面需要排污，锅炉底部的沉积物也需要定期排污。然而在传统排污方式开展过程中，排污数量和排污时间都是由人工决定，缺乏必要的科学性，导致锅炉水中的盐浓度无法准确控制。与此同时，具有明显变化性的因素还有锅炉给水的盐浓度Sg，从而导致公式具有的比例关系发生变化。为了将这个问题有效解决，使锅炉水中具有的盐浓度保持在稳定状态，不仅要根据式（1）的比例关系构建开环补偿控制系统，还需要增设电导率闭环控制回路系统，将控制锅炉水的电导率作为目标，并对其按照比例—积分—微分的控制方式进行计算，调整排污流量，从而有效实现节能减排控制目标[2]。

2 最优节能排污控制系统

如图1所示，该系统中只有两个控制通道，其中一组系统根据蒸汽锅炉具有的实际蒸汽流量，结合式（1）具有的比例关系，对实际排污流量进行控制，使其形成开环的前馈控制通道。另一组系统对控制器A进行掌控，将给定值与通过导电率测量出的数值进行比较，形成闭环控制回路。然后这两组系统在加法运算器的作用下有效结合，组成一套完整的前馈—反馈复合系统，对蒸汽锅炉排污量进行控制。这样的方式能够对各种影响因素进行合理控制，从而使锅炉水具有的盐浓度始终被控制在额定范围内。

图1 最优节能排污控制系统结构方框图

根据对式（1）的分析能够知道，想要保证前馈控制通道有效运行，必须保证各执行器具有较高的连续控制能力，特别是针对使用两位式开关阀的系统，必须将阀位变速器设置其中，从而在阀位反馈的控制作用下，使调节阀具有的开合度能够满足控制信号在连续作用下具有的变化需求。与此同时，为了使控制信号具有的线性跟随需求能够在排污流量的作用下得到有效控制，应该将图1中控制器B作为副调节器，并且通过与排污阀组、执行机构、排污流量计组成完善的副环反馈回路，这样控制器B就能与控制器A组成电导率—排污流量串级控制系统。

根据图1的设计原理将其运用在我国某企业次高压蒸汽锅炉相关工作中，可以与锅炉系统中原有的DCS装置有效结合，组成完整的前馈—反馈复合控制系统。在此基础上，结合实际情况对系统设备进行合理调试，从而使控制蒸汽锅炉排污效果达到令人满意的程度。如图2所示，根据对前馈—反馈复合控制系统中DCS运行趋势记录曲线画面截图展开的大量实际调查分析能够明确了解，该图中最上方曲线代表的是蒸汽锅炉实际排污量，中间曲线代表的是产生蒸汽的流量，下方曲线代表的是蒸汽锅炉水具有的实际导电率。通过分析可知，蒸汽锅炉产生的蒸汽流量直接影响排污流量大小，因此有效控制蒸汽流量，能够实现对锅炉水进行按需稀释的目标。除此之外，针对锅炉水区的盐浓度以及锅炉实际排污能力而言，会对蒸汽锅炉排污节能控制产生一定影响，采用电导率闭环控制方式，能够将这个问题有效解决。在图2，5h的记录过程中，能够发现在连续控制作用下蒸汽锅炉中锅炉水具有的导电率变化范围比较稳定，最大值之间的变化幅度始终在±2.5%。

我国次高压蒸汽锅炉水质标准要求曾经明确提出，在运用目标水源以及处理方法的环境下，固形物TDS的溶解与导电率之间有一定的比例关系，这种比值被称为固导比，其中固形物可以定性为锅炉水中的含盐量。固导比的具体数值受到酸、碱、盐实际种类的影响较大，电导率1μS/cm对应的TDS含量在0.55～0.90mg/L。目前电导率控制指标作为大部分企业蒸汽锅炉自动排污技术的依据，结合利用人工进行固形物TDS检测作为附件模式来实现控制蒸汽锅炉排污节能效果的有效手段。然而该企业却一直将锅炉水总碱度作为节能控制的主要依据，其中，总碱度主要指的是化验OH mol/L、CO3mol/L、HCO3mol/L三项浓度后相加。从该措施的原理角度进行分析，锅炉水中导电离子的数量能够通过电导率呈现出来，因此也可以说明总碱度与TDS是通过两种不同的方式对同一个问题进行表述，二者具有相同的内涵。根据对该厂蒸汽锅炉实际运行情况展开的大量实际调查研究可知，当蒸汽锅炉水旧的电导率被控制在±25%时，通过人工分析得出的全碱度具有的变化范围不超过±5%，这里之所以全检都会出现大于电导率波动的现象，主要原因是锅炉水中氯离子含量也会对电导率大小造成一定影响，并且在对锅炉水质进行分析时，没有将氯离子浓度与全碱度进行综合分析，而是作为两个独立存在的指标分别进行分析，从而使电导率仪全碱度对应关系受到严重干扰。

通过对实践分析展开的实际研究可知，该厂使用的蒸汽锅炉排污方案具有较高的有效性和可行性，不仅使用的各项技术具有较高先进性，而且最终的控制效果能够始终保持在稳定状态。通过对该方式的有效利用，能够比传统通过人工手动排污方式减少20%～40%的排污量，保证蒸汽锅炉中炉水的盐度始终接近最大允许范围，从而有效实现最优节能控制目标。

针对次高压锅炉排污量而言，行业中一般将排污控制在5%～10%之间作为合格标准，然而结合实际情况能够发现，一部分企业在生产过程中软化水具有的全碱度在2%以内。我国锅炉水质标准要求中规定，当压力在1.0～1.6PMa之间时，锅炉中如果设有蒸汽过热器，全碱度具有的最高值应该保持在5%以内。然而大部分企业对全碱度最大上限设置为13mol/L，这样通过式（1）能够计算出，即使严格按照最优节能措施执行，从理论上来看，不考虑人工因素影响，最低排污量也会达到20.4%，如果将人工影响因素结合其中，会使排污量增加30%，从而导致具有较高温度和较高压力的锅炉水排放量超过6%，因此应该将蒸汽锅炉自动排污以及人工测定溶解固形物的方式有效结合，保证各项系统功能正常运行，这样才能使蒸汽锅炉排污节能控制效果达到最佳状态。

3 结束语

对蒸汽锅炉排污的最优节能控制措施详细分析和系统性研究。作为蒸汽锅炉排污的最优节能控制措施，不仅应该结合先进的技术理念以及科学的技术措施，而且必须具备比较明显的节能效果、节水效果。在此基础上，将各种回收排污水余热的措施结合其中，能够使一台6.08MPa，流量77t的次高压锅炉具有的热效率提高。不仅如此，通过对蒸汽锅炉排污措施的节能控制，能够有效降低对水资源的利用，减少对水资源的处理费用，真正实现节能减排。