锅炉排污扩容器设计计算及排污系统优化

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1、锅炉排污扩容器设计计算及排污系统优化10?热机技术第3期2006年8月锅炉排污扩容器设计计算及排污系统优化 江苏省电力设计院李威 内容提要本文针对锅炉排污系统经常出现定期排污扩容器超压及排汽带水现 象,通过采用两种不同的设计标 准结合实例进行扩容器设计计算,并根据对电厂调研情况的分析,找出问题根本所 在,最后对排污系统设计提出优化建 议,希望能为今后锅炉排污系统设计和运行提供借鉴.关键词锅炉排污系统扩容器1 锅炉排污系统简述 从锅炉蒸发段排出含盐分及杂质较多的炉 水,经扩容器和热交换器（或只经过扩容器）回收 部分工质和热量,最后排人下水道或其它出处的 管道系统称为锅炉排污系统.排污可分为连续排

2、污和定期排污两种.主 要用于自然循环和辅助循环的锅筒锅炉上.在 蒸发段出口设分离器的早期直流锅炉上也曾进 行排污,从分离器下部引出排污水.随着给水品 质提高,现代直流锅炉在正常运行时已不再进行 排污.去图1 锅筒锅炉排污系统图2 排污系统存在的主要问题设置排污系统的主要目的是满足锅炉排污 的需要,确保汽水品质,但排污就意味着工质和 热量的损失,因此尽可能的回收工质和热量也是 排污系统主要的任务.为了降低排污水压力以 便更好的回收工质和热量,除在系统管路中设置 截流孔板和减压阀以外还需在排污系统中设置 排污扩容器.因此作为排污系统中的一个重要 组成部分一排污扩容器,其选择设计就尤为重 要.曾有设

3、计院对国内几家有代表性的 300MW 和 600MW 机组燃煤电厂的锅炉排污系统进行过 调研,发现存在与定期排污扩容器连接的管道法 兰垫片经常吹开,引起泄漏,定期排污扩容器 排汽带水等现象.由于排汽携带大量的湿蒸汽 和汽雾状的水滴被锅炉的一次风机和送风机吸 风口吸人,对锅炉制粉系统的设备和管路等造成 不良影响.有的电厂采用在排汽管上加装汽水 分离器的措施来解决,结果使得排汽不畅,定排 超压,严重时造成了汽水分离器爆炸. 造成以上问题的发生,除了有一定的电厂实 际运行过程中不恰当操作的原因（如经常开启水 冷壁下联箱或下降管上的锅炉放水门来保证锅 炉炉水品质,造成大量汽水进人定期排污扩容 器）以外

4、,究其根本还是定期排污扩容器容量及 尺寸选择不当造成的.第3期2006年 8月热机技术3 排污扩容器容量计算 对于国产引进型锅炉,由于采用引进技术制 造,排污系统设计均采用同一规范(美国依巴斯公 司标准 MNE-83,MNE-85),即连续排污扩容器 容量按锅炉最大连续蒸发量(BMCR)的2,内部 断面蒸汽流速按不大于 1.22m/s 设计;定期排污 扩容器容量按锅炉最大连续蒸发量()的 3,内部断面蒸汽流速按不大于 2.44m/s 设计. 但实际按此标准计算选择的定期排污扩容器却 普遍存在超压或排汽带水现象,这是为什么呢? 我们不妨以我院设计的扬州电厂四期工程(2X 300MW 机组)为例,

5、按此标准对锅炉定期排污扩 容器进行选择计算.3.1 典型的通到定期排污扩容器的疏水有以下 几种:a. 在投入商业性运行以前的煮炉和烘炉过 程中,从锅炉放水联箱来的周期性放水.b. 正常运行时，从连续排污扩容器来的排污水.c 从连续排污扩容器的旁路管道来的临时排污.d. 汽包锅炉的汽包紧急放水管道.e. 其它设备的疏放水,视系统的设计而定. 注:在正常运行时,不应开启锅炉放水联箱 的放水门,因为这样可能会影响炉水的循环,并 伴随着损坏炉管的危险.由于在定期排污扩容器中的扩容蒸汽是通 往大气的,所以只能允许释放到周围环境中去的 流体才可以引入扩容器.3.2 一般设计导则a. 定期排污扩容器中释放的

6、扩容蒸汽量释放的扩容蒸汽量可按下式求得:mf=m 而 hL-hf式中Inf排往大气的扩容蒸汽,t/h;mIJ从热水源来的排污水量,t/h;h对应于水源压力饱和水的焓值,/kg;ht在定期排污扩容器中对应于在扩容蒸 汽压力下的饱和水的焓值,KJ/kg;Hf对应于扩容蒸汽压力下饱和蒸汽的 焓值,KJ/kg;b. 扩容蒸汽的上升速度V 在定期排污扩容器中,扩容蒸汽离开容器中 分离面(即容器中的汽水接触面)的最大允许上 升速度为8英尺/秒(2.44m/s).巳分离表面在定期连续排污扩容器中,分离表面的最小 面积可按下式确定:A 一其中A最小分离面积,m2;m2排往大气的扩容蒸汽,t/h;扩容蒸汽的比容

7、,m3/kg;V扩容蒸汽的最大容许上升速度，取2.44m/s;d.扩容器的结构参数 定排扩容器水平布置时,分离面积为:ADXL式中扩容器的直径,m;I 一扩容器长度,m;定排扩容器立式布置时,扩容器的内径按下式计算:D 一Q其中扩容器的内径,m;A扩容器的分离面积,m2;e. 扩容器的工作压力应等于大气压力,排出管道中的流体静压头, 排汽管道中的阻力损失与出口动压头损失之和.排汽管道的尺寸选则应使压力损失尽可能 地小.在设计工况下,通过排汽管道的总压力损 失按接1.5磅/英寸(O.OllMPa)考虑是适当的.f. 扩容器的工作温度取锅炉汽包压力下的饱和温度.12?热机技术第3期2006年8月3

8、.3 扬州电厂四期工程扩容器设计原始数据 该工程配备东方锅炉厂生产的 1036t/h 亚 临界参数自然循环汽包炉过热器出口蒸汽流量:Ql1O36t/h汽包运行压力:Pa 一 18.7Mpa.a汽包运行压力下饱平时始:h=1764.789/kg定排运行压力:P3 O.llMpa.a运行压力下饱和水焓:h3=428.84K/kg 定排运行压力下饱和汽焓:53=2679.61KJ/kg 定排扩容蒸汽比容:Vd 1.549244522m3/kg 定排蒸汽蒸发速度Vd:按依巴斯标准取为8 英尺/秒,即 2.44m/s排污量Q5:考虑连排旁路进定排，连续排污2 加定期排污 3,定排接收的锅炉最大排污量为

9、5，Q551.8t/h3.4 定排扩容器最小分离面积定排排污扩容器放出的扩容蒸汽量Q6Q6 一 Q5一 51.8 X (1764.789428.84)/(2679.61428.84) 30.75t/h分离面积:(30.75X1.549244522)/(3.6X2.44)一 5.42mz3.5 扬州电厂四期工程定排实际选用尺寸扬州定排扩容器水平布置，简体内壁直径2m,直段长度4.084m,总长5.235m,工作容积12m 3,全容积15ms，分离面积为：ADXL 一 2 X 48mz(按直段长度较保守计算)式中A扩容器分离面的面积,m2;扩容器的直径,m;L扩容器长度,m;可见扬州工程实际选用定

10、排扩容器分离面 积 A 已明显大于计算最小分离面积,满足依 巴斯公司标准关于扩容蒸汽离开容器中分离面 的最大允许上升速度 2.44m/s 的要求.但实际 扬州工程在工程调试和启动过程中,同样出现一 定程度的定排排汽带水现象,定排排汽区域如降 小雨,所幸投运期不是在冬季,否则还将引起地 面较大范围结冰,影响运行维护安全.由此看来 按依巴斯公司标准选择的定排扩容器偏小了一 点.八、在此我们不妨换种计算标准来验算一下按 依巴斯公司标准选定的扩容器是否偏小,我们按 照原苏联推荐的按扩容器容积蒸发强度要求(即 单位汽室体积允许发生的蒸汽量为:定排 2000 3000m3/(h?m3);连排 800100

11、0m3/(h?m3) 计算所需定排容积,计算容积为(考虑 3O 水容 积):Vd 一(1+0.3)-(30.75X1.549244522)/2 X 1.3:=31m3可见扬州工程选用的实际定排全容积 15m3明显小于计算容积Va,并不能满足原苏联推荐的定排扩容器容积蒸发强度的要求.根据国内某 设计院对东北地区几家电厂调研的情况看,同样 是 300MW 机组的双辽发电厂, 铁岭发电厂共八 台锅炉均配置15m3的卧式园筒型定期排污扩容 器,同样发生较严重的定排排汽带水现象.而哈 尔滨第三发电厂3,4 号机组及元宝山发电厂三 期的锅炉,按依巴斯公司标准所推荐的蒸汽离开 液面速度2.44m/s选用DP

12、 一 11.3型定排扩容 器（容积为11.3m3）即可满足要求，但实际也发生 定排超压及排汽带水,后通过把定排扩容器容积 扩大到19.54m3或再增加一台DP 一 11.3型定排 扩容器的方法才得到改善.第3期2006年 8月热机技术?1 3?表 1 各电厂定期排污扩容器规范机组容量每台机内径直段长度容积电厂名称机组台数定排型式MW 定排数量 mmmmm3扬州发电厂四期30021卧式园筒2000400015双辽发电厂30041卧式园筒1800550015铁岭发电厂30041卧式园筒1800550015哈尔滨第三发电厂#3机组60011卧式园筒1500585011-3 哈尔滨第三发电厂#4机组6

13、0011卧式园筒1800800019.54 元宝山发电厂三期60022卧式园筒11-34 结论我们至此可以推断，产生定期排污扩容器超 压及排汽带水现象的主要原因是定排容积选择 偏小.美国依巴斯公司标准考虑扩容器设计的 关健参数是扩容蒸汽离开分离面的最大允许速 度,该速度能保持或低于1.22m/s，则蒸汽中携带 的水滴杂质等是最小的,对连排设计就选用了该推 荐值,但对定排设计考虑这种场合下蒸汽污染不是 关键,所以取用了该推荐值的两倍2.442m/s，可见 推荐的定排内部断面蒸汽流速应该是上限.而 按原苏联标准推荐扩容器容积蒸发强度 2000m3/ (h?m 3)选择定排容积，一般不会造成超压和排

14、 汽带水,但原苏联标准偏于保守,选择的扩容器 容积偏大,不经济.通过以上两种计算方法的对 比和对几家电厂的实际选用定排容量及运行情 况的分析,建议在进行定排选择设计时,可先按 依巴斯公司标准MNE 83确定扩容器尺寸，再 按原苏联标准(容积蒸发强度可取 3000m3/(h? m3)校核扩容器有效汽容积，最终确定扩容器容 积.5 排污系统设计及运行的优化建议按照美国CE公司的经验及当时自动化的水 平，原引进技术中并没有锅炉汽包紧急放水管 道.但锅炉制造厂在国产化的系统图中，按照以 往的习惯和蒸汽锅炉安全技术监察规程规定 增加了紧急放水，而紧急放水的量是多少又提不 出具体数据，但其管道公称直径却定

15、为 DN100. 按此DN100的通流面积计算，在临界流动下的放 水量是相当大的，如果以此计算定期排污扩容器 的容积也是相当大的，是不经济的.设计时，只 能在定期排污扩容器人口处装设节流孔板限制 流量，以正常运行工况扩容器接受的排水量先选 定的定期排污扩容的容积，反算节流孔板的通 径，以免排水量过大，危机定期排污扩容器的安 全，并且计算后的限制流量应得道锅炉厂的认 可. 再考虑锅炉紧急放水的限流措施,并按以上 推荐的方法计算选型并适当放大留有一定余量 的情况下,还可以在系统设计时采取以下优化措 施:提高定排进水口接口处法兰的压力等级,按火力发电厂汽水管道设计技术规定(DL/ T50541996)中规定锅炉排污管道排污阀门后 管道设计压力,在锅炉压力大于 10.301MPa 时 取6.2MPa;为便于监视定排内部压力,设计时 可加装就地压力表;加大排汽管道管径,在考虑 加大定排容量的同时可将原DN500排汽管道改 为DN600,以防止定排超压;排污扩容器尽量布 置在两炉外侧靠炉后,同时排汽管尽量引向高处 并指向空旷处,减少排汽对周围建筑物和设备的 影响;为近一步减少排汽带水及排汽噪音对周围 的影响,还可考虑在排汽管上加装汽