蒸汽鍋爐排污的最優節能控制

唐章富

（河鋼邯鋼能源中心，河北邯鄲 056003)

1 最優節能排污控制的作用原理

蒸汽鍋爐最優排污節能控制是對鍋爐水中的含鹽量進行有效控制，這樣不僅能夠保證蒸汽鍋爐的運行具有較高安全性，而且還能最大限度降低蒸汽鍋爐生產過程中的排污量，從而有效實現最佳節能控制目標。

從作用機理角度而言，在蒸發作用下鍋爐水具有的鹽濃度逐漸上升，所以可以對蒸汽流量D進行測試，然后根據具體公式計算出想要保證鍋爐水鹽濃度達到平衡狀態時，具體排污流量W的計算見式（1）。

式中，SP表示鍋爐在運行狀態下所允許鍋爐水中鹽含量，Sg代表補給水中鹽含量。

將蒸汽流量D連續調節排污法具有的開度作為依據，能夠保證排污流量W的具體數值隨著蒸汽流量D的變化而變化，從而呈現出完整的排污流量與蒸汽流量比例控制系統。這樣可以保證在排污量最小的環境下，鍋爐水中具有的鹽濃度始終保持在允許范圍內的最大值，從而使蒸汽鍋爐節能減排效果達到標準要求[1]。

在蒸汽鍋爐實際運行過程中，不僅鍋爐表面需要排污，鍋爐底部的沉積物也需要定期排污。然而在傳統排污方式開展過程中，排污數量和排污時間都是由人工決定，缺乏必要的科學性，導致鍋爐水中的鹽濃度無法準確控制。與此同時，具有明顯變化性的因素還有鍋爐給水的鹽濃度Sg，從而導致公式具有的比例關系發生變化。為了將這個問題有效解決，使鍋爐水中具有的鹽濃度保持在穩定狀態，不僅要根據式（1）的比例關系構建開環補償控制系統，還需要增設電導率閉環控制回路系統，將控制鍋爐水的電導率作為目標，并對其按照比例—積分—微分的控制方式進行計算，調整排污流量，從而有效實現節能減排控制目標[2]。

2 最優節能排污控制系統

如圖1所示，該系統中只有兩個控制通道，其中一組系統根據蒸汽鍋爐具有的實際蒸汽流量，結合式（1）具有的比例關系，對實際排污流量進行控制，使其形成開環的前饋控制通道。另一組系統對控制器A進行掌控，將給定值與通過導電率測量出的數值進行比較，形成閉環控制回路。然后這兩組系統在加法運算器的作用下有效結合，組成一套完整的前饋—反饋復合系統，對蒸汽鍋爐排污量進行控制。這樣的方式能夠對各種影響因素進行合理控制，從而使鍋爐水具有的鹽濃度始終被控制在額定范圍內。

圖1 最優節能排污控制系統結構方框圖

根據對式（1）的分析能夠知道，想要保證前饋控制通道有效運行，必須保證各執行器具有較高的連續控制能力，特別是針對使用兩位式開關閥的系統，必須將閥位變速器設置其中，從而在閥位反饋的控制作用下，使調節閥具有的開合度能夠滿足控制信號在連續作用下具有的變化需求。與此同時，為了使控制信號具有的線性跟隨需求能夠在排污流量的作用下得到有效控制，應該將圖1中控制器B作為副調節器，并且通過與排污閥組、執行機構、排污流量計組成完善的副環反饋回路，這樣控制器B就能與控制器A組成電導率—排污流量串級控制系統。

根據圖1的設計原理將其運用在我國某企業次高壓蒸汽鍋爐相關工作中，可以與鍋爐系統中原有的DCS裝置有效結合，組成完整的前饋—反饋復合控制系統。在此基礎上，結合實際情況對系統設備進行合理調試，從而使控制蒸汽鍋爐排污效果達到令人滿意的程度。如圖2所示，根據對前饋—反饋復合控制系統中DCS運行趨勢記錄曲線畫面截圖展開的大量實際調查分析能夠明確了解，該圖中最上方曲線代表的是蒸汽鍋爐實際排污量，中間曲線代表的是產生蒸汽的流量，下方曲線代表的是蒸汽鍋爐水具有的實際導電率。通過分析可知，蒸汽鍋爐產生的蒸汽流量直接影響排污流量大小，因此有效控制蒸汽流量，能夠實現對鍋爐水進行按需稀釋的目標。除此之外，針對鍋爐水區的鹽濃度以及鍋爐實際排污能力而言，會對蒸汽鍋爐排污節能控制產生一定影響，采用電導率閉環控制方式，能夠將這個問題有效解決。在圖2，5h的記錄過程中，能夠發現在連續控制作用下蒸汽鍋爐中鍋爐水具有的導電率變化范圍比較穩定，最大值之間的變化幅度始終在±2.5%。

我國次高壓蒸汽鍋爐水質標準要求曾經明確提出，在運用目標水源以及處理方法的環境下，固形物TDS的溶解與導電率之間有一定的比例關系，這種比值被稱為固導比，其中固形物可以定性為鍋爐水中的含鹽量。固導比的具體數值受到酸、堿、鹽實際種類的影響較大，電導率1μS/cm對應的TDS含量在0.55～0.90mg/L。目前電導率控制指標作為大部分企業蒸汽鍋爐自動排污技術的依據，結合利用人工進行固形物TDS檢測作為附件模式來實現控制蒸汽鍋爐排污節能效果的有效手段。然而該企業卻一直將鍋爐水總堿度作為節能控制的主要依據，其中，總堿度主要指的是化驗OH mol/L、CO3mol/L、HCO3mol/L三項濃度后相加。從該措施的原理角度進行分析，鍋爐水中導電離子的數量能夠通過電導率呈現出來，因此也可以說明總堿度與TDS是通過兩種不同的方式對同一個問題進行表述，二者具有相同的內涵。根據對該廠蒸汽鍋爐實際運行情況展開的大量實際調查研究可知，當蒸汽鍋爐水舊的電導率被控制在±25%時，通過人工分析得出的全堿度具有的變化范圍不超過±5%，這里之所以全檢都會出現大于電導率波動的現象，主要原因是鍋爐水中氯離子含量也會對電導率大小造成一定影響，并且在對鍋爐水質進行分析時，沒有將氯離子濃度與全堿度進行綜合分析，而是作為兩個獨立存在的指標分別進行分析，從而使電導率儀全堿度對應關系受到嚴重干擾。

通過對實踐分析展開的實際研究可知，該廠使用的蒸汽鍋爐排污方案具有較高的有效性和可行性，不僅使用的各項技術具有較高先進性，而且最終的控制效果能夠始終保持在穩定狀態。通過對該方式的有效利用，能夠比傳統通過人工手動排污方式減少20%～40%的排污量，保證蒸汽鍋爐中爐水的鹽度始終接近最大允許范圍，從而有效實現最優節能控制目標。

針對次高壓鍋爐排污量而言，行業中一般將排污控制在5%～10%之間作為合格標準，然而結合實際情況能夠發現，一部分企業在生產過程中軟化水具有的全堿度在2%以內。我國鍋爐水質標準要求中規定，當壓力在1.0～1.6PMa之間時，鍋爐中如果設有蒸汽過熱器，全堿度具有的最高值應該保持在5%以內。然而大部分企業對全堿度最大上限設置為13mol/L，這樣通過式（1）能夠計算出，即使嚴格按照最優節能措施執行，從理論上來看，不考慮人工因素影響，最低排污量也會達到20.4%，如果將人工影響因素結合其中，會使排污量增加30%，從而導致具有較高溫度和較高壓力的鍋爐水排放量超過6%，因此應該將蒸汽鍋爐自動排污以及人工測定溶解固形物的方式有效結合，保證各項系統功能正常運行，這樣才能使蒸汽鍋爐排污節能控制效果達到最佳狀態。

3 結束語

對蒸汽鍋爐排污的最優節能控制措施詳細分析和系統性研究。作為蒸汽鍋爐排污的最優節能控制措施，不僅應該結合先進的技術理念以及科學的技術措施，而且必須具備比較明顯的節能效果、節水效果。在此基礎上，將各種回收排污水余熱的措施結合其中，能夠使一臺6.08MPa，流量77t的次高壓鍋爐具有的熱效率提高。不僅如此，通過對蒸汽鍋爐排污措施的節能控制，能夠有效降低對水資源的利用，減少對水資源的處理費用，真正實現節能減排。