飽和蒸汽冷凝水循環(huán)利用

李連歡，張少杰

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司動(dòng)力廠飽和蒸汽電發(fā)機(jī)組是利用煉鋼廠3 座轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的飽和蒸汽發(fā)電，不足部分的蒸汽由廠內(nèi)20 噸動(dòng)力鍋爐蒸汽補(bǔ)充。飽和蒸汽發(fā)電機(jī)為冷凝式機(jī)組，汽輪機(jī)入口的飽和蒸汽壓力為0.9 Mpa，蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)發(fā)電做功后由冷凝器凝結(jié)成冷凝水，經(jīng)統(tǒng)計(jì)2019 年全年發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生冷凝水產(chǎn)量為260288.7 t，均被用于煉鋼濁環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)水，沒有按照水的品質(zhì)加以回收利用，造成了水資源的浪費(fèi)。冷凝水產(chǎn)生和使用流程圖如圖1 所示。

圖1 冷凝水生產(chǎn)使用流程圖

1 飽和蒸汽發(fā)電冷凝水質(zhì)分析

飽和蒸汽冷凝水化驗(yàn)結(jié)果如表1 所示，其水質(zhì)接近軟水，若作為軟水回用可節(jié)省大量軟水生產(chǎn)成本，并降低軟水裝置運(yùn)行期間反洗水的外排量。但其PH 偏低，直接使用易造成設(shè)備腐蝕，對流管束正常運(yùn)行有影響[1]。

表1 飽和蒸汽冷凝水與鍋爐軟水水質(zhì)對比

通過加藥的方式提高冷凝水PH 后，可供20 t鍋爐及煉鋼廠汽化冷卻鍋爐回用，冷凝水循環(huán)使用流程如圖2 所示?？梢杂行Ч?jié)約能源，減少資源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。

圖2 加氨冷凝水循環(huán)使用流程圖

2 飽和蒸汽冷凝水PH 調(diào)節(jié)試驗(yàn)

2.1 調(diào)節(jié)PH 方法的確定

調(diào)節(jié)PH 的方法有很多，如添加氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉等[2]，但這類PH 調(diào)節(jié)劑堿性較強(qiáng)，對小范圍PH 調(diào)節(jié)用量很小，不易控制，工況變化即有可能造成調(diào)節(jié)過量，且殘留的鈉離子，碳酸根離子等對鍋爐運(yùn)行不利，不予采用。

本實(shí)驗(yàn)采用加氨的方法來提高給水PH 值，減少二氧化碳腐蝕。因?yàn)榘本哂袚]發(fā)性，通過加氨處理后多余的氨在進(jìn)入鍋爐后可以隨蒸汽揮發(fā)出來，通過汽輪機(jī)后，隨排汽進(jìn)入凝汽器，因此對水質(zhì)影響小。同時(shí)氨水屬于弱堿，調(diào)節(jié)PH 緩沖性能好，易于控制不易過量。

氨與水中二氧化碳反應(yīng)[3]可分為以下兩步：

第一步：NH4OH+H2CO3→NH4HCO3+H2O

第二步：NH4HCO3+NH4OH→（NH4）2CO3+H2O

汽機(jī)凝汽器的常見材質(zhì)為銅或不銹鋼，如果加氨量過大，有氧化物質(zhì)(例如溶解氧)存在的條件下易發(fā)生腐蝕，因此用氨將PH 控制在8.5 以上即可。

2.2 氨水調(diào)節(jié)PH

向PH 分別為6.46 和7.02 的500 ml 飽和冷凝水樣1 和2 中加入10 ml 25～28%的氨水并攪拌均勻，然后分別取10 ml 繼續(xù)用飽和冷凝水進(jìn)行稀釋，多次稀釋后使氨水濃度達(dá)2.5 mg/l，5 mg/l，7.5 mg/l，10 mg/l，并測量水樣1 和2 的PH，其結(jié)果如圖3所示。

據(jù)圖3 顯示可知，飽和冷凝水中所加氨水濃度越高，其PH 越高。對于原PH 為6.46 冷凝水所加氨水濃度為10 mg/l 時(shí)，PH 可以達(dá)到8.54，滿足軟水使用需求；冷凝水PH 為7.02 時(shí)，加入濃度為5 mg/l的氨水PH 可以達(dá)到8.52，滿足軟水使用需求。因此，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，應(yīng)根據(jù)冷凝水的流量以及原冷凝水的PH 調(diào)節(jié)加氨量，控制冷凝水中氨的濃度，使加氨冷凝水的PH 維持8.5 以上。

3 加氨調(diào)節(jié)PH 在生產(chǎn)中的應(yīng)用

實(shí)際生產(chǎn)中購置自動(dòng)加氨裝置，通過減壓閥將液氨從鋼瓶充入裝滿軟水的水箱，充分?jǐn)嚢韬笈渲瞥梢欢舛鹊陌彼缓笸ㄟ^計(jì)量泵將氨水加入到冷凝水母管中與冷凝水混合提高其PH，利用在線PH 計(jì)在加藥點(diǎn)后3 米處取水監(jiān)測PH，并通過調(diào)節(jié)計(jì)量泵開度控制加氨量，使其PH 能夠滿足使用要求，其工藝流程圖如4 圖所示。

圖4 自動(dòng)加氨裝置工藝流程圖

3.1 加氨量的確定

配制氨水時(shí)將減壓閥壓力控制在0.03 MPa，向1 t 軟水中充液氨15 min，充分?jǐn)嚢韬鬁y得水箱內(nèi)氨水PH 為11.16，然后通過計(jì)量泵送入冷凝水母管道調(diào)節(jié)冷凝水PH。

在加氨點(diǎn)后3 米處取水監(jiān)測加氨后水樣PH，觀察PH 計(jì)示數(shù)，根據(jù)水質(zhì)情況以及PH 計(jì)示數(shù)變化，可調(diào)整計(jì)量泵的開度，使PH 維持在8.5 左右，同時(shí)監(jiān)測流量以及未加氨飽和冷凝水PH。不同工況下調(diào)節(jié)計(jì)量泵開度后PH＞8.5 的結(jié)果如表2 所示。

由表2 可知，PH 為11.16 的氨水加氨量在15～40 l/h 時(shí)，基本可以滿足各工況下冷凝水調(diào)節(jié)PH＞8.5 的需求。

表2 PH 調(diào)節(jié)結(jié)果記錄表

3.2 應(yīng)用成果分析

通過加氨中和冷凝水中的二氧化碳，冷凝水堿性增強(qiáng)，PH 可以達(dá)到8.5 以上，用作軟水供20 t 鍋爐及煉鋼汽化冷卻使用后實(shí)現(xiàn)了飽和冷凝水循環(huán)利用?；赜密浰⒉荒軡M足全部生產(chǎn)需求，還需軟水站補(bǔ)給一部分軟水混合后使用，測試混合后軟水PH 可以達(dá)到7.6 左右，混合軟水汽化后的飽和蒸汽的PH 也隨之提高，測試結(jié)果可以達(dá)到7.6 左右，較之前由生產(chǎn)用水的軟水PH 有所提高，因此飽和蒸汽冷凝水再次循環(huán)后加氨量相比之前進(jìn)一步減少，使用一段時(shí)間后達(dá)到平衡。滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，加氨前與加氨運(yùn)行一段時(shí)間后冷凝水PH 隨加氨量變化如圖5 所示。

圖5 加氨量對冷凝水PH 的影響

由圖5 可以看出，加氨冷凝水的PH 隨加氨量的提高而提高，未循環(huán)使用加氨冷凝水時(shí)其PH 為6.46，當(dāng)加氨量為40 l/h 時(shí)，冷凝水PH 可以達(dá)到8.53，滿足軟水使用需求；循環(huán)使用加氨冷凝水一段時(shí)間后其PH 為7.6，當(dāng)加氨量為15 l/h 時(shí)，冷凝水PH 可以達(dá)到8.51，滿足軟水使用需求。因此，實(shí)現(xiàn)飽和冷凝水循環(huán)利用后，冷凝水和蒸汽PH 均可得到提升，加氨量進(jìn)一步減小，節(jié)約運(yùn)行成本。

3.3 影響冷凝水加氨后PH 的因素分析

根據(jù)理論及實(shí)際運(yùn)行結(jié)果可知，隨著冷凝水中加氨量的增加，水中二氧化碳被中和、堿性提高，PH也隨之升高。但由于工況變化，飽和冷凝水流量波動(dòng)以及PH 的變化對加氨后冷凝水的PH 均有影響。

3.3.1 飽和冷凝水流量的影響

飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行受季節(jié)影響較大，冬季采暖季蒸汽用于采暖，流量較小約為12t/h，非采暖季蒸汽量大，滿負(fù)荷運(yùn)行冷凝水流量可達(dá)到約42 t/h，另外由于工況不同飽和冷凝水的流量存在波動(dòng)，并非定值。當(dāng)飽和冷凝水流量為12、18、25、32、35、42 t/h 時(shí)，調(diào)整計(jì)量泵開度，加氨量為10、15、20、25、30、35、40 l/h 時(shí)，測得冷凝水PH 的變化如圖6 所示。

圖6 冷凝水流量對PH 的影響

由圖6 可以看出，同樣的加氨量下，當(dāng)冷凝水流量越大，加氨冷凝水的PH 越小。加氨量為10 l/h時(shí)，12 t/h 的最小流量下，加氨冷凝水的PH 仍低于8.5，當(dāng)加氨量為15 l/h 時(shí)，加氨冷凝水的PH 才能高于8.5。因此冷凝水流量增加，必須通過提高計(jì)量泵開度，增加加氨量才能保持處理后的冷凝水保持PH 在8.5。

3.3.2 飽和冷凝水PH 的影響

由于生產(chǎn)水PH 不穩(wěn)定，軟水站制備軟水的PH隨之變化，飽和冷凝水的PH 值也存在一定的波動(dòng)，對水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明冷凝水PH 處于6～7之間。維持加氨量不變，冷凝水的PH 變化即可引起加氨后冷凝水PH 的變化。針對不同PH 的冷凝水加氨調(diào)節(jié)后，其PH 結(jié)果如圖7 所示。

圖7 原水PH 對冷凝水PH 的影響

由圖7 可以看出，當(dāng)冷凝水流量為22 t/h，加氨量為25 l/h 時(shí)，PH 分別為6.2、6.45、6.68、7 的冷凝水加氨后PH 提高至8.22、8.55、8.92、9；當(dāng)冷凝水流量為27 t/h，加氨量為30 L/h 時(shí)，PH 分別為6.2、6.45、6.68、7 的冷凝水加氨后PH 提高至8.41、8.58、8.73、9.12。保持冷凝水流量及加氨量不變，原水的PH 越高加氨調(diào)節(jié)后PH 也越高。

4 結(jié)論

通過加氨提高冷凝水PH 后作為軟水循環(huán)使用，可減少水資源浪費(fèi)，降低軟水生產(chǎn)成本。生產(chǎn)運(yùn)行過程中冷凝水流量介于12～42 t/h 之間，加氨量在15～40 l/h 時(shí)，基本可以滿足各工況下冷凝水PH＞8.5 的需求。冷凝水的PH 隨加氨量的增加而升高，另外飽和冷凝水流量及其原始PH 對加氨后PH 也有影響。飽和冷凝水流量越高，加氨后冷凝水PH 越低，原水PH 越高，加氨后冷凝水的PH 越高。因此冷凝水加氨量應(yīng)隨著冷凝水流量的變化和循環(huán)回收冷凝水PH 的變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。