排污余热利用器的现代研究

摘 要 蒸汽锅炉连续排污水温度高容易结垢，大量高温排污水未经余热利用排入污水管道，作者设计了具有振动阻垢功能的排污换热器，将锅炉排污水引至排污换热器，通过振动阻垢和充分换热，将热量传递到锅炉补水箱的软化水，实现蒸汽锅炉排污水的余热利用目的。

关键词 排污换热器；振动阻垢；余热利用

Abstract High steam boiler continuous sewage temperature easy to scale. A large number of high temperature discharge sewage is discharged into the sewage pipe without waste heat.The author has designed a special structure of Blow-down sewage of heat exchanger. The boiler discharge is sewerage to the discharge heat exchanger， through vibration anti-scaling and heat exchange， The heat transfer of heat to the softening water of the boiler water tank can be used to realize the waste heat utilization of the steam boiler.

Keywords Blow-down sewage of heat exchanger； Vibration anti-scaling； Waste heat utilization

前言

目前蒸汽鍋炉的排污水中主要是连续排污，排出汽包中汽水界面的高盐分和硅物质的水，虽然经过排污膨胀罐，有一部分蒸汽被利用，但是大量高温水夹杂少量蒸汽排入沉淀池进行沉淀后排到市政污水管道中，造成大量余热被白白排放。

1 目前排污余热利用概况

为了利用蒸汽锅炉排污水中的余热，有的大型蒸汽锅炉使用换热器对排污水进行换热，大部分结垢、堵塞要定期拆卸、清理十分麻烦。因为蒸汽锅炉排污水量并不太大，排出的水蒸气比较烟气中有毒的氮氧化物、硫氧化物危害小，没有引起相关部门的重视没有专用的排污换热器。

1.1 蒸汽锅炉排污的概念

为了控制锅炉锅水的水质防止锅炉结垢，需要从锅炉中不断地排除含盐、碱较大的炉水和沉淀的水渣、污泥、松散状沉淀物，这个过程就是锅炉排污。排污方式分连续排污和定期排污。连续排污又称表面排污要求连续不断地从炉水盐碱浓度最高部位排出部分炉水，以减少炉水中含盐、碱量，含硅酸量及处于悬浮状态的水渣含量。定期排污主要排除炉内水渣及污泥等沉淀物，小型锅炉只装设定期排污。

1.2 以前公司排污余热利用情况

以前的蒸汽锅炉排污水的工艺流程是：蒸汽锅炉连续排污水经过排污膨胀罐（扩容器）上部分离出一部分蒸汽，下部排污水排到排污沉淀池，流入市政污水管道。集中供热站以前有排污换热器因为结垢堵塞已经拆除，1#站的2台10t/h燃气蒸汽锅炉就没有设计排污换热器。每年停暖季时运行245天，供汽平均负荷10 t/h ，排污量占10%，排污量1t/h，根据水放热量公式： Q=Gc（t1-t2） （1）

G—流量，kg/s

c—水的质量比热，4.2kj/kg. ℃，

t1、t2—水流经换热器前、后温度，℃。

根据公式（1）按照98℃的排污水冷却到40℃，每年蒸汽锅炉运行245天排放热量1427.87GJ，按照供暖热价100元/GJ，每年可回收热量价值142787元。如使用普通换热器需要定期拆开清洗费用非常高，会增加锅炉排污的阻力。

1.3 新型排污余热利用器结构特点

为了解决排污水的结垢问题。我们查阅资料发现在目前的换热器中浮动盘管换热器是阻垢效果最好的，它是通过蒸汽流动使盘管振动，盘管表面不容易结垢。我们认为排污换热器需要外加振动源。采用卧式槽内流动结构阻力小，便于外加振动源，内部采用弹簧支撑结构便于振动传导，采用表面光滑的不锈钢波纹管作为换热管传热系数更高[1]。具体如图1：

2 排污余热利用器的使用效果分析

通常蒸汽锅炉排污水经过排污膨胀罐（扩容器）进入排污沉淀池，排污水进入污水管道温度在95℃左右。使用了排污余热利用器后，进入污水管道的排污水温度明显降低。我们对余热利用情况，不同振动频率的结垢情况，流动情况进行了试验。

2.1 排污余热利用器回收热量分析

我们使用高精度的温度传感器对排污水、冷却水进出口温度进行准确测量，使用便携式超声波流量计对冷却水流量进行测量，根据水放热量公式Q=Gc（t1-t2）（1）将测量数据填入下表1、。

可以看出：随着流量增加回收热负荷量增加明显，因此下一步是增加流量提高余热回收量。

2.2 振动电机对排污余热利用器结垢的影响

对比浮动盘管换热器的几秒一次振动，我们采用的晶体管触发电路振动电机，能实现10个档位，0-5000rpm转速调节，最大振动频率83赫兹，我们分别在振动电机调速器不同挡位下试验48小时，发现在3挡下排污余热利用器的主要换热元件上没有结垢，换热管正常没有泄露。排污水中有白色沉淀物在排污换热器底部沉积，流动正常。

2.3 稳定流量情况下排污余热利用器内换热管传热系数计算

为了对排污余利用器的效果进行评估，就必须对核心换热元件不锈钢波纹管的传热系数进行测算。不锈钢波纹管有波纹处管径为大径用D1表示，没有波纹处为小径用D2表示，波的宽度与没有波的宽度近似相等用H表示。则每米长度波纹管面积S可表示为如下公式：

D1—不锈钢波纹管的波纹处管径

D2—不锈钢波纹管没有波纹处管径

H—波的宽度与没有波的宽度近似相等

将我们使用的不锈钢波纹管径D1=0.025，D2=0.02，H=0.002，计算得出每米长度波纹管面积S=0.159平方米。排污余热利用器使用的不锈钢波纹管共60米，总换热面积是9.54平方米。

根据传热系数计算公式： K=Q/AΔtm （3）

其中Q—传热负荷，KW；

将测试参数带入公式（4）、（3）得出波纹管的传热系数是115.19W/M2. ℃，目前传热系数不高主要是因为流速较低，可改进为大口径软接头代替铝塑管解决流量问题。根据传热理论对流传热系数与雷诺数Re=的n次方成正比，同一种流体流速越快，雷诺数越大，可通过增加流速提高传热系数[2]。

3 排污余热利用器经济性分析

排污余热利用器阻垢换热效果明显，已获得国家专利局实用新型专利，专利号：ZL201621094484.1。我们对排污余热利用器的成本进行分析，具体如下表2：

运行费用：余热回收水泵耗电0.55度电/小时，振动电机实际耗电0.00672度电/小时，工业用电价格1元/度，运行费用0.56元/小时。运行收益：根据回收水流量1.2t/h，进水温度37℃，出水温度66℃，回收热量0.1457GJ/小时，供暖热价100元/GJ，运行收益14.57元/小时，运行每小时净利润14.01元。只需运行568.5小时折合24天就可收回成本[3]。

4 结束语

通过使用新型排污余热利用器能够很好地解决排污水结垢的问题，有效降低排污水温度不仅降低了温室气体水蒸气的排放，还有效利用了余热用于加热锅炉补水箱内的水，节能效果明显。

参考文献

[1] 贺平，孙刚.供热工程，（新一版）[M].北京：中国建筑工业出版社，1993：78-79.

[2] 杨世铭，陶文铨.传热学 第三版[M].北京：高等教育出版社，1998：59-63.

[3] 吴金星，韩东方，曹海亮.高效换热器及其节能应用[M].北京：化学工业出版社，2009：113.

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