余熱鍋爐用脫鹽水水質提升實踐

畢君芝

（云南三環中化化肥有限公司，云南昆明650113）

云南三環中化化肥有限公司（以下簡稱三環中化）目前已建成2套年產800 kt/a硫磺制酸裝置，生產能力為1 600 kt/a，采用“3+1”二轉二吸生產工藝，配套建有2臺額定壓力3.82 MPa、產汽量120 t/h的余熱鍋爐，2臺額定壓力1.0 MPa、產汽量45 t/h的低溫位余熱鍋爐，2臺額定發電量15 MW的抽凝發電機組及2臺進汽量約60 t/h的背壓汽輪機拖動的KKK風機。余熱鍋爐回收硫磺燃燒的熱量副產蒸汽，所用脫鹽水由公司脫鹽水工序采用自清洗過濾器+UF超濾＋RO反滲透＋混床制水工藝供給，不足部分由磷酸濃縮蒸汽冷凝水、余熱電站蒸汽冷凝水補充。余熱鍋爐運行14年以來，因脫鹽水水質問題已直接影響到余熱鍋爐及透平機的安全運行，三環中化決定對影響脫鹽水水質的因素進行分析，并提出解決措施。

1 脫鹽水水質問題分析

1.1 原水水質下降

三環中化現有脫鹽水站產水水質下降的主要原因為：原水水質下降，UF超濾前無預處理工藝，導致水中的懸浮物、膠體、微生物和其他雜質附著于超濾膜表面使濾膜受到污染[1]。由于超濾膜水通量比較大，被截留的雜質在膜表面上的濃度迅速增大，產生所謂“濃度極化”現象，嚴重時一些較細小的微粒會進入膜孔內而堵塞水通道。此外，水中微生物及其新陳代謝產物生成黏性物質也會附著在膜表面，導致超濾膜透水率下降以及分離性能惡化，同時對超濾供水溫度、pH值和濃度等也有一定程度的影響。在實際運行中，特別是在夏季和秋季，隨著溫度的變化超濾膜的透水率變化幅度高達50%以上。因此，需要對超濾供水進行適當的預處理以調整水質。

1.2 磷酸濃縮蒸汽冷凝水水質不合格

Ⅰ期余熱鍋爐的給水來自脫鹽水和磷酸濃縮蒸汽冷凝水，而磷酸濃縮蒸汽冷凝水的水質控制僅有電導率指標。2020年隨機取樣分析的脫鹽水、磷酸濃縮蒸汽冷凝水、Ⅰ期余熱鍋爐給水和Ⅰ期余熱鍋爐過熱蒸汽水質數據見表1。

表1 2020年水質隨機取樣分析數據

由表1可以看出：脫鹽水中SiO2超標；Ⅰ期余熱鍋爐給水中SiO2、溶解氧超標；蒸汽中Na+、SiO2、Fe3+超標；磷酸濃縮蒸汽冷凝水中PO43-、硬度超標。從給水到形成蒸汽的過程來看，由于石墨換熱器滲漏未能及時發現，使磷酸濃縮蒸汽冷凝回水未經處理直接回收進入除氧器后并入余熱鍋爐給水，進而污染余熱鍋爐給水的水質。

1.3 除氧能力差異導致給水氧含量超標

三環中化使用2臺大氣旋膜式除氧器，供2臺余熱鍋爐除氧。因兩臺除氧器設計時考慮的條件不一致，導致兩臺鍋爐對應配置的除氧器除氧能力不一致。除氧器除氧能力的差異導致余熱鍋爐給水氧含量超標，分析其原因主要有：

1） 除氧器的水箱液位控制不當[2]。日常操作中，兩臺除氧器的水箱液位控制指標存在差異，1#除氧器控制在60%～70%，2#除氧器控制在65%～70%，而在實際工作中，2#除氧器的水箱液位控制在70%～73%，導致除氧器的水處理量下降，除氧水氧含量超標。

2）混床的陰陽樹脂顆粒堵塞除氧器管道[3]。除氧器將脫鹽水作為補給水，在混床的長期運行過程中，部分損壞的陰陽樹脂顆粒隨脫鹽水進入除氧器，經蒸汽加熱溶解后吸附在除氧器旋膜器上形成樹脂膜，堵塞除氧器進水管或蒸汽入口管，使管道有效輸送面積降低，除氧器內的汽水得不到充分交換，從而影響除氧效果。

3）受市場因素及2019年鍋爐爆管檢修的影響，生產負荷頻繁調整，影響除氧器的進水量，蒸汽量也隨之進行相應調整，導致除氧指標不斷波動。

4）除氧器的除氧頭填料散落。除氧器長期處于高負荷運轉，三環中化疏于對除氧器內件的徹底檢查，2020年5月檢修時發現新除氧器的除氧頭填料散落，但因停車時間較短未做處理，因而也會影響除氧器的除氧能力。

1.4 未按火力發電機組水汽質量標準進行把控

三環中化余熱鍋爐按照工業鍋爐設計，水質按滿足GB/T 1576—2018《工業鍋爐水質》的要求進行監控。GB/T 1576—2018適用于額定出口蒸汽壓力小于3.8 MPa，且以水為介質的固定式蒸汽鍋爐、汽水兩用鍋爐和熱水鍋爐，而GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》適用于主蒸汽壓力不低于3.8 MPa的火力發電機組及蒸汽動力設備，對脫鹽水、鍋爐給水、凝結水、蒸汽的質量有明確要求。三環中化主蒸汽壓力一般為3.82 MPa，因此應該按照GB/T 12145—2016的規定進行鍋爐水質質量控制。

1.5 鍋爐排污不徹底導致有害物質累積

脫鹽水通過吸收高溫煙氣的熱量形成蒸汽，蒸汽經過透平減壓后供給各用汽點回收熱量，同時形成的蒸汽冷凝水又與新鮮脫鹽水一同進入鍋爐再次形成蒸汽。其中作為蒸汽冷凝水的部分始終在蒸汽形成與冷凝過程中進行循環，未能利用排污環節及時排出其中的有害物質，導致有害物質在蒸汽中不斷累積，加劇了蒸汽品質的降低。

2 解決措施

2.1 增加原水預處理措施

常用的原水預處理主要有混凝沉淀、多介質過濾、活性炭過濾、微濾等工藝，其中多介質過濾工藝是利用兩種及以上的過濾介質，在一定壓力下，使濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非顆粒材料，從而有效地除去懸浮雜質使水澄清的過程。三環中化的多介質過濾器常用的濾料有石英砂、無煙煤，主要用于水的除濁、軟化，以及純水的前級預處理等。三環中化將失效的自清洗過濾器更換為4臺電動式自清洗網式過濾系統，恢復過濾功能。經過改造，目前出水濁度均在2.5 NTU以下，符合公司對一次清水濁度不高于2.5 NTU的要求。通過增加對原水的預處理，降低了下一工序的水處理負擔，可提高脫鹽水站產水的水質，延長超濾膜的使用壽命。

2.2 除氧器運行調整和維護

根據除氧器檢修及日常運行情況對大氣旋膜式除氧器的溶解氧超標進行原因分析，針對1#除氧器額定出力300 t/h、2#除氧器額定出力150 t/h的情況，對除氧器的運行維護采取以下措施：①2臺除氧器液位控制在60%～70%內，鍋爐給水水質增加硬度、Fe3+、SiO2質量濃度指標，余熱鍋爐給水溶解氧（ρ）的最高限值由工業鍋爐的50 μg/L修改為15 μg/L；②定期對原水儲水池、脫鹽水槽進行清理檢查；③定期更換混床內的陰陽樹脂，對輸送管道、除氧器等設備進行清理檢查，避免樹脂流入除氧器；④對除氧器內部金屬填料的破損部分按設計要求進行恢復；⑤根據GB/T 12145—2016的要求，更換除氧頭。

2.3 對回收的冷凝水進行分類處理

為節約能源，將可回收的蒸汽冷凝水均進行回收，但對回收的冷凝水需進行預處理，以排出其中的有害物質，采取的措施主要有：

1）綜合考慮冷凝水中SiO的脫除率、PO3-24對陽極床壽命的影響，以及冷凝水的熱量損失率等因素，將磷酸濃縮蒸汽冷凝水經兩級板式換熱器降溫后進入冷凝水箱儲存，再通過混床進水泵加壓進入混床凈化處理合格后，產品水才可進入脫鹽水箱。一級板式換熱器利用脫鹽水作為降溫冷源，二級板式換熱器利用廠區循環冷卻水作為降溫冷源。為減少冷凝水的熱量損失，同時降低除氧的蒸汽消耗，混床進水溫度控制在45 ℃內。經計算，利用回收磷酸蒸汽冷凝水的熱量，能將145 t脫鹽水從約45 ℃加熱至98 ℃，其余熱量利用冷卻水帶走。脫鹽水主管及旁路增加2只電動調節閥，循環水主管增加1只電動調節閥，便于冷凝水的水量及溫度發生變化時調節冷源水量，控制高溫混床的出水溫度。

2）對于其他裝置的冷凝水，經脫鹽水站中間水箱上部的板式換熱器降溫后進入中間水箱，后續進入混床進行深度脫鹽處理。

3）增加pH值、電導率在線監測儀表，當水質偏酸性時排入污水池，保證脫鹽水系統安全運行。

2.4 加強水質監測

按照GB/T 12145—2016的要求，對未納入監測的項目建立分析要求，及時對原水、脫鹽水、除氧水、鍋爐給水、蒸汽及冷凝水的水質進行分析，確保水質符合要求。

實行鍋爐用水嚴格分類，在確保脫鹽水的產量和質量滿足要求外，對回收的各路冷凝水點增加監控手段，余熱發電的凝結水、磷酸石墨換熱器的冷凝水以及其他蒸汽管道的冷凝水，均增加電導率在線監測儀表，統一送到脫鹽水站經混床處理后再進入脫鹽水箱，杜絕冷凝水未經處理直接進除氧器產生危害。

2.5 加強鍋爐排污管控

對鍋爐污水的定排、連排加強管控，對排污的時長、間隔、排污效果進行嚴格管控，確保濃水及時排出，消除污染物累積的風險，保證脫鹽水及蒸汽的品質，確保余熱鍋爐及汽輪發電機的安全運行。

3 結語

三環中化通過對脫鹽水原水進行多介質過濾預處理、對除氧器的運行參數進行調整控制和設備維護、對回收的冷凝水進行分類處理，以及加強水質監測和鍋爐排污管控，脫鹽水水質和蒸汽品質有所改善。三環中化硫磺制酸裝置余熱鍋爐采取優化措施運行半年后，汽輪發電機和KKK透平風機的葉輪結垢明顯減少，實現了鍋爐用脫鹽水的安全，且節能效果明顯，對于同行具有很好的借鑒作用。