工業(yè)鍋爐水質(zhì)管理的能效分析

韓方東，王傳玉，王偉國(guó)，陳 冰，劉鳳蓮

(1.山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 濱州分院，山東 濱州 256600; 2.濱州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，山東 濱州 256600)

目前對(duì)于特種設(shè)備的管理，已經(jīng)由最初的單純從安全的角度過(guò)渡到安全與能效兼管的階段，在2009年版本的《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》中涉及能效管理的共有9條，強(qiáng)調(diào)了要重視安全的同時(shí)必須重視特種設(shè)備的能效工作，并為特種設(shè)備的能效管理奠定了法律依據(jù)。這意味著要求鍋爐等高耗能設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造等環(huán)節(jié)中應(yīng)保障安全技術(shù)與節(jié)能技術(shù)并重。

我國(guó)在用的工業(yè)鍋爐以燃煤為主，量大面廣，單臺(tái)平均容量小，運(yùn)行參數(shù)低，平均運(yùn)行熱效率低。據(jù)2008年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐總耗煤量約5億噸，占全國(guó)煤炭消費(fèi)總量的1/5左右［1－2］。能耗驚人，節(jié)能潛力巨大。

1 存在問(wèn)題

工業(yè)鍋爐能耗的諸多影響因素中，水質(zhì)管理的好壞有著重要的影響。關(guān)于水質(zhì)管理方面存在以下問(wèn)題。

1.1 水處理失當(dāng)

筆者檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用單位基本為鍋爐配備相應(yīng)的水處理形式，但是大多因管理水平限制，有以下幾點(diǎn)問(wèn)題:

(1)較多設(shè)備剛投入時(shí)運(yùn)行尚可，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行后，管理及維護(hù)不到位，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行狀況較差，出水質(zhì)量低、品質(zhì)差;

(2)對(duì)鍋爐給水的處理基本只關(guān)注硬度這一參數(shù)，忽略水中溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、pH值等;

(3)以化學(xué)清洗代替日常水處理，這是本末倒置的做法，會(huì)造成鍋爐水、汽側(cè)在使用過(guò)程中，長(zhǎng)期水垢、泥垢附著。

1.2 排污不科學(xué)

鍋爐進(jìn)行排污的目的是為了保障鍋爐水質(zhì)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到使用要求。進(jìn)行排污尤其是定期排污應(yīng)結(jié)合鍋爐水質(zhì)狀況合理安排排污的周期數(shù)和排污量。但是在實(shí)際的使用過(guò)程中，多數(shù)操作人員僅僅憑經(jīng)驗(yàn)每班固定的排污一次或者兩次。在鍋爐水質(zhì)尚可、不需要密集操作時(shí)，結(jié)果就是大量的鍋爐水被無(wú)端排放掉的同時(shí)，帶走大量的熱量。日積月累造成大量水及熱量的損失。

1.3 輕視除氧

氧是鍋爐給水系統(tǒng)的主要腐蝕性物質(zhì)，給水系統(tǒng)中的溶解氧應(yīng)當(dāng)迅速得到清除，否則它會(huì)腐蝕鍋爐的給水系統(tǒng)和部件，腐蝕性物質(zhì)氧化鐵會(huì)進(jìn)入鍋爐內(nèi)，沉積或附著在鍋爐管壁和受熱面上，形成難溶而傳熱不良的鐵垢。因此，鍋爐使用單位應(yīng)按照《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》(GB/T 1576－2008)要求采取相應(yīng)措施控制水中溶解氧。在實(shí)際的使用中，很多單位并沒(méi)有做到這點(diǎn)，筆者在實(shí)際的檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有單位新安裝10 t/h的蒸汽鍋爐竟因?yàn)槌跗谫M(fèi)用的緣故，排斥上除氧設(shè)備。即使有上除氧器，大部分也是選擇設(shè)備簡(jiǎn)單能耗較大的熱力除氧。結(jié)果或造成鍋爐腐蝕、或形成鐵垢、或因設(shè)備不當(dāng)造成大量浪費(fèi)。

1.4 未進(jìn)行冷凝水回收

目前，大多數(shù)鍋爐使用單位仍然是“使用鍋爐——用汽”的思維，沒(méi)有想著如何綜合利用、充分利用蒸汽熱量和水資源，部分蒸汽在用熱設(shè)備中放熱后會(huì)變成同溫同壓的飽和冷凝水，其熱量可達(dá)蒸汽熱量20%以上［3］，并且隨著溫度、壓力的增加，熱量也會(huì)增加，因此，這部分熱量的利用有著比鍋爐其他設(shè)備改進(jìn)更大的潛力。同時(shí)，進(jìn)行冷凝水回收，可以節(jié)約水資源、減少水處理的費(fèi)用。

1.5 無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)供水

大部分小噸位鍋爐所使用的電動(dòng)給水泵可以滿足鍋爐給水量的需求，但其工作方式主要是間斷供水，鍋爐中水位下降到一定值時(shí)啟動(dòng)給水泵進(jìn)行補(bǔ)水，達(dá)到一定水位后停止補(bǔ)水。這樣做一是費(fèi)電，給水泵的頻繁啟動(dòng)和停止造成了耗電量的大幅增加;二是無(wú)法充分利用尾部受熱面的熱量，在鍋爐給水狀態(tài)時(shí)作為受熱部件的省煤器可以有效降低煙溫、提高給水溫度，但是在停泵狀態(tài)時(shí)，則排煙溫度必然較高，無(wú)法充分降低(利用)煙氣余熱。

2 對(duì)策

2.1 采取合理水處理措施

對(duì)鍋爐水處理設(shè)備及方法的選擇應(yīng)根據(jù)以下幾點(diǎn):

(1)根據(jù)鍋爐用水的需要，相應(yīng)噸位(蒸發(fā)量)的鍋爐選用相適配的處理能力水處理設(shè)備。

(2)嚴(yán)格參照《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》(GB/T 1576－2008)的要求進(jìn)行水質(zhì)管理。

(3)必須結(jié)合原水品質(zhì)選擇水處理方法及設(shè)備。

2.2 科學(xué)排污

為了控制鍋爐鍋水的水質(zhì)符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，使?fàn)t水中雜質(zhì)保持在一定限度以內(nèi)，需要從鍋爐中不斷地排除含鹽、堿量較大的爐水和沉積的水渣、污泥、松散狀的沉淀物，這個(gè)過(guò)程定義為鍋爐排污。排污方法及排污量的選擇應(yīng)根據(jù)鍋爐水質(zhì)情況，保障通過(guò)正確合理的排污排掉爐水中的雜質(zhì)、泥污、水垢，控制鍋水的堿度及含鹽量，使鍋爐水質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，保證了受熱面的清潔，滿足了合格的蒸汽品質(zhì)要求，延長(zhǎng)了鍋爐的使用壽命，同時(shí)應(yīng)兼顧節(jié)能，通過(guò)“減排”力求“節(jié)能”，在《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50041－2008)中規(guī)定了蒸汽壓力小于或等于2.5 MPa蒸汽鍋爐的排污率不宜大于10%、蒸汽壓力大于2.5 MPa蒸汽鍋爐的排污率不宜大于5%等［4］。因此應(yīng)根據(jù)規(guī)范有效控制排污量，同時(shí)盡可能采取相應(yīng)措施利用排污熱量。

另外，可以對(duì)排污水及其熱量進(jìn)行二次利用，如設(shè)置排污膨脹器、采取換熱加入給水或入爐空氣等。

2.3 有效除氧

《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》(GB/T 1576－2008)對(duì)鍋爐給水中溶解氧有著非常具體的規(guī)定，溶解氧是造成鍋爐腐蝕重要原因。在實(shí)際的鍋爐使用中應(yīng)合理選擇除氧方法有效地對(duì)鍋爐進(jìn)行除氧，在兼顧除氧效果的同時(shí)應(yīng)從節(jié)能的角度結(jié)合費(fèi)用。除氧方式按機(jī)理分物理除氧和化學(xué)除氧兩類，大致有熱力除氧、真空除氧、解吸除氧、氧化還原樹(shù)脂除氧、鐵屑除氧、催化加氫除氧等幾種形式［5］，目前在用戶選擇的除氧方式中，由于傳統(tǒng)的大氣熱力除氧，技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，仍被廣泛利用。但熱力除氧需要對(duì)軟水利用蒸汽進(jìn)行加熱，并且一部分蒸汽還直接排入大氣，從而造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重，并且投資運(yùn)行成本高。因此這并不是最合理和唯一的選擇方式，用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇合適、有效的方式和設(shè)備。如利用真空除氧、鐵屑除氧等形式代替熱力除氧。

2.4 充分進(jìn)行冷凝水回收

冷凝水的品質(zhì)接近于純水，遠(yuǎn)高于軟化水，并且冷凝水具有較高的溫度，因此進(jìn)行冷凝水的回收對(duì)于鍋爐的能效的充分利用意義重大。目前，對(duì)冷凝水的回收按方法和設(shè)備主要分為開(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩種，開(kāi)式系統(tǒng)基本主要是利用設(shè)備從用熱設(shè)備終端對(duì)冷凝水進(jìn)行回收，在回收的過(guò)程中由于系統(tǒng)是開(kāi)放式的，冷凝水會(huì)進(jìn)一步放熱降溫。這種方式能夠充分實(shí)現(xiàn)對(duì)水的利用，但是對(duì)熱量的利用則非常的不理想。而閉式系統(tǒng)在收集過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)是封閉的，因此熱量的散失非常少，能被充分利用。采用這種方式主要是利用蒸汽回收往復(fù)泵進(jìn)行，是一種較為理想的方式。

2.5 實(shí)行鍋爐連續(xù)供水

目前實(shí)現(xiàn)連續(xù)供水主要是采用變頻技術(shù)，變頻技術(shù)是對(duì)用電器在電壓不變的情況下實(shí)施電頻率改變，從而達(dá)到用電器的最大功效的發(fā)揮和節(jié)能的目的。采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的連續(xù)供水，使鍋爐水位保持在一個(gè)相對(duì)平衡的位置，在鍋爐給水系統(tǒng)上應(yīng)用變頻技術(shù)可以避免傳統(tǒng)的間斷式供水對(duì)省煤器的冷熱沖擊，充分利用省煤器對(duì)煙道中煙氣余熱的吸收，提高省煤器節(jié)能效果。同時(shí)避免了因水泵頻繁啟停對(duì)電網(wǎng)的影響，起到較好的節(jié)電效果。另外，變頻技術(shù)同樣可以利用在鍋爐的鼓、引風(fēng)機(jī)上，整體采用變頻電機(jī)可以大量節(jié)約電能，大約可節(jié)約電能30%～40%［6］。

2.6 定期對(duì)鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗

定期對(duì)鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗，是對(duì)良好水處理的補(bǔ)充，任何方法都不能百分百的達(dá)到理想效果，因此需要通過(guò)定期對(duì)鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗，還受熱面干凈整潔的本體。有人試驗(yàn)，1 mm厚的水垢就會(huì)多造成3%～5%煤耗。通過(guò)科學(xué)的化學(xué)清洗可以達(dá)到清除長(zhǎng)時(shí)間使用在受熱面內(nèi)積存的水垢。

3 結(jié)束語(yǔ)

自2010年《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》(TSG G0002－2010)、《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》(TSG G0003－2010)頒布實(shí)施以來(lái)，工業(yè)鍋爐能效測(cè)試工作陸續(xù)展開(kāi)，然而，相對(duì)于工業(yè)鍋爐的安全技術(shù)方面取得的進(jìn)步，在節(jié)能監(jiān)管方面仍然研究不多［8－11］。

進(jìn)行鍋爐的能效提升是一個(gè)系統(tǒng)的工程，任何一個(gè)有效的細(xì)節(jié)上的進(jìn)步都有可能對(duì)鍋爐能效的提升帶來(lái)很大的進(jìn)步。提高能效也是工業(yè)鍋爐發(fā)展和使用的必然方向，采取一系列措施從各個(gè)角度改善、改進(jìn)工業(yè)鍋爐高耗能的本質(zhì)是所有與之相關(guān)的工作人員的共同任務(wù)、共同目標(biāo)。

［1］林伯強(qiáng).中國(guó)能源戰(zhàn)略調(diào)整和能源政策優(yōu)化研究［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2012，28(1):1－3.

［2］曹東莉，袁越，李志祥.電能替代應(yīng)用及效益評(píng)價(jià)［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2011，27(4):30－34.

［3］翟利芳.鍋爐冷凝水回收與處理工藝研究［D］.天津:南開(kāi)大學(xué)，2011.

［4］中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范:GB 50041－2008［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

［5］魯維舜，姚文濤，宋振.工業(yè)鍋爐除氧方式淺析［J］.河南冶金，2005.

［6］鹿道智.工業(yè)鍋爐司爐教程［M］.2版.北京:航空工業(yè)出版社，2005.

［7］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).工業(yè)鍋爐水質(zhì):GB/T 1576－2008［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［8］嚴(yán)禎榮，羅曉明，時(shí)貴玉.燃煤粉工業(yè)鍋爐的發(fā)展前景與節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新［J］.節(jié)能技術(shù)，2010，28(1):65－71.

［9］趙欽新，周屈蘭.工業(yè)鍋爐節(jié)能減排現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及對(duì)策［J］.工業(yè)鍋爐，2010(1):1－6.

［10］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程:TSG G0002－2010［S］.北京:新華出版社，2010.

［11］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則:TSG G0003－2010［S］.北京:新華出版社，2010.