鍋爐生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能改造

張桂蓮

（天津鐵廠有限公司，河北056404）

0 引言

鋼鐵企業(yè)是典型的耗能、耗水大戶，為了滿足日趨嚴(yán)格的節(jié)能降耗要求，達(dá)到降本增效的目的，各企業(yè)都在不斷的改進(jìn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝、對(duì)標(biāo)挖潛，降低企業(yè)的能耗和水耗。近年來，天津鐵廠有限公司（下稱天鐵）持續(xù)對(duì)全廠動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)水、節(jié)能改造，取得了一些成效，但依然存在著改進(jìn)空間。一是，動(dòng)力廠9臺(tái)在用鍋爐的化學(xué)取樣器均采用循環(huán)水冷卻，循環(huán)水帶走的熱量不能被二次利用，同時(shí)循環(huán)水有可能進(jìn)入取樣管，造成化驗(yàn)結(jié)果誤差大的風(fēng)險(xiǎn)；二是，高品質(zhì)汽輪發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水回收綜合利用不合理，造成凝結(jié)水的低品位使用；三是化學(xué)反滲透裝置產(chǎn)出濃水沒有充分回收利用，造成水的浪費(fèi)。

本文針對(duì)上述問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行了深入研究和探討，通過生產(chǎn)實(shí)際考察和調(diào)研，對(duì)全廠動(dòng)力系統(tǒng)水使用不合理和熱量損失的問題提出了改進(jìn)措施，并對(duì)改造后的運(yùn)行情況進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 鍋爐系統(tǒng)水使用不合理和熱量損失問題分析

1.1 鍋爐取樣器冷卻水使用不合理

一直以來，由于設(shè)計(jì)不合理，天鐵動(dòng)力廠9臺(tái)鍋爐化學(xué)取樣器均采用循環(huán)水作為冷卻水，與取樣器盤管換熱后的循環(huán)水回至循環(huán)水池，其攜帶的熱量不能被利用，造成熱量的損失[1]。另一方面使用循環(huán)水冷卻有可能發(fā)生因取樣管冷卻管道泄漏，循環(huán)水竄入取樣管，造成取樣化驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤，無法判斷鍋爐給水及蒸汽是否合格，導(dǎo)致爐內(nèi)化學(xué)加藥誤操作，對(duì)鍋爐運(yùn)行和設(shè)備構(gòu)成隱患。同時(shí)用循環(huán)水冷卻也極易造成管道結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 9號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水利用不合理

天鐵9號(hào)汽輪發(fā)電為純凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，是為充分回收利用煉鋼系統(tǒng)3臺(tái)45 t轉(zhuǎn)爐、2臺(tái)180 t轉(zhuǎn)爐及熱軋加熱爐運(yùn)行過程中汽化冷卻產(chǎn)生的飽和蒸汽所建。其主要參數(shù)為：額定功率14 MW；進(jìn)汽壓力0.9 MPa（A）；進(jìn)汽溫度（～飽和176℃）；額定進(jìn)汽量100 t/h。在煉鋼系統(tǒng)產(chǎn)量不定或檢修時(shí)，余熱蒸汽量不足的情況下，為了發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行及發(fā)電量不出現(xiàn)大的波動(dòng)，配套建有一臺(tái)35 t/h的低壓飽和蒸汽鍋爐，用于補(bǔ)充9號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組蒸汽需要。

從投產(chǎn)到2020年9月，該發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水全部經(jīng)水泵送至循環(huán)水池，作為補(bǔ)充水使用，而35 t/h低壓鍋爐給水一直采用化學(xué)軟化水。化學(xué)軟化水與9號(hào)汽輪發(fā)電凝結(jié)水指標(biāo)對(duì)比如表1所示。由表1可以看出，凝結(jié)水主要指標(biāo)要好于軟化水，僅是PH值略低，通過化學(xué)加藥處理極易解決PH值的問題。因此9號(hào)汽輪發(fā)電凝結(jié)水一直被降低品位使用[2]，既造成水資源的損失，也造成了運(yùn)行成本的浪費(fèi)。

表1 化學(xué)軟化水與9號(hào)汽輪發(fā)電凝結(jié)水指標(biāo)對(duì)比

1.3 反滲透濃鹽水未全部回收利用

化學(xué)水站有8套反滲透裝置，全年平均5套運(yùn)行、3套備用。每套反滲透裝置運(yùn)行每小時(shí)產(chǎn)純凈水（RO水）90 t，濃水（廢水）27 t，即每小時(shí)5套裝置共產(chǎn)濃水135t。每小時(shí)約20 t濃水用于沖洗多介質(zhì)過濾器，剩余的115 t濃水直接輸送到廢水站集中處理排放，未回收利用。

因?yàn)橐呀?jīng)過多介質(zhì)過濾器、保安過濾器的處理，因此，反滲透濃水的水質(zhì)狀況只是硬度高、含鹽量高，而濁度、色度、懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（COD）等重要污染指標(biāo)卻都很低。目前，除了用于沖洗多介質(zhì)過濾器，國(guó)內(nèi)外大量企業(yè)將濃水已經(jīng)進(jìn)行多種利用[3]，因此，將濃水直接作為廢水是對(duì)水資源的浪費(fèi)。

2 技術(shù)改造措施

鑒于上述問題和生產(chǎn)現(xiàn)狀，天鐵動(dòng)力廠從2020年9月開始對(duì)存在水和熱量損失的系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

2.1 化學(xué)取樣器冷卻水系統(tǒng)改造

將9臺(tái)鍋爐化學(xué)取樣器冷卻水由循環(huán)水改為除鹽水，由鍋爐除氧器除鹽水來水管閥門前引出一條管道，接至鍋爐化學(xué)取樣器冷卻水進(jìn)水管，換熱后的除鹽水再回至鍋爐除氧器。

2.2 9號(hào)發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水回收利用改造

9號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水箱出口管路不再送至熱軋循環(huán)水池，改引致熱軋軟水站。從凝結(jié)水箱出口引出一根管道，送至位于35 t/h鍋爐除氧器[4]，在除氧器中加入磷酸三鈉提高PH值至8左右，保證鍋爐給水的品質(zhì)，原有除氧器軟化水給水管路作為應(yīng)急備用。改造前后凝結(jié)水管路走向和鍋爐除氧器給水示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 改造前凝結(jié)水走向和鍋爐除氧器給水示意圖

圖2 改造后凝結(jié)水走向和鍋爐除氧器給水示意圖

2.3 反滲透濃水回收利用

天鐵動(dòng)力廠目前有4臺(tái)鍋爐配有文丘里水磨除塵器，原以循環(huán)水為水源。而文丘里水磨除塵器對(duì)水質(zhì)無特別要求，只要水中無明顯懸浮物和大顆粒物以免堵塞噴嘴即可，因此將反滲透濃水引至4臺(tái)鍋爐文丘里水磨除塵器給水總管，可以替代部分循環(huán)水。

但是鍋爐檢修停爐或去往文丘里水磨除塵器濃水管路檢修時(shí)，濃水則需停止供應(yīng)。為避免濃水外排，將濃水箱加裝一管路至煉鐵沖渣循環(huán)水，作沖渣用水，沖渣用水通常要求不高，懸浮物不高于400 mg/L，粒徑不大于0.1 mm，而濃水完全符合要求。

3 改造取得的效果

3.1 取樣器冷卻水改造效果

化學(xué)取樣器改為除鹽水冷卻后，既可以規(guī)避因管道泄漏造成取樣化驗(yàn)結(jié)果誤差大的風(fēng)險(xiǎn)，以及管道結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生，又可以回收利用熱能，提高除氧器給水溫度，同時(shí)可以節(jié)約循環(huán)水的供應(yīng)。動(dòng)力廠共9臺(tái)在用鍋爐，每臺(tái)鍋爐每年平均運(yùn)行300天，每臺(tái)鍋爐化學(xué)取樣器每小時(shí)消耗約10 t冷卻水。

改造后，每年可節(jié)約循環(huán)水消耗量：9臺(tái)×[10 t/h×24 h/d×300 d]/臺(tái)=64.8×104t；循環(huán)水補(bǔ)水價(jià)格按0.3元/t計(jì)，年節(jié)可約成本：648 000 t×0.3元/t=19.44萬元。

除鹽水進(jìn)口溫度25℃（焓值h=105.38 kJ/kg），出口溫度35℃（焓值h=147.17 kJ/kg），除鹽水年可回 收 利 用 熱 量：64.8×104t×103kg/t×（147.17-105.38）kJ/kg=2 707 992×104kJ，標(biāo) 煤 熱 量 按29307.6kJ/kg計(jì)，年回收標(biāo)煤量：2 707 992×104kJ÷29 307.6 kJ/kg=92.399×104 kg。標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)按500元/t計(jì)，年可節(jié)約成本：923.99 t×500元/t=46.20萬元。

兩項(xiàng)合計(jì)可節(jié)約成本：19.44萬元+46.20萬元=65.64萬元。

3.2 9號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水回收效果

天鐵9號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組和35 t/h低壓鍋爐供暖季停運(yùn)，每年運(yùn)行時(shí)間約240天，9號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組每小時(shí)平均負(fù)荷10 MWh，消耗約85噸蒸汽，產(chǎn)生凝結(jié)水約85噸，其中回收至35 t/h鍋爐除氧器約35噸，其余約50噸回收至熱軋軟水站。

凝結(jié)水管路改造后，35 t/h低壓鍋爐除氧器給水全部為凝結(jié)水，并且可以根據(jù)9號(hào)汽機(jī)發(fā)電負(fù)荷及軟水箱水位調(diào)節(jié)送出水量，實(shí)現(xiàn)汽機(jī)凝結(jié)水全部合理回收利用，避免汽機(jī)凝結(jié)水的低品位使用。

改造后，每年35 t/h低壓鍋爐可節(jié)約化學(xué)軟水量：35 t/h×24 h/d×240 d=201 600 t，化學(xué)軟水與工業(yè)新水差價(jià)按3.5元/t計(jì)，年可節(jié)約成本201 600 t×3.5元/t=70.56萬元。其余約50噸凝結(jié)水回收送至熱軋軟水站，年可回收水量：50 t/h×24 h/d×240 d=288 000 t，年可獲益288 000 t×3.5元/t=100.8萬元。凝結(jié)水全部回收利用，年可創(chuàng)效70.56萬元+100.8萬元=171.36萬元。

3.3 反滲透濃水回收利用效果

天鐵5套反滲透裝置運(yùn)行，小時(shí)產(chǎn)濃水135 t，除20 t用于沖洗多介質(zhì)過濾器外，其余115 t不再外排，全部回收利用，主供鍋爐文丘里水磨除塵器，其次供給煉鐵沖渣用。因濃水PH值在7～8之間，呈弱堿性，而鍋爐煙氣含有酸性氣體成分，濃水作為文丘里水磨除塵器水源，可以起到一定的中和作用。

115 t濃水用于文丘里水磨除塵器和煉鐵沖渣用水，可替代了部分工業(yè)新水作為循環(huán)水的補(bǔ)水，年可節(jié)約新水補(bǔ)水量：115 t/h×24 h/d×365 d=1 007 400 t。工業(yè)新水按0.3元/t計(jì)，年可節(jié)約成本：1 007 400 t×0.3元/t=30.22萬元。

綜上所述，三項(xiàng)改造年可獲益：65.64萬元+171.36萬元+30.22萬元=267.22萬元。而三項(xiàng)改造人工、材料、設(shè)備使用費(fèi)等共投入約18萬元，平均到今后每年生產(chǎn)當(dāng)中，與節(jié)能、降本增效取得成效相比微乎其微，幾乎可以不計(jì)。

4 結(jié)語

近年來天鐵持續(xù)對(duì)全公司動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)施了節(jié)水、節(jié)能改造，通過對(duì)標(biāo)挖潛、改進(jìn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝，取得了一些成效，但動(dòng)力系統(tǒng)依然存在著挖潛空間。本文針對(duì)天鐵動(dòng)力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和節(jié)能潛力進(jìn)行了深入研究和探討，對(duì)水和能源回收利用不合理的地方提出了改進(jìn)措施。

通過生產(chǎn)運(yùn)行情況來看，此次節(jié)水、節(jié)能改造是成功的，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，在節(jié)水、節(jié)能的同時(shí)還消除了鍋爐安全運(yùn)行隱患，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)這些改進(jìn)措施的實(shí)施促進(jìn)了天鐵循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為企業(yè)的綠色發(fā)展提供了有益的借鑒。