燃气锅炉烟气冷凝水回收利用分析

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/ki.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：

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。

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

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[4] 水处理设备技术条件（JB/T 2932-1999）[S].

[5] 工业锅炉水质（GB/T 1576-2008）[S].

[6] 污水再生利用工程设计规范（GB 50335-2002）[S].