雷鑫　耿愛(ài)民　孔祥渠

摘要：以北京市某熱源廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況為例，燃?xì)忮仩t的煙氣在經(jīng)過(guò)深度余熱利用機(jī)組后，煙氣溫度從76.5℃降至30℃時(shí)，伴隨煙氣中的水蒸氣大量冷凝析出。文章通過(guò)分析煙氣冷凝水的化學(xué)成分，對(duì)冷凝水采用加堿、除鐵等深度水處理后，作為燃?xì)鉄崴仩t的熱網(wǎng)補(bǔ)水，同時(shí)大量冷凝水回收利用可減少熱源廠(chǎng)的自來(lái)水耗量，節(jié)約運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞：煙氣深度余熱利用；水質(zhì)平衡器；除鐵過(guò)濾器；節(jié)水減排；燃?xì)忮仩t 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TK223 文章編號(hào)：1009-2374（2016）21-0087-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.042

1 概述

資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)是我國(guó)的基本國(guó)策，節(jié)能減排是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇。近年來(lái)，隨著社會(huì)的日益發(fā)展與進(jìn)步，國(guó)家對(duì)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、能源的綜合利用等方面的要求逐步提高。

在供熱行業(yè)，燃?xì)忮仩t相對(duì)于燃煤鍋爐具有污染更小、熱效率更高等優(yōu)勢(shì)，因此在北京，燃?xì)忮仩t基本已經(jīng)替代燃煤鍋爐作為供熱的主要熱源存在。天然氣在鍋爐中燃燒過(guò)程中，約92%左右能量轉(zhuǎn)化為熱量、1%左右表面散熱損失掉，其余7%左右為排煙熱損失。因此深度回收煙氣的余熱，是現(xiàn)在燃?xì)忮仩t清潔節(jié)能改造的重中之重。煙氣中的余熱有很大一部分存在于水蒸氣潛熱之中，在降低煙氣溫度、回收顯熱的同時(shí)，將煙氣中的水蒸氣潛熱回收才能做到真正的煙氣全熱回收。燃?xì)忮仩t高溫?zé)煔獾乃魵馓幱谖达柡偷臓顟B(tài)，因而必須通過(guò)降溫使水蒸氣冷凝析出。

深度余熱利用是指以天然氣作為驅(qū)動(dòng)源，采用回收型熱泵機(jī)組，將鍋爐排煙從80℃降至30℃，回收煙氣中大量的水蒸氣冷凝潛熱，加熱熱網(wǎng)回水，從而節(jié)省燃?xì)忮仩t的燃?xì)夂牧?，達(dá)到節(jié)能減排的雙重效果，并大幅消減PM2.5霧霾形成物的排放。

天然氣主要成分為烷類(lèi)、氮?dú)饧岸趸?，因此燃?xì)忮仩t在煙氣降溫過(guò)程中，煙氣冷凝水的pH為酸性。經(jīng)過(guò)幾個(gè)熱源廠(chǎng)的調(diào)研，大部分運(yùn)行方只把冷凝水收集，簡(jiǎn)單處理后直接排入市政污水系統(tǒng)，造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

本文以北京市某熱源廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況為例，通過(guò)對(duì)燃?xì)忮仩t的煙氣進(jìn)行分析，煙氣在經(jīng)過(guò)深度余熱利用機(jī)組后，溫度從76.5℃降至30℃時(shí)，伴隨煙氣中的水蒸氣大量冷凝析出。通過(guò)對(duì)煙氣冷凝水的化學(xué)分析，采用加堿、除鐵等方式深度水處理后，作為燃?xì)鉄崴仩t的熱網(wǎng)補(bǔ)水。在回收煙氣余熱的同時(shí)，回收利用大量冷凝水，不僅提高了鍋爐的供熱效率，還減少了熱源廠(chǎng)的自來(lái)水耗量，節(jié)約了運(yùn)行成本，具有良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 煙氣冷凝水水質(zhì)分析

以北京某熱源廠(chǎng)為例，場(chǎng)內(nèi)安裝3臺(tái)116MW燃?xì)鉄崴仩t，額定設(shè)計(jì)壓力為P=2.45MPa，熱網(wǎng)運(yùn)行供回水溫度為130℃/70℃。每臺(tái)鍋爐尾部設(shè)計(jì)安裝一個(gè)換熱型的煙氣冷凝器，排煙溫度約80℃。為了進(jìn)一步回收煙氣廢熱，來(lái)年增設(shè)一套供熱量9MW的煙氣深度余熱回收機(jī)組。煙氣深度余熱回收機(jī)組以熱源廠(chǎng)上一供暖季的試運(yùn)行參數(shù)為設(shè)計(jì)工況：鍋爐實(shí)際供回水溫度為95℃/55℃，鍋爐煙氣冷凝回收裝置后進(jìn)入余熱回收機(jī)組的排煙溫度76.5℃。進(jìn)入機(jī)組的煙氣流量按

39929Nm3/h設(shè)計(jì)，回收的鍋爐煙氣熱量約3.0MW。在實(shí)際運(yùn)行工況下，煙氣降溫過(guò)程產(chǎn)生約4t/h的冷凝水。熱源廠(chǎng)運(yùn)行方只是把冷凝水簡(jiǎn)單加藥處理后直接排入市政，造成大量水資源的浪費(fèi)。

經(jīng)對(duì)本熱源廠(chǎng)的煙氣冷凝水水質(zhì)報(bào)告中可以看出，水質(zhì)pH值偏低，硬度及濁度偏高，全鐵超標(biāo)。其成分見(jiàn)表1煙氣冷凝水中化學(xué)成分含量表：

3 煙氣冷凝水處理方案及回收效果分析

3.1 煙氣冷凝水處理方案

本方案擬對(duì)冷凝水加堿、除鐵等深度處理后，作為燃?xì)鉄崴仩t補(bǔ)水進(jìn)入熱網(wǎng)。處理后的水質(zhì)滿(mǎn)足《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB/T 1576-2008）中熱水鍋爐鍋外加藥標(biāo)準(zhǔn)。見(jiàn)表2采用鍋外水處理的熱水鍋爐水質(zhì)。

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)條件和出水水質(zhì)要求，并結(jié)合項(xiàng)目投資成本和長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用的綜合平衡比較，確保設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠和穩(wěn)定為前提下，確定以水質(zhì)平衡器加吸附除鐵過(guò)濾器水處理工藝為冷凝水處理方案。其主要工藝流程如下：煙氣冷凝水來(lái)水→收集→pH調(diào)節(jié)裝置→冷凝水箱+水質(zhì)平衡器→過(guò)濾增壓泵→吸附除鐵過(guò)濾器→全自動(dòng)軟水器→軟化水箱→除氧水泵→除氧器→熱網(wǎng)補(bǔ)水泵→熱網(wǎng)。

其中軟化水箱及以后水處理設(shè)備可與原廠(chǎng)區(qū)水處理設(shè)備共用。

輔助工藝流程：

過(guò)濾器反洗系統(tǒng)：集水容器→反洗水泵→過(guò)濾器反洗進(jìn)口。

過(guò)濾器氣洗系統(tǒng)：壓縮空氣→除鐵過(guò)濾器進(jìn)氣口。

水質(zhì)平衡器溶氣系統(tǒng)：風(fēng)機(jī)→水質(zhì)平衡器溶氣進(jìn)

氣口。

3.1.1 pH調(diào)節(jié)裝置。通過(guò)在產(chǎn)水中加入NaOH，調(diào)節(jié)pH值至7～11，滿(mǎn)足低壓熱水鍋爐進(jìn)水pH要求。

pH調(diào)節(jié)裝置設(shè)置計(jì)量泵及溶液箱。配置必要的閥門(mén)及管路。

該加藥裝置與系統(tǒng)供水實(shí)現(xiàn)連鎖控制。

3.1.2 水質(zhì)平衡器。水質(zhì)平衡器及其輔助設(shè)備，包括水質(zhì)平衡器及其內(nèi)部裝置、外部裝置、就地儀表、閥門(mén)、管系等。

水質(zhì)平衡器是包含曝氣氧化和水質(zhì)分層分離的水處理工藝，主要針對(duì)水源水體中二價(jià)鐵和三價(jià)鐵，通入大量新鮮空氣，使水中的氧氣迅速氧化二價(jià)鐵轉(zhuǎn)變成不溶于水的三價(jià)鐵，然后經(jīng)后續(xù)的過(guò)沉淀方式除去，二氧化鐵轉(zhuǎn)化為三氧化鐵的轉(zhuǎn)化率大于95%。

3.1.3 除鐵過(guò)濾器。除鐵過(guò)濾器表面極易吸附冷凝水中的Fe（OH）3沉淀物，在填料表面逐漸形成一層鐵質(zhì)濾膜作為活性濾膜，對(duì)Fe2+起到氧化催化作用?；钚詾V膜是由R型羥氫化鐵R-FeO（OH）所構(gòu)成，它能迅速與水中Fe2+進(jìn)行離子交換反應(yīng)，并置換出等當(dāng)量的氫

離子。

Fe2++FeO（OH）=FeO（OFe）++2H+

結(jié)合到化合物中二價(jià)鐵，隨即迅速地進(jìn)行氧化和水解反應(yīng)，又重新生成羥其氧化鐵，使填料表面的催化物質(zhì)不斷得到再生。

Fe0（OFe）++O2+H2O=2FeO（OH）+H+

新生成的羥基氧化鐵作為活性濾膜物質(zhì)又參與新催化除鐵過(guò)程中，所以活性濾膜除鐵過(guò)程也是一個(gè)自動(dòng)催化過(guò)程。

除鐵過(guò)濾器下布水采用多孔板、上布水采用喇叭口形式，配套壓力儀表和必備的閥門(mén)。

3.1.4 全自動(dòng)軟水器。酸性冷凝水經(jīng)加堿、除鐵后，進(jìn)入軟水器軟化，再除氧加壓作為補(bǔ)水進(jìn)入熱網(wǎng)。軟水器與廠(chǎng)區(qū)原有軟水器分開(kāi)，是為了避免自來(lái)水與冷凝水串水問(wèn)題。

3.2 煙氣冷凝水處理效果分析

水質(zhì)平衡器加吸附除鐵過(guò)濾器工藝處理后的冷凝水水質(zhì)完全滿(mǎn)足燃?xì)鉄崴仩t鍋外水處理的補(bǔ)水要求，減少了熱源廠(chǎng)的自來(lái)水消耗。由水處理工藝來(lái)看，冷凝水回收利用只有加堿、除鐵等兩項(xiàng)主系統(tǒng)，主要系統(tǒng)能耗只有設(shè)備的耗電量及化學(xué)藥劑的耗量。還以北京某熱源廠(chǎng)為例，冷凝水回收利用工藝全年的經(jīng)濟(jì)性分析如下：

按北京市全年采暖天數(shù)123來(lái)計(jì)，全年采暖平均負(fù)荷率為0.726，全年可回收冷凝水量為4×123×24×0.726=8572.6t/a，年節(jié)約水費(fèi)為8572.6×5.6=48006.56元，其中自來(lái)水水費(fèi)按工業(yè)自來(lái)水價(jià)格計(jì)。

經(jīng)核算此水處理工藝設(shè)備投資約10萬(wàn)，冷凝水加藥處理成本為0.5元/t，冷凝水處理耗電電費(fèi)為0.5元/t。全年水處理運(yùn)行費(fèi)用為（0.5+0.5）×8572.6=8572.6元。

在不考慮人工費(fèi)用、設(shè)備折舊及排污費(fèi)的情況下，鍋爐房連續(xù)運(yùn)行時(shí)，冷凝水水處理項(xiàng)目投資回收期約10×10000÷（48006.56-8572.6）=2.6年。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著2013年9月17日環(huán)保部、發(fā)展改革委等六部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《京津冀及周邊地區(qū)落實(shí)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施細(xì)則》的頒布，鍋爐房清潔節(jié)能改造即煙氣深度余熱利用項(xiàng)目越來(lái)越多。項(xiàng)目通過(guò)進(jìn)一步回收燃?xì)忮仩t煙氣廢熱，提高了熱源廠(chǎng)能源綜合利用效率。在降低能源消耗的同時(shí)，也伴隨著偏酸性的煙氣冷凝水大量產(chǎn)生，如果不加以對(duì)冷凝水的利用，直接簡(jiǎn)單加堿之后排入市政污水管網(wǎng)，是對(duì)水資源的極大浪費(fèi)。

根據(jù)北京市某熱源廠(chǎng)燃?xì)忮仩t煙氣深度余熱利用項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況，并分析煙氣冷凝水的化學(xué)成分，在經(jīng)過(guò)加堿、除鐵等深度水處理后，冷凝水完全滿(mǎn)足燃?xì)鉄崴仩t鍋外水處理的補(bǔ)水水質(zhì)要求。同時(shí)大量冷凝水回收利用可減少熱源廠(chǎng)的自來(lái)水耗量，節(jié)約運(yùn)行成本，具有良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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（責(zé)任編輯：王 波）