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燃气锅炉烟气冷凝水回收利用分析


2016年第21期 (总第372期)

NO.21.2016
( Cumulativety NO.372 )

燃气锅炉烟气冷凝水回收利用分析
雷 鑫1 耿爱民2 孔祥渠1
(1.中国中元国际工程有限公司,北京 100089;2.北京新机场建设指挥部,北京 100621)
摘要: 以北京市某热源厂实际运行情况为例,燃气锅炉的烟气在经过深度余热利用机组后,烟气温度从 76.5℃降至30℃时,伴随烟气中的水蒸气大量冷凝析出。文章通过分析烟气冷凝水的化学成分,对冷凝水采 用加碱、除铁等深度水处理后,作为燃气热水锅炉的热网补水,同时大量冷凝水回收利用可减少热源厂的自 来水耗量,节约运行成本。 关键词:烟气深度余热利用;水质平衡器;除铁过滤器;节水减排;燃气锅炉  文献标识码:A 中图分类号:TK223  文章编号:1009-2374(2016)21-0087-02  DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.042

1 概述
资源节约和环境保护是我国的基本国策,节能减排 是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。近年 来,随着社会的日益发展与进步,国家对资源节约、环 境保护、能源的综合利用等方面的要求逐步提高。 在供热行业,燃气锅炉相对于燃煤锅炉具有污染更 小、热效率更高等优势,因此在北京,燃气锅炉基本已 经替代燃煤锅炉作为供热的主要热源存在。天然气在锅 炉中燃烧过程中,约92%左右能量转化为热量、1%左右 表面散热损失掉,其余7%左右为排烟热损失。因此深度 回收烟气的余热,是现在燃气锅炉清洁节能改造的重中 之重。烟气中的余热有很大一部分存在于水蒸气潜热之 中,在降低烟气温度、回收显热的同时,将烟气中的水 蒸气潜热回收才能做到真正的烟气全热回收。燃气锅炉 高温烟气的水蒸气处于未饱和的状态,因而必须通过降 温使水蒸气冷凝析出。 深度余热利用是指以天然气作为驱动源,采用回收 型热泵机组,将锅炉排烟从80℃降至30℃,回收烟气中 大量的水蒸气冷凝潜热,加热热网回水,从而节省燃气 锅炉的燃气耗量,达到节能减排的双重效果,并大幅消 减PM2.5雾霾形成物的排放。 天然气主要成分为烷类、氮气及二氧化碳,因此燃 气锅炉在烟气降温过程中,烟气冷凝水的pH为酸性。经 过几个热源厂的调研,大部分运行方只把冷凝水收集, 简单处理后直接排入市政污水系统,造成水资源的严重 浪费。 本文以北京市某热源厂实际运行情况为例,通过对 燃气锅炉的烟气进行分析,烟气在经过深度余热利用机 组后,温度从76.5℃降至30℃时,伴随烟气中的水蒸气 大量冷凝析出。通过对烟气冷凝水的化学分析,采用加 碱、除铁等方式深度水处理后,作为燃气热水锅炉的热 网补水 。 在回收烟气余热的同时,回收利用大量冷凝 水,不仅提高了锅炉的供热效率,还减少了热源厂的自 来水耗量,节约了运行成本,具有良好的环境效益、社

会效益和经济效益。

2 烟气冷凝水水质分析
以北京某热源厂为例,场内安装3台116MW燃气热 水锅炉,额定设计压力为P=2.45MPa,热网运行供回 水温度为130℃/70℃ 。 每台锅炉尾部设计安装一个换 热型的烟气冷凝器,排烟温度约80℃ 。 为了进一步回 收烟气废热,来年增设一套供热量9MW的烟气深度余 热回收机组。烟气深度余热回收机组以热源厂上一 供暖季的试运行参数为设计工况:锅炉实际供回水温 度为95℃/55℃,锅炉烟气冷凝回收装置后进入余热 回收机组的排烟温度76.5℃ 。 进入机组的烟气流量按 39929Nm3/h设计,回收的锅炉烟气热量约3.0MW。在实际 运行工况下,烟气降温过程产生约4t/h的冷凝水。热源 厂运行方只是把冷凝水简单加药处理后直接排入市政, 造成大量水资源的浪费。 经对本热源厂的烟气冷凝水水质报告中可以看出, 水质pH值偏低,硬度及浊度偏高,全铁超标。其成分见 表1烟气冷凝水中化学成分含量表:
表1 烟气冷凝水中化学成分含量表
项目 pH值 电导率 浊度NTU 色度 硝酸盐氮 亚硝酸盐氮 测定值 4.62 380μg/cm 22度 3 3.92mg/L 1.42mg/L 项目 硫酸盐 化学需氧量 氨氮 铁 锰 测定值 72mg/L 11mg/L 1.61mg/L 3.02mg/L 0.12mg/L

3 烟气冷凝水处理方案及回收效果分析
3.1 烟气冷凝水处理方案 本方案拟对冷凝水加碱、除铁等深度处理后,作为 燃气热水锅炉补水进入热网。处理后的水质满足《工业 锅炉水质》(GB/T 1576-2008)中热水锅炉锅外加药标 准。见表2采用锅外水处理的热水锅炉水质。 根据进水水质条件和出水水质要求,并结合项目投 资成本和长期运行费用的综合平衡比较,确保设备长期
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运行的可靠和稳定为前提下,确定以水质平衡器加吸附 除铁过滤器水处理工艺为冷凝水处理方案。其主要工艺 流程如下:烟气冷凝水来水→收集→pH调节装置→冷凝 水箱+水质平衡器→过滤增压泵→吸附除铁过滤器→全 自动软水器→软化水箱→除氧水泵→除氧器→热网补水 泵→热网。
表2 采用锅外水处理的热水锅炉水质
水样 项目 浊度FTU 硬度mmol/L pH(25℃) 溶解氧a mg/L 油mg/L 全铁mg/L 标准值 ≤0.5 ≤0.60 7.0~11.0 ≤0.10 ≤2.0 ≤0.30

给水

其中软化水箱及以后水处理设备可与原厂区水处理 设备共用。 辅助工艺流程: 过滤器反洗系统:集水容器→反洗水泵→过滤器反 洗进口。 过滤器气洗系统:压缩空气→除铁过滤器进气口。 水质平衡器溶气系统:风机→水质平衡器溶气进 气口。 3.1.1 pH调节装置。通过在产水中加入NaOH,调节 pH值至7~11,满足低压热水锅炉进水pH要求。 pH调节装置设置计量泵及溶液箱。配置必要的阀门 及管路。 该加药装置与系统供水实现连锁控制。 3.1.2 水质平衡器 。 水质平衡器及其辅助设备, 包括水质平衡器及其内部装置、外部装置、就地仪表、 阀门、管系等。 水质平衡器是包含曝气氧化和水质分层分离的水处 理工艺,主要针对水源水体中二价铁和三价铁,通入大 量新鲜空气,使水中的氧气迅速氧化二价铁转变成不溶 于水的三价铁,然后经后续的过沉淀方式除去,二氧化 铁转化为三氧化铁的转化率大于95%。 3.1.3 除铁过滤器 。 除铁过滤器表面极易吸附冷 凝水中的Fe(OH) 3沉淀物,在填料表面逐渐形成一层 铁质滤膜作为活性滤膜,对Fe2+起到氧化催化作用。活 性滤膜是由R型羟氢化铁R-FeO(OH)所构成,它能迅 速与水中Fe2+进行离子交换反应,并置换出等当量的氢 离子。 Fe2++FeO(OH)=FeO(OFe)++2H+ 结合到化合物中二价铁,随即迅速地进行氧化和水 解反应,又重新生成羟其氧化铁,使填料表面的催化物 质不断得到再生。 Fe0(OFe)++O2+H2O=2FeO(OH)+H+ 新生成的羟基氧化铁作为活性滤膜物质又参与新催 化除铁过程中,所以活性滤膜除铁过程也是一个自动催 化过程。 除铁过滤器下布水采用多孔板、上布水采用喇叭口

形式,配套压力仪表和必备的阀门。 3.1.4 全自动软水器 。 酸性冷凝水经加碱、除铁 后,进入软水器软化,再除氧加压作为补水进入热网。 软水器与厂区原有软水器分开,是为了避免自来水与冷 凝水串水问题。 3.2 烟气冷凝水处理效果分析 水质平衡器加吸附除铁过滤器工艺处理后的冷凝水 水质完全满足燃气热水锅炉锅外水处理的补水要求,减 少了热源厂的自来水消耗。由水处理工艺来看,冷凝水 回收利用只有加碱、除铁等两项主系统,主要系统能耗 只有设备的耗电量及化学药剂的耗量。还以北京某热源 厂为例,冷凝水回收利用工艺全年的经济性分析如下: 按北京市全年采暖天数123来计,全年采暖 平均负荷率为0.726,全年可回收冷凝水量为 4×123×24×0.726=8572.6t/a,年节约水费为 8572.6×5.6=48006.56元,其中自来水水费按工业自 来水价格计。 经核算此水处理工艺设备投资约10万,冷凝水加药 处理成本为0.5元/t,冷凝水处理耗电电费为0.5元/t。全 年水处理运行费用为(0.5+0.5)×8572.6=8572.6元。 在不考虑人工费用、设备折旧及排污费的情况下, 锅炉房连续运行时,冷凝水水处理项目投资回收期约 10×10000÷(48006.56-8572.6)=2.6年。

4 结语
随着2013年9月17日环保部、发展改革委等六部门 联合印发《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计 划实施细则》的颁布,锅炉房清洁节能改造即烟气深度 余热利用项目越来越多。项目通过进一步回收燃气锅炉 烟气废热,提高了热源厂能源综合利用效率。在降低能 源消耗的同时,也伴随着偏酸性的烟气冷凝水大量产 生,如果不加以对冷凝水的利用,直接简单加碱之后排 入市政污水管网,是对水资源的极大浪费。 根据北京市某热源厂燃气锅炉烟气深度余热利用项 目的实际运行情况,并分析烟气冷凝水的化学成分,在 经过加碱、除铁等深度水处理后,冷凝水完全满足燃气 热水锅炉锅外水处理的补水水质要求。同时大量冷凝水 回收利用可减少热源厂的自来水耗量,节约运行成本, 具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。 参考文献
[1] [2] [3] [4] [5] [6] 冯旭东.给水排水设计手册(第4册):工业给水处 理[M].北京:中国建筑工业出版社,2002. 工业用水软化除盐设计规范(GB/T 50109-2006)[S]. 化工企业化学水处理设计计算规定(HG/T 2055294)[S]. 水处理设备技术条件(JB/T 2932-1999)[S]. 工业锅炉水质(GB/T 1576-2008)[S]. 污水再生利用工程设计规范(GB 50335-2002)[S]. (责任编辑:王 波)

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