新型防腐阻垢劑在蒸汽鍋爐上的應(yīng)用

代永強(qiáng)，高憲君

(河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司新鄭卷煙廠，河南 新鄭 451150)

在工業(yè)鍋爐中，為了防止鍋爐受熱面結(jié)垢導(dǎo)致傳熱能力降低、排煙溫度升高、燃料消耗量增加和鍋爐爆管等現(xiàn)象的發(fā)生，常采用軟化水為鍋爐供水。為了消除鍋爐系統(tǒng)的氧腐蝕，又將軟化水經(jīng)過除氧環(huán)節(jié)再供給鍋爐。由于熱力除氧相對于解析除氧、亞硫酸鈉除氧及鐵粒除氧來說，具有溶解氧殘余量最低、除氧效果穩(wěn)定的優(yōu)勢，目前仍是蒸發(fā)量≥6t/h蒸汽鍋爐的首選除氧技術(shù)。蒸汽鍋爐運(yùn)行中，蒸汽的產(chǎn)出鍋水會(huì)被濃縮，當(dāng)鹽濃度升高到一定程度時(shí)，鍋水會(huì)產(chǎn)生泡沫，發(fā)生汽水共騰，造成嚴(yán)重的虛假水位，使?fàn)t況控制不穩(wěn)。因此采取表面排污的方法排除鹽濃度較高的爐水，并補(bǔ)充濃度低的水進(jìn)行稀釋以控制鍋水鹽濃度，可確保蒸汽質(zhì)量及鍋爐運(yùn)行安全。

新鄭卷煙廠于2009年10月安裝兩臺(tái)WNS20-1.57YQ燃?xì)狻⑷加蛢捎缅仩t，所生產(chǎn)的蒸汽供全廠卷煙生產(chǎn)和辦公使用。鍋爐額定蒸發(fā)量20t/h，額定蒸汽壓力1.1±0.1MPa，設(shè)計(jì)t汽耗氣量72.5m3，設(shè)計(jì)t汽耗水量1.25t。隨著新節(jié)能降耗技術(shù)的不斷出現(xiàn)，結(jié)合1年多來兩臺(tái)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行效果來看，存在節(jié)能空間。

一、改造前的狀況

1.改造前的給水工藝

改造前鍋爐給水工藝如圖1所示。軟化水和鍋爐凝結(jié)水通過大氣式熱力除氧器被送入爐體，硬度≤0.03mmol/L，溶解氧含量8.1mg/L，pH值>7。由于混合有冷凝水，水溫達(dá)40～60℃，給水壓力≥0.25MPa，處理水量24t/h，要求除氧后水中殘氧含量<0.05mg/L，其他指標(biāo)符合GB1576-1996標(biāo)準(zhǔn)。除氧器消耗蒸汽量可按下式計(jì)算：

圖1 改造前鍋爐給水工藝

式中：D—除氧器的耗氣量，kg/h；

G—需要除氧的給水量，kg/h；

i2—除氧器內(nèi)飽和水熱焓值，kJ/kg；

i1—除氧器進(jìn)水熱焓值，kJ/kg；

i2—蒸汽熱焓值，kJ/kg；

η—除氧器效率，一般取0.96～0.98；

d—余氣排出量，一般取3%～5%。

將除氧器有關(guān)參數(shù)和查表所得的數(shù)據(jù)帶入公式(1)中，則D=2.75t/h。即1臺(tái)鍋爐的熱力除氧器每小時(shí)消耗蒸汽2.75t,占蒸發(fā)量的13.5%。這僅是理論計(jì)算，在實(shí)際操作中，為確保除氧器出水溶解氧含量不超標(biāo)，除氧耗氣量常達(dá)到額定蒸發(fā)量的20%左右。

按保守方法進(jìn)一步計(jì)算，2010年兩臺(tái)鍋爐運(yùn)行了8個(gè)月，共生產(chǎn)蒸汽62.7×103t，熱力除氧消耗的蒸汽量為按當(dāng)時(shí)蒸汽成本價(jià)約230元/t計(jì)算，價(jià)值225.07萬元。

改造前的鍋爐供水工藝存在的問題：(1)大氣式熱力除氧器消耗了大量的蒸汽，還造成供汽高峰時(shí)汽源緊張；(2)實(shí)際生產(chǎn)中，由于卷煙制絲用汽的特點(diǎn)決定了鍋爐熱負(fù)荷變動(dòng)頻繁，加之司爐工操作水平不高等原因，造成除氧效果不理想；(3)軟化器無法消除原水中的SiO32-、SO42-、Cl-等陰離子，易引發(fā)鍋爐腐蝕和結(jié)垢。

2.改造前的排污方式

鍋爐運(yùn)行時(shí)，采用手動(dòng)表面排污的方式來降低爐水含鹽量，控制爐水品質(zhì)。即以化學(xué)滴定的方法，定時(shí)分析爐水的鹽濃度，以此為依據(jù)，手動(dòng)調(diào)節(jié)安裝在連續(xù)排污膨脹器進(jìn)口的截止閥，把靠近鍋爐內(nèi)蒸發(fā)面含鹽濃度高的爐水排出爐外，同時(shí)向鍋爐內(nèi)補(bǔ)充含鹽濃度相對較低的補(bǔ)給水。

通過對2010年兩臺(tái)鍋爐實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測算，平均每生產(chǎn)1t蒸汽需供給1.31t軟化水，即鍋爐表面排污加上定期排污，生產(chǎn)1t蒸汽排掉0.31t廢水。按此計(jì)算，2010年生產(chǎn)62.7×103t蒸汽，排污排放量為19437t。按照軟化水13元/t計(jì)算(不含熱力除氧費(fèi)用），排污排放水價(jià)值25.27萬元。

因此，粗放的排污控制方式，其排污量的多少容易受人為因素的影響，無法實(shí)現(xiàn)按需排污，造成水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或過量排污，不利于鍋爐的安全，且浪費(fèi)大量的能源。

二、節(jié)能改造

1.應(yīng)用防腐阻垢技術(shù)去除鍋爐除氧環(huán)節(jié)

BV-200蒸汽鍋爐防腐阻垢劑具有優(yōu)異的防腐阻垢性能，它克服了當(dāng)前低壓蒸汽鍋爐軟化法、除氧器法等的不足，有效預(yù)防蒸汽鍋爐運(yùn)行時(shí)的腐蝕與結(jié)垢。該技術(shù)不需離子交換器和除氧器，隨鍋爐供水系統(tǒng)加入相應(yīng)劑量的防腐阻垢劑即可，且運(yùn)行年費(fèi)用僅為軟化法、除氧器法等的25%～50%，具有操作簡單、費(fèi)用低、效果顯著的特點(diǎn)。當(dāng)補(bǔ)水硬度≤5mmol/L時(shí)，初次加藥量為2000g/t，補(bǔ)水加藥量為100～200g/t；當(dāng)補(bǔ)水硬度＞5mmol/L時(shí)，每增加1mmol/L增加投藥量60～100g。

2011年初，新鄭卷煙廠采用BV-200防腐阻垢技術(shù)成功對兩臺(tái)燃?xì)忮仩t進(jìn)行了節(jié)能改造。通過增加水質(zhì)監(jiān)測和自動(dòng)控制加藥系統(tǒng)，阻止?fàn)t水結(jié)垢、防止?fàn)t體腐蝕，去除了熱力除氧環(huán)節(jié)。原來的除氧罐作為中間水箱使用，中間水箱不但存有一定容量的鍋爐用水，還實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)水的自動(dòng)控制。改造后鍋爐給水工藝如圖2所示。

要充分發(fā)揮BV-200防腐阻垢劑的防腐阻垢性能，必須保證鍋爐水系統(tǒng)中藥劑的濃度在一定的范圍內(nèi)。要使鍋爐水系統(tǒng)中藥劑的濃度相對穩(wěn)定，采用簡單的手工投加方法，或按鍋爐補(bǔ)水量定比例投加是難以實(shí)現(xiàn)的。所以必須采用爐水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測、控制系統(tǒng)。

圖2 改造后鍋爐給水工藝

鍋水水質(zhì)監(jiān)測控制系統(tǒng)主要由取樣檢測單元、中央控制單元、投藥執(zhí)行單元及水質(zhì)控制執(zhí)行單元等組成，其主要功能是：(1)爐水中溶解固形物總量和堿度的監(jiān)測；(2)爐水中BV-200防腐阻垢劑濃度的監(jiān)測和自動(dòng)投加控制；(3)監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示、聲光報(bào)警和自動(dòng)保護(hù)。

2.改手動(dòng)表面排污為自動(dòng)排污

溶解于水中的鹽類物質(zhì)屬于強(qiáng)電解質(zhì)，在水溶液中電離成陰、陽離子而具有導(dǎo)電性，而且電導(dǎo)率的大小與其濃度成一定比例，所以只要測定電導(dǎo)率就可間接測定溶解固形物的含量。在連續(xù)排污管道加裝電動(dòng)閥門組、電導(dǎo)率檢測探頭、連續(xù)排污電腦控制器等裝置，鍋爐運(yùn)行時(shí)爐水進(jìn)入取樣冷卻器冷卻，通過電導(dǎo)率檢測探頭(自動(dòng)補(bǔ)償溫度對電導(dǎo)率的影響)連續(xù)測量爐水中的實(shí)際電導(dǎo)率，將數(shù)據(jù)輸入到電腦控制器中與設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算比較，然后通過電動(dòng)閥控制排污量的多少，使?fàn)t水電導(dǎo)率基本保持在設(shè)定值附近。這樣既保證了爐水品質(zhì)合格，同時(shí)避免了過量排污，有效減少了鍋爐排污熱損失，節(jié)約燃料，提高鍋爐效率。改造后的自動(dòng)排污控制示意圖如圖3所示。

圖3 自動(dòng)排污控制示意圖

三、效果

(1)2012年4月，鍋爐改造完成并運(yùn)行1年，鄭州市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所對兩臺(tái)鍋爐進(jìn)行年度檢測。結(jié)果表明，防腐阻垢技術(shù)在防止鍋體腐蝕、消除結(jié)垢方面具有良好的效果，不但可取代除氧環(huán)節(jié)，而且保護(hù)了鍋體的金屬層。盡管冷凝水回收過程中會(huì)帶來鐵銹及雜質(zhì)，但鍋體腐蝕現(xiàn)象極其輕微，鍋體垢質(zhì)情況也在允許范圍之內(nèi)。

(2)防腐阻垢技術(shù)的使用，徹底消除了鍋爐自耗蒸汽的問題，且節(jié)約的大量蒸汽可用來增加鍋爐的帶負(fù)荷能力。BV-200防腐阻垢劑平均的消耗量為0.025kg/t水，藥劑價(jià)格約15元/kg，處理1t爐水的費(fèi)用約為0.375元。假設(shè)2010年采用防腐阻垢劑，仍按照8個(gè)月計(jì)算，藥劑消耗量約為2.9萬元，扣除當(dāng)年技改費(fèi)用30萬元，比使用熱力除氧器至少節(jié)約192萬元。

(3)實(shí)踐證明，要保證鍋爐的安全、節(jié)能運(yùn)行，工業(yè)蒸汽鍋爐水處理方式宜采用鍋外水處理與鍋內(nèi)加藥調(diào)節(jié)處理相結(jié)合的方式。

(4)2011年兩臺(tái)鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)表明，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)表面排污后生產(chǎn)1t汽排污量為0.1t，比原來少排污0.21t，仍按照2010年計(jì)算，改造后排污量減少13167t，折合價(jià)值17.12萬元。

綜上所述，鍋爐改造后的運(yùn)行狀況表明，防腐阻垢技術(shù)和自動(dòng)表面排污技術(shù)的實(shí)施，不但有效地保障了鍋爐的安全運(yùn)行，還產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]李元章.對鍋爐現(xiàn)有熱力除氧器的節(jié)能改造[J].節(jié)能，2003(8):31-34.

[2]劉耀先,劉健.鍋爐給水除氧方式的分析與選用[J].工業(yè)鍋爐,2002(4)：33-35.

[3]李茂東,吳從容.工業(yè)鍋爐鍋內(nèi)水處理藥劑現(xiàn)狀與發(fā)展[J].工業(yè)水處理,2004(5):5-9.