工業(yè)鍋爐智能固體加藥系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

王真楨

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院 福建龍巖 364000）

0 引言

工業(yè)鍋爐是重要的熱能動(dòng)力設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、工程動(dòng)力、建筑采暖、人民生活等各個(gè)方面。水質(zhì)是工業(yè)鍋爐的血液，不良的鍋爐水質(zhì)會(huì)對工業(yè)鍋爐的運(yùn)行造成重大的影響，如結(jié)垢、腐蝕與汽水共騰等，影響鍋爐安全運(yùn)行［1-2］。高硬度鍋水會(huì)在換熱面產(chǎn)生水垢，造成鍋爐傳熱效率降低。相關(guān)研究表明，鍋爐受熱面1.0 mm 厚的水垢導(dǎo)致鍋爐效率降低3%～5%［3］。且受熱面溫度升高，嚴(yán)重的會(huì)引發(fā)鍋爐爆管等。鍋水中的高濃度鐵離子會(huì)產(chǎn)生垢下腐蝕；水中溶解氧過高會(huì)導(dǎo)致局部點(diǎn)狀的氧腐蝕等［4-5］。

《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》（TSG 11—2020）規(guī)定，使用單位應(yīng)當(dāng)做好鍋爐水處理工作，保證水汽質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。且《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB 1576—2018）指出，額定蒸發(fā)量≤4 t/h 且額定蒸汽壓力≤1 MPa 的蒸汽工業(yè)鍋爐，可采用鍋內(nèi)加藥進(jìn)行水處理。傳統(tǒng)的加藥方式一般是液體加藥，如圖1 所示。液體加藥方式是將藥劑按比例調(diào)配好后，裝入藥劑桶送往各企業(yè)。液體加藥方式存在3 點(diǎn)不足：①液體加藥為人工投加，需要定期觀察加藥情況并及時(shí)補(bǔ)給，智能化程度低；②無法及時(shí)分析加藥后的水質(zhì)情況，調(diào)節(jié)存在滯后性；③液體藥劑儲(chǔ)存時(shí)間較短，有時(shí)需要現(xiàn)場配制，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

研發(fā)合理的加藥方式可有效預(yù)防水垢生成，確保鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高鍋爐效率，延長鍋爐的使用年限。本文通過改進(jìn)液體加藥方式，將液體人工投放方式轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w智能投放方式，開發(fā)研制1 種工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置，從而有效提高水質(zhì)服務(wù)工作效率，降低經(jīng)濟(jì)成本，更加節(jié)能環(huán)保，滿足為企業(yè)提供更加優(yōu)質(zhì)服務(wù)的發(fā)展需求。

1 工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置主要將水處理藥劑便捷地加入到工業(yè)鍋爐的鍋水中。該裝置主要包括干粉加藥箱、攪拌箱體、預(yù)混器、超聲波液位計(jì)、電控柜和計(jì)量泵等，裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置的結(jié)構(gòu)圖

1.2 運(yùn)行流程

結(jié)合圖2，該加藥系統(tǒng)的運(yùn)行流程如下：將進(jìn)水管（8）與自來水連接，通過干粉加藥箱（3）頂部混合電機(jī)（14）的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得按比例調(diào)配的干粉藥劑能夠充分混合；再通過加藥電機(jī)（4）的轉(zhuǎn)動(dòng)，使加藥電機(jī)（4）可帶動(dòng)螺旋輸料桿（5）進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可使干粉加藥箱（3）內(nèi)部的藥劑可根據(jù)需求定量的送至預(yù)混器（6）內(nèi)并與水混合；再通過攪拌箱體（1）充分混合攪拌后溶解，經(jīng)計(jì)量泵（16）輸送至鍋爐內(nèi)與鍋水充分反應(yīng)；由在線監(jiān)測儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)，反饋回4～20 mA 的電流信號(hào)至PLC 處理轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；此信號(hào)再輸入給變頻器，由變頻器來控制加藥計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制加藥流量的目的，實(shí)現(xiàn)藥劑定量投加及反饋精確控制加藥的功能。且當(dāng)干粉加藥箱（3）內(nèi)部的藥劑填充完成后，可蓋下防護(hù)蓋（12），使防護(hù)蓋（12）可對干粉加藥箱（3）的開口端進(jìn)行遮蓋，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，通過防護(hù)蓋（12）的遮蓋，以達(dá)到防止藥劑飛濺出來的目的；通過干粉加藥箱（3）側(cè)壁電磁加熱線圈（13）的設(shè)計(jì)，能夠有效防止藥劑受潮板結(jié)和失效。

該裝置具有干粉自動(dòng)加熱混合、干粉定量投加、自動(dòng)配藥和反饋精確控制加藥等功能，能夠解決原有液體人工投加方式智能化程度低、準(zhǔn)確化程度低、經(jīng)濟(jì)成本高和人力浪費(fèi)的問題，是1 個(gè)針對工業(yè)鍋爐爐內(nèi)加藥處理的智能化、準(zhǔn)確化和一體化的全自動(dòng)干粉溶配及加藥裝置。

1.3 工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置的優(yōu)勢

工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置具有以下5 點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）采用智能化儀表自動(dòng)完成干粉溶配及加藥等過程，整個(gè)過程無需人工控制，可大大減少現(xiàn)場操作員的工作量，智能化程度較高。

（2）固體藥劑采用螺旋輸送機(jī)精確投加，投加量精確可調(diào)，保證藥劑配比穩(wěn)定，穩(wěn)定性較好。

（3）通過水質(zhì)在線監(jiān)測反饋的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)加藥反饋精確控制，將可以有效地避免由于加藥量偏大或濃度不均導(dǎo)致的“鍋水pH、總堿度、溶解固形物”超標(biāo)，準(zhǔn)確化程度高。

（4）通過干粉加藥箱頂部混合電機(jī)和側(cè)壁電磁加熱線圈的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不僅可以使按比例調(diào)配的干粉藥劑能夠充分混合，還可以對易受潮的藥劑進(jìn)行烘干，從而有效防止藥劑板結(jié)失效，實(shí)用性高。

（5）可以延長送藥周期，減少送藥的頻率，從而減少檢驗(yàn)人員的工作量、降低檢驗(yàn)耗材和車輛的成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

2 工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置的現(xiàn)場應(yīng)用

為了驗(yàn)證工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置的實(shí)際應(yīng)用效果，在福建省內(nèi)選取1 臺(tái)工業(yè)鍋爐作為研究對象，對比不同加藥方案對工業(yè)鍋爐鍋水水質(zhì)的影響。工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置現(xiàn)場安裝情況如圖3 所示。

圖3 工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置現(xiàn)場安裝圖

2.1 試驗(yàn)方案

該鍋爐位于福建省龍巖市某飼料廠內(nèi)，鍋爐型號(hào)為WNS4-1.25-SCI，燃料：生物質(zhì)，額定負(fù)荷為4 t/h，額定蒸汽壓力為1.25 MPa。采用以下2 種試驗(yàn)方案來驗(yàn)證加藥系統(tǒng)的實(shí)際效果。

試驗(yàn)方案1：分別在該工業(yè)鍋爐在未加藥、間斷式藥罐定時(shí)加藥與采用工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置3 種情況下，監(jiān)測鍋水水質(zhì)數(shù)據(jù)，考察3 種加藥方式對鍋水水質(zhì)的影響。

試驗(yàn)方案2：測試該工業(yè)鍋爐采用傳統(tǒng)液體投加方式和工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置2 種情況，在48 h 試驗(yàn)周期內(nèi)，每8 h取樣1 次并監(jiān)測鍋水的水質(zhì)變化。

2.2 結(jié)果與討論

表1 分別顯示了試驗(yàn)方案1 中，工業(yè)鍋爐鍋水在未加藥、間斷式定時(shí)加藥與工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置的測試結(jié)果。

表1 采用不同鍋水加藥處理方式的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

由表1 測試結(jié)果可知：

（1）當(dāng)鍋水未加藥處理時(shí)，鍋水的酚酞堿度、全堿度均低于標(biāo)準(zhǔn)限值，不滿足《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB 1576—2018）的標(biāo)準(zhǔn)要求，需要往鍋水中添加堿度。

（2）鍋水采用間斷式藥罐定時(shí)加藥方式，鍋水的酚酞堿度、全堿度與相對堿度遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)限值，導(dǎo)致pH 也高于標(biāo)準(zhǔn)限值的12。這是由于加藥初期藥量偏大，短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致“全堿度、鍋水pH、溶解固形物”超標(biāo)。當(dāng)鍋水pH＞12、全堿度超標(biāo)時(shí)容易引起鍋爐的堿性腐蝕，不利于鍋爐的安全運(yùn)行；而溶解固形物偏高則會(huì)增加鍋爐蒸汽帶水的傾向，影響鍋爐蒸汽品質(zhì)，使鍋水水質(zhì)難以達(dá)到《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB 1576—2018）的要求。

（3）鍋水采用工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置方式，鍋水各項(xiàng)指標(biāo)完全符合《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB 1576—2018）的標(biāo)準(zhǔn)要求。

分析結(jié)果表明，上述3 種不同鍋水加藥處理方式中，只有工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置能滿足工業(yè)鍋爐的鍋水水質(zhì) 《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB 1576—2018）的標(biāo)準(zhǔn)要求，也能夠有效防止因鍋水未加藥造成的受熱面結(jié)垢及采用其他加藥方式造成的加藥初期藥量偏大的問題，工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置能夠連續(xù)均衡地根據(jù)鍋爐的實(shí)際水質(zhì)狀況進(jìn)行鍋內(nèi)加藥，消除鍋內(nèi)殘余硬度，準(zhǔn)確度高。

傳統(tǒng)液體加藥與智能固體加藥裝置方式下48 h 內(nèi)鍋水水質(zhì)的變化情況見圖4。圖4 分別顯示了試驗(yàn)方案2 中測試該工業(yè)鍋爐采用傳統(tǒng)液體投加方式和工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置2 種情況，在48 h 試驗(yàn)周期內(nèi)，每8 h 取樣1 次并監(jiān)測鍋水的水質(zhì)變化。

圖4 傳統(tǒng)液體加藥與智能固體加藥裝置方式下48h 內(nèi)鍋水水質(zhì)的變化情況

由圖4 可知，傳統(tǒng)液體加藥方式后的鍋水的酚酞堿度、全堿度、pH 與溶解性固形物分別為（7.43±2.36）mol/L、（9.02±2.35）mol/L、11.5±0.37 與（1.95±0.70）×103mg/L，工業(yè)鍋爐智能固體加藥系統(tǒng)的酚酞堿度、全堿度、pH 與溶解性固形物分別為（4.60±0.71）mol/L、（5.78±0.88）mol/L、11.2±0.14 與（1.30±0.25）×103mg/L。2 種加藥方式獲得的鍋爐水質(zhì)均符合《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB 1576—2018）的標(biāo)準(zhǔn)要求。

分析圖4 結(jié)果可知，相較于傳統(tǒng)液體加藥方式，固體加藥裝置的水質(zhì)能保持在更低的數(shù)值，說明固體加藥裝置可以將鍋爐維持在更低限的指標(biāo)下運(yùn)行，節(jié)省藥劑的使用量，節(jié)約成本，更加科學(xué)合理的投藥。且固體加藥裝置的標(biāo)準(zhǔn)方差更小，說明固體加藥裝置的穩(wěn)定性更好。

3 結(jié)語

本文研發(fā)了1 種新型工業(yè)鍋爐智能固體加藥裝置，可實(shí)現(xiàn)干粉自動(dòng)加熱混合、干粉定量投加、自動(dòng)配藥和反饋精確控制加藥等功能，確保經(jīng)加藥處理后的鍋水能夠滿足《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB/T 1576—2018）的標(biāo)準(zhǔn)要求，且具有節(jié)省藥劑的優(yōu)點(diǎn)。該裝置準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性較好，對優(yōu)化現(xiàn)有工業(yè)鍋爐爐內(nèi)加藥方法，提高水質(zhì)監(jiān)測合格率具有重要參考價(jià)值。