连排水余热回收技术在某集中供热站的应用

文_翟茂林 北京首都机场动力能源有限公司

1 连排水回收原理

锅炉连续排污排出的炉水是锅炉运行压力下的高温饱和水，为了回收其中的热量。目前常用的方法是将高温高压的连排水通过连排管进入一个连续排污扩容器，在扩容器内经扩容、降压、热量交换，绝热膨胀分离为闪蒸蒸汽和闪蒸压力下的饱和水。闪蒸蒸汽可直接进入给水箱，与软化水混合，提高锅炉给水温度；也可由专门的管道引出，进入热力除氧器，以减少热力除氧器的蒸汽耗量。闪蒸压力下的饱和水则通过浮球液位阀或溢流调节阀自动排走，并通过换热器与冷却水换热，换热后的废水排到排污沉淀池，流入市政污水管道，同时饱和水也可以作为供暖系统的补水，或其他蒸发设备的给水。

2 改造前连排水的余热利用

某集中供热站共有锅炉9台，在供暖季1台45t/h燃气蒸汽锅炉（平均连续排污量8～10t/h），3台75t/h燃气蒸汽锅炉（平均连续排污量10t/h左右），并通过2台板式换热器与3台58MW燃气热水锅炉相结合，为首都机场三座航站楼、南楼居民生活区及周边地区共计450余万m2的面积提供供暖、供汽服务。在非供暖季两台10t/h燃气蒸汽锅炉（平均连续排污量1t/h左右），为飞行总队、机场宾馆、航食提供蒸汽供应。建造时设计的排污换热器因为结垢堵塞问题已经拆除，改造前连排水仅通过连排扩容器回收闪蒸蒸汽进入热力除氧器，对于闪蒸后的污水则直接排放到排污沉淀池，流入市政污水管道，并未对该部分热量进行回收，造成大量的热量损失。改造前的连排水回收如图1所示。

图1 改造前的连排水回收示意图

3 连排水余热利用的改造方案

该集中供热站连排扩容器的表压为0.02Mpa，对应压力下的饱和水温度为104℃。根据日常运行数据可知连排水在连续扩容器内闪蒸产生的污水温度100℃左右，并且具有水流稳定的特点，具有大量的热量可供回收。考虑到原来集中供热站连排水回收中遇到的结垢堵塞问题，通过查阅文献并与换热器厂家咨询，得知采用可拆卸的不锈钢片的板式换热器，方便拆装维护，可以很好地应对腐蚀和结垢问题。故针对两个项目在原有的工艺系统上，并联板式换热器余热回收系统，并分别设计改造方案。并联板式换热器余热回收方案的优势在于，余热回收系统与原有系统是并联连接，系统切换自由，当连排水余热回收系统出现故障或需要维修时，只需要关断换热器进出口阀门，打开原有系统阀门，不会影响到正常的生产活动。

3.1 项目一（10 t/h蒸汽锅炉）的连排水改造方案

10t/h蒸汽锅炉采用软化水箱为除氧器供水，软化水箱采用液位控制的方式，间断控制钠罐的软化水产水。结合该蒸汽锅炉的工艺，如图2所示，2台10t/h蒸汽锅炉连排水余热回收采用闪蒸废水作为高温热源，通过板式换热器余热回收系统，直接提高经软化水箱进入6#除氧器的供水温度，降低连排水的排水温度，进而回收连排水余热。

图2 项目一连排水回收系统图

3.2 项目二（45t/h和75t/h蒸汽锅炉）的连排水改造方案

结合3台75t/h、1台45t/h蒸汽锅炉的工艺系统，如图3所示，项目二的连排水余热回收系统，采用闪蒸废水作为高温热媒，通过板式换热器，加热钠罐出水，然后进入给水混合箱，与凝结水混合，间接提高进入除氧器的温度，实现了连排水的余热回收，提高了一次能源的利用效率。

图3 项目二连排水回收系统图

4 连排水余热回收的经济效益

4.1 项目一余热回收的经济效益

为准确分析连排水余热回收的经济效益，以项目一的余热回收系统进行数据统计。2021年5月14日的共回收热量17.1GJ，由于软化水箱的软化水通过节能器吸收烟气的余热，二次水平均进水温度较高为55.85℃，出水平均温度71.29℃，通过板式换热器换热温度提高约15.5℃。以天然气低位发热量为35.03MJ/Nm3，燃气锅炉效率92%来计算，当日共节约天然气530.60Nm3，按目前天然气价格2.39元/Nm3计算，共节约天然气费用1268元。

4.2 连排水余热回收的经济效益

从2021年3月22日至2022年3月22日，两组连排水余热回收项目运行一年，共回收12689.1GJ的热量，相当于节约天然气39.38万Nm3，直接经济效益94.12万元，相对于项目初投资30万元（不包括每年维修保养费用1万元），节能效果相当显著。

5 连排水余热回收的环保效益

5.1 二氧化碳的排放

根据北京市2021年针对供暖业务发布的《二氧化碳排放核算和报告要求—热力生产和供应业》DB11/T～1784-2020。

天然气燃烧排放核算按式（1）计算：

式中E燃烧—天然气燃烧产生的二氧化碳排放量，单位：tCO2；NCV天然气—天然气的平均低位发热量，单位：GJ/104Nm3；FC天然气—天然气耗量，单位：104Nm3；CC天然气—天然气单位热值含碳量，单位：tC/GJ；OF天然气—天然气的碳氧化率；—二氧化碳与碳的分子量之比。

天然气平均低位发热量采用上游气源数据，为350.3GJ/104Nm3。天然气单位热值含碳量（CC）与碳氧化率（OF）根据标准查表为15.3×10-3tC/GJ与99%。连排水余热项目共节约天然气39.38万Nm3天然气，通过式（1）计算，相当于减排二氧化碳766.15t。

5.2 NOx的排放

燃气锅炉NOx的排放较低，另外该集中供热站2018年至2019年对所属9台锅炉进行了低氮燃烧器改造，并配合增加了FGR烟气再循环系统，同步配套安装了烟气在线监测系统，根据在线检测数据，计算得到该集中供热站蒸汽锅炉的NOx排放因子。连排水余热项目运行一年共节约天然气39.38万Nm3天然气，相当于NOx减排104.8kg。

6 结语

该集中供热站在原有的工艺基础上通过并联可拆装的板式换热器，回收闪蒸后废水的余热，系统切换自由，同时有效的解决了换热器的结垢堵塞问题。该集中供热站连排水余热项目运行一年，共回收热量12689.1GJ，相当于节约天然气39.38万Nm3，直接经济效益94.12万元，间接减排二氧化碳766.15t，NOx减排104.8kg，经济和环保效益都比较显著。蒸汽锅炉排污水的pH值一般在10～12范围内，硬度小于0.01mo/L,溶解度低于0.05mg/L，用于热水锅炉可具有防垢防腐的双重功效，不会对供暖系统构成危害，其性能优于目前采用任何一种水处理形式的热水锅炉给水。在供暖季该集中供热站具有热水系统，下一步将探究用闪蒸废水作为供暖系统补水的可行性，实现连排水的完全回收。