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摘要：随着生产的发展，锅炉设备日益广泛地应用于现代工业的各个部门，成为国民经济的重要热工设备之一。现在，能源短缺问题成为一个全球重视的问题，这就需要通过节能措施，以提高能源的有效利用率，有效地弥补能源供应方面的缺口，是一个迫切的任务。本文从锅炉水垢与耗能的关系、排污率的计算及其与耗能的关系、排污余热利用、给水预处理、提高排污效果等几方面进行了探讨，目的是把排污问题作为锅炉水质管理的一个重要环节，引起有关运行操作管理人员的高度重视。
关键词：水垢；锅炉排污；排污率；余热利用；耗能
1 前言
工业锅炉是我国耗能最多的设备之一，每年消耗的能源约占整个国家能源消耗的三分之一。而工业锅炉耗能是为了生产二次能源——蒸汽或热水。锅炉热效率的高低，直接影响锅炉的燃料消耗量。本人多年从事锅炉水处理的监检工作，发现目前相当数量的低压锅炉的排污存在不同程度的盲目性：有的排污量不足，达不到调节锅水有关质量指标的作用，导致锅炉结垢或腐蚀，因而造成能耗高和锅炉受热面事故；有的则排污量过大，造成热量和软水的大量损失，同样增加锅炉能耗，降低锅炉热效率。故在此探讨一下锅炉的合理排污与节能的密切关系，并简单介绍了排污量的计算方法及其控制措施，以及排污水热能的利用价值。
2 锅炉水垢的形成与耗能
2．1 锅炉水垢的形成
（1）受热分解
含有暂时硬度的水进入锅炉后，在加热过程中，一些钙镁盐类受热分解，从溶于水的物质转变成难溶于水的物质，附着于锅炉金属表面上结为水垢，钙和镁盐类分解如下：
Ca（HC03）2 →CaC03 ↓ +H2O+C02↑
Mg（HCO）2→MgC03+H2O+C02↑
MgC03+H2O → Mg（OH）2↓+ C02↑
（2）相互反应
给水中原溶解度较大的盐类和锅水中其他盐类、碱反应后，生成难溶于水的化合物，从而结生水垢。一些盐和碱相互反应如下：
Ca（HC03）2+2NaOH=CaC03 ↓ +NaC03+H20
CaCl 2+Na2C03=CaC03↓+2NaCl
（3）水渣转化
当锅内水渣过多时，而且又粘，如 Mg（OH）2 和 Mg3（P04）2等，如果排污不及时，很容易由泥渣转化为水垢。
2．2 水垢与耗能的关系
水垢的导热系数约1.2w/m•℃，而钢板的导热系数约48w/m•℃，则1mm厚的水垢热阻相当于40mm厚的钢板热阻，水垢不仅影响传热，几毫米厚的水垢会使传热量下降一半，而且金属计算壁温随着水垢加厚而明显升高。因此水垢能使热负荷高的锅筒下部过热鼓包，水冷壁管变形、爆管，还会形成垢下腐蚀，降低受压元件的强度，严重影响锅炉的安全运行；同时由于水垢影响传热会大量浪费燃料，水垢的厚度与燃料损失对比如下表1。
表1 水垢的厚度与燃料损失对比
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以佛山市里水镇某造纸厂为例，对于一台10t/h锅炉，燃用天然气，燃料消耗量约75m3/h·t。如果积有1 mm厚的水垢，则浪费燃料75m3/ h·t×1h×10t/h×2.2%=16.5 m3/h，全年运行5000小时，则浪费5000×16.5 m3/h = 82500 m3天然气，以天然气1 m3=3.7元计算，经济损失82500×3.7=30525元。因此，为了防止锅炉在运行过程中结垢，就必须进行给水预处理、合理的锅内加药及排污工作。
3 锅炉排污率对锅炉运行燃料利用率的影响及其与耗能的关系
3．1锅炉热效率和锅炉运行燃料利用率的关系
锅炉热效率是指每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，锅炉热效率的高低，直接影响锅炉的燃料消耗量，为简化分析，本文以饱和蒸汽锅炉作为分析对象，并假定无其它用热。蒸汽锅炉热效率可以用下式表示：
ŋ =〔Dbq（i bq - i gs）+ Dps（i ps - i gs）〕/ B Qr ---（1）
式中：ŋ ---锅炉热效率，％；Qr---燃料的低位发热值量，kJ／Nm3；
B ---锅炉实际燃料消耗量，Nm3／h；
Dbq ---过热蒸汽、饱和蒸汽量，kg／h；
Dps ---锅炉机组排污量，kg／h；
i bq---过热蒸汽、饱和蒸汽焓，kj／kg；
i gs ---锅炉机组入口给水焓，kj／kg；
i ps ---锅炉机组排污水焓，kj／kg；
从（1）式中可以看出，锅炉的排污热损失被计入了锅炉机组的有效利用热量中，尽管在锅炉房中有时也采取一些利用排污热损失的措施，但均属于二次利用。为真正反映锅炉运行时燃料的利用情况，可用下式表示：
ŋ’= Dbq（i bq- i gs）/ B Qr --------------------（2）
定义 ŋ’为锅炉运行燃料利用率。
从（1）和（2）式可以得出锅炉热效率和锅炉运行燃料利用率的关系，见下式，两者成正比关系。
ŋ’=（i bq- i gs）/〔i bq- i gs+ p（i ps - i gs）〕 = n ŋ --（3）
3．2锅炉排污率对锅炉运行燃料利用率的影响分析
式（3）中 p为排污率，定义n为排污系数，从式中可以看出n是一个不大于1的数，它与蒸汽锅炉的给水以及炉水的焓值和排污率有关，而焓值是与锅炉运行压力有关，n值的大小决定了锅炉运行燃料利用率的高低，n值越大，锅炉运行燃料利用率越高。排污系数n对锅炉运行燃料利用率的影响程度如何，就可以通过分析不同压力下排污率对n值的影响大小来决定。在同一运行压力下，排污系数n值随排污率的增大而减小，在排污率相同时，运行压力越高，排污系数n越小。由于运行压力是受用户用汽性质决定的，所以应通过降低锅炉的排污率，来提高锅炉运行燃料利用率，节约能源消耗。
3．3锅炉排污率的计算及其与耗能的关系
排污量的大小，和给水的品质直接有关。给水的碱度及含盐量越大，锅炉所需要的排污量愈多。
锅炉排污的指标用排污率表示，排污率即排污水量（Q污）占锅炉蒸发量（Q汽）的百分数。如下式表示：P = Q污/Q汽 ×100 %
当锅炉水质稳定时，根据物量平衡的关系可知，某物质随给水带入炉内的量等于排污水排掉的量与饱和蒸汽带走的量之和。则
（Q污＋Q汽）×S给=Q汽×S汽＋Q污×S污
式中S给、S汽、S污分别表示给水中、饱和蒸汽中、排污水中某物质的含量，式中的S值可以按含盐量，也可按某一组分（如碱度、氯离子）的含量来计算。则
P = Q污/Q汽=（S给－S汽）/（S污－S给）×100 %
由于测定氯离子比较方便，且氯离子与含盐量有较固定的比例关系，通常用氯离子代替含盐量来计算锅炉排污率，则：
P =（S给－S汽）/（S污－S给）=（CL－给－CL－汽）/（CL－污－CL－给）
式中CL－给、CL－污、CL－汽分别表示给水中、排污水中、饱和蒸汽中氯离子的含量，而排污水就是锅水，因而S污=S锅炉水，CL－污=CL－锅炉水。式中S锅炉水、CL－锅炉水分别表示锅水中某物质的含量、氯离子的含量。
对于容量较大的锅炉，由于其汽水分离装置效果好，蒸汽的湿度很小。这样饱和蒸汽中的含盐量远远低于给水中的含盐量，所以在这类锅炉的排污率计算中均可以忽略蒸汽中的含盐量，即
P = S给/（S污－S给）=CL－给/（CL－污－CL－给）×100 %
对于大多数工业锅炉，特别是汽包容积小，汽水分离装置简单，饱和蒸汽的带水量较大的锅炉，蒸汽湿度常在3%左右，（这个值与排污率控制在5%~10%的范围比较，已经是不算低了）这种条件下计算锅炉排污率时不能忽略蒸汽中的含盐量。因为
P =（CL－给－CL－汽）/（CL－污－CL－给）
= CL－给/（CL－污－CL－给）－ CL－汽/（CL－污－CL－给）
< CL－给/（CL－污－CL－给）－CL－汽/CL－污
这里CL－汽/CL－污为蒸汽湿度。可见，如果忽略了蒸汽中的含盐量，则计算所得的排污率将偏大（差值大于蒸汽湿度）。据有关资料介绍，工业锅炉的排污率每增大1%，一般来讲燃料的消耗量就增加0.3%。
同样以佛山市里水镇某造纸厂为例，对于一台10t/h锅炉，燃用天然气，燃料消耗量约75m3/h·t。蒸汽湿度取3%，如果排污率计算中忽略了蒸汽中的含盐量，则排污率的计算值就至少增大了3%（湿度值），相应地燃料的消耗量就增加了0.9%，每小时浪费燃料75m3/h×0.9%=0.675m3，全年运行5000小时，则浪费5000×0.675=3375m3。
=6.435吨重油。
4 控制措施
4．1 搞好水处理以降低排污率，使锅炉水质符合标准要求
首先应选择低含盐量、低硬度、低碱度的源水，然后选择投入小、与给水水质状况相适宜的水处理工艺设计，一些常用的水处理方式均可有针对性地降低水中的碱度和硬度或溶解固形物等，如电渗析水处理技术，H-OH一级除盐水处理工艺，H-Na离子交换水处理工艺，铵一钠离子交换系统等，运行中根据锅炉给水中的溶解固形物和碱度的含量，分析其影响大小，并采取合理的水处理方式。
4．2 排污水热能的利用
（1）利用排污膨胀器回收热能。将锅炉连续排污的锅水，接入排污膨胀器，由于锅水从锅炉中的压力值下跌到0．15～ 0．2MPa。排污水便有一部分变为二次蒸汽，可以引入热力除氧罐。补充热力除氧所需要的蒸汽；也可以引入软水箱加热锅炉给水。而膨胀器中的热水再经表面式热交换器，加热冷水。大部分热量得到回收。
（2）利用给水加热器回收热能。连续排污水直接引进表面式热交换器，把软水箱软水经热交换器加热后再送进锅炉。然后视排污水的出水温度情况，将排污水送出至供热采暖系统，可另设旁路管道以利于排污和向锅炉正常进水。
（3）供生活需热的热源。在冬天室内取暖，可以利用排污水通至暖汽片中，代替蒸汽或热水取暖，尤其在锅炉房及附近车间或工作场所。采用排污水取暖更为方便。夏天可以通过预热器把自来水加热后，供浴室使用。
下面是排污热量的回收利用的实例：
仍以一台10t/h锅炉为例，计算一下排污热量。锅炉参数为：燃用天然气，工作压力1.25Mpa，连续排污率取4%，排污水经热交换器后温度降至40℃。所回收的热量折合成煤量可按下式计算：
B = DP（iˊ－ib）/ Q
式中 B ---折合节约天然气量，m3/h
D ---锅炉额定蒸发量，kg/h
P ---排污率，%
iˊ---排污水初始热值，kj/kg（查表得822.5kj/kg）
ib ---排污水温为40℃时的热值，kj/kg（查表得167kj/kg）
Q天然气---天然气热值，kj /m3（查表得35588 kj /m3）
代入上式得
B=10000×4%（822.5－167）/35588=7.37 m3/h
即每小时节约天然气7.37m3，若以全年运行5000小时计算，则一年可节约天然气约5000×7.37=36850m3。
5 结论
要降低锅炉的排污率，就必须对锅炉的给水品质进行控制，在满足规范要求的前提下，尽量降低锅炉给水中溶解固形物和碱度的含量；为了降低锅炉给水中溶解固形物和碱度的含量，就必须采取合理的水处理方式，设计、制造、安装、使用单位必须重视锅炉排污问题，深刻理解排污的意义，掌握排污量的大小，正确操作使用排污装置，通过正确合理的排污排掉炉水中的杂质、泥污、水垢，控制锅水的碱度及含盐量，使炉水水质符合国家标准，保证了受热面的清洁，满足了合格的蒸汽品质要求，延长了锅炉的使用寿命，排污余热得到充分利用。这有利于确保锅炉在经济的条件下安全、可靠、长期地运行，减少不必要的损失，达到节约能源的目的。
参考文献：
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[5]同济大学，湖南大学，重庆建筑工程学院.锅炉及锅炉房设备[M].中国建筑工业出版社，1988