新型防腐阻垢劑在蒸汽鍋爐上的應用

代永強，高憲君

(河南中煙工業(yè)有限責任公司新鄭卷煙廠，河南 新鄭 451150)

在工業(yè)鍋爐中，為了防止鍋爐受熱面結垢導致傳熱能力降低、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。蒸汽鍋爐運行中，蒸汽的產出鍋水會被濃縮，當鹽濃度升高到一定程度時，鍋水會產生泡沫，發(fā)生汽水共騰，造成嚴重的虛假水位，使爐況控制不穩(wěn)。因此采取表面排污的方法排除鹽濃度較高的爐水，并補充濃度低的水進行稀釋以控制鍋水鹽濃度，可確保蒸汽質量及鍋爐運行安全。

新鄭卷煙廠于2009年10月安裝兩臺WNS20-1.57YQ燃氣、燃油兩用鍋爐，所生產的蒸汽供全廠卷煙生產和辦公使用。鍋爐額定蒸發(fā)量20t/h，額定蒸汽壓力1.1±0.1MPa，設計t汽耗氣量72.5m3，設計t汽耗水量1.25t。隨著新節(jié)能降耗技術的不斷出現，結合1年多來兩臺鍋爐的實際運行效果來看，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，其他指標符合GB1576-1996標準。除氧器消耗蒸汽量可按下式計算：

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—除氧器內飽和水熱焓值，kJ/kg；

i1—除氧器進水熱焓值，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%。

將除氧器有關參數和查表所得的數據帶入公式(1)中，則D=2.75t/h。即1臺鍋爐的熱力除氧器每小時消耗蒸汽2.75t,占蒸發(fā)量的13.5%。這僅是理論計算，在實際操作中，為確保除氧器出水溶解氧含量不超標，除氧耗氣量常達到額定蒸發(fā)量的20%左右。

按保守方法進一步計算，2010年兩臺鍋爐運行了8個月，共生產蒸汽62.7×103t，熱力除氧消耗的蒸汽量為按當時蒸汽成本價約230元/t計算，價值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，還造成供汽高峰時汽源緊張；(2)實際生產中，由于卷煙制絲用汽的特點決定了鍋爐熱負荷變動頻繁，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)鍋爐腐蝕和結垢。

2.改造前的排污方式

鍋爐運行時，采用手動表面排污的方式來降低爐水含鹽量，控制爐水品質。即以化學滴定的方法，定時分析爐水的鹽濃度，以此為依據，手動調節(jié)安裝在連續(xù)排污膨脹器進口的截止閥，把靠近鍋爐內蒸發(fā)面含鹽濃度高的爐水排出爐外，同時向鍋爐內補充含鹽濃度相對較低的補給水。

通過對2010年兩臺鍋爐實際運行數據進行統(tǒng)計測算，平均每生產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1t蒸汽排掉0.31t廢水。按此計算，2010年生產62.7×103t蒸汽，排污排放量為19437t。按照軟化水13元/t計算(不含熱力除氧費用），排污排放水價值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，無法實現按需排污，造成水質不達標或過量排污，不利于鍋爐的安全，且浪費大量的能源。

二、節(jié)能改造

1.應用防腐阻垢技術去除鍋爐除氧環(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，它克服了當前低壓蒸汽鍋爐軟化法、除氧器法等的不足，有效預防蒸汽鍋爐運行時的腐蝕與結垢。該技術不需離子交換器和除氧器，隨鍋爐供水系統(tǒng)加入相應劑量的防腐阻垢劑即可，且運行年費用僅為軟化法、除氧器法等的25%～50%，具有操作簡單、費用低、效果顯著的特點。當補水硬度≤5mmol/L時，初次加藥量為2000g/t，補水加藥量為100～200g/t；當補水硬度＞5mmol/L時，每增加1mmol/L增加投藥量60～100g。

2011年初，新鄭卷煙廠采用BV-200防腐阻垢技術成功對兩臺燃氣鍋爐進行了節(jié)能改造。通過增加水質監(jiān)測和自動控制加藥系統(tǒng)，阻止爐水結垢、防止爐體腐蝕，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，還實現了補水的自動控制。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。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，或按鍋爐補水量定比例投加是難以實現的。所以必須采用爐水水質自動監(jiān)測、控制系統(tǒng)。

圖2 改造后鍋爐給水工藝

鍋水水質監(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)測和自動投加控制；(3)監(jiān)測數據的顯示、聲光報警和自動保護。

2.改手動表面排污為自動排污

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

圖3 自動排污控制示意圖

三、效果

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

(2)防腐阻垢技術的使用，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荷能力。BV-200防腐阻垢劑平均的消耗量為0.025kg/t水，藥劑價格約15元/kg，處理1t爐水的費用約為0.375元。假設2010年采用防腐阻垢劑，仍按照8個月計算，藥劑消耗量約為2.9萬元，扣除當年技改費用30萬元，比使用熱力除氧器至少節(jié)約192萬元。

(3)實踐證明，要保證鍋爐的安全、節(jié)能運行，工業(yè)蒸汽鍋爐水處理方式宜采用鍋外水處理與鍋內加藥調節(jié)處理相結合的方式。

(4)2011年兩臺鍋爐運行數據的統(tǒng)計表明，實現自動表面排污后生產1t汽排污量為0.1t，比原來少排污0.21t，仍按照2010年計算，改造后排污量減少13167t，折合價值17.12萬元。

綜上所述，鍋爐改造后的運行狀況表明，防腐阻垢技術和自動表面排污技術的實施，不但有效地保障了鍋爐的安全運行，還產生了巨大的社會效益和經濟效益。

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