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加强锅炉水处理加大冷凝水回用节能效应显著

来源: 作者:ndt 人气: 发布时间:2024-03-05
摘要:摘 要:宁波市通过抓好锅炉水处理,防止锅炉受热面结垢,大力推广蒸汽冷凝水回用技术, 取得了显著的节水降耗、节能减排效果。本文通过数据分析和节能改造典型实例,介绍了宁波市搞 好锅炉水处理和蒸汽冷凝水回用的作法及其显著节能减排的经济效应。 关键词

摘 要:宁波市通过抓好锅炉水处理,防止锅炉受热面结垢,沧州欧谱大力推广蒸汽冷凝水回用技术, 取得了显著的节水降耗、节能减排效果。本文通过数据分析和节能改造典型实例,介绍了宁波市搞 好锅炉水处理和蒸汽冷凝水回用的作法及其显著节能减排的经济效应。

关键词:锅炉 水处理 蒸汽冷凝水 回用 经济效益 

前言

锅炉是使用广泛、数量众多的高耗能、高耗水特种设备,据统计目前我国在用锅炉约57.8 万台, 其中工业锅炉57 万多台。我国五分之四的燃煤被锅炉所消耗,其中工业锅炉年消耗燃料约4 亿吨标 准煤,约占锅炉年消煤总量的1/4,因此锅炉节能减排的意义十分重大,而且目前我国工业锅炉的平 均能效和水处理水平尚大大低于国外发达国家,有着不少节能节水的空间和潜力可挖。

目前我国工业锅炉和地方热电厂锅炉因水处理不当造成的能源和水资源浪费主要有:锅炉受热 面结垢、蒸汽冷凝水未回用而排放浪费、水质不良导致锅炉过量排污。由此造成的燃料浪费高达5%~ 30%;水资源浪费达5%~95%。因此搞好锅炉水处理,防止锅炉结垢、回用蒸汽冷凝水具有非常显 著的节能、节水效果,对于促进锅炉的节水降耗和节能减排具有非常重大的意义。下面通过相关数 据计算和效益分析,以及回用蒸汽冷凝水的节能改造典型实例,介绍宁波市搞好锅炉水处理、防止 锅炉结垢、降低锅炉排污率,回用蒸汽冷凝水的节能减排经济效应。

一、搞好水处理,防止锅炉结垢的节能效应 锅炉水处理是防止锅炉结垢和腐蚀,保证锅炉安全、节能运行的重要措施。天然水中往往存在 各种杂质,如果不进行水处理或者水处理不当,不合格的水进入锅炉很容易引起锅炉受热面结垢和 水汽系统腐蚀,严重影响传热效果、降低锅炉出力和热效率,增高排烟温度、增大燃料消耗。当锅 炉严重结垢时,甚至会造成锅炉受热面鼓包和爆管等事故发生,并且显著增加能耗和排烟温度。因 此,搞好锅炉水处理,防止锅炉受热面结垢,不但是保证锅炉安全运行的需要,也是当前锅炉节能 减排的紧迫任务。

1.1 搞好锅炉水处理的措施 宁波市质监局特种设备安全监察处和宁波市特种设备检验研究院,为了确保锅炉安全、节能运论文集 537 行,根据国家局对高耗能特种设备节能减排工作目标和锅炉水处理的要求,规定了新安装锅炉必须 配备水处理装置,并且安装验收时水汽质量应检测合格;对于运行锅炉,至少每半年一次对水汽质 量进行上门抽样检测,水质不合格的增加检测次数;对于受热面平均结垢厚度超过1mm 的锅炉,要 求及时进行清洗除垢。今年第一季度锅炉水质合格率统计结果,大多数区县水质合格率达到65%以 上,有的达到90%以上,这些区域近年来没有发生过因水处理不良造成锅炉事故。但仍有一个县级 市锅炉水质合格率不到40%,因严重结垢造成锅炉鼓包和爆管的事故时有发生,因水处理不良造成 的锅炉事故案例甚至占锅炉总事故的80%以上,严重的结垢也造成了燃料的大量浪费和烟气排放量 的增加。针对该地区的锅炉水处理状况,宁波特检院会同当地特种设备监察科组织召开锅炉使用单 位水处理及节能减排会议,重点对蒸发量≥4t/h 的锅炉全面检查落实锅炉水处理设备的运行状况和合 格率,对不合格的单位限期整改,连续三次抽检不合格的,由特监科根据《条例》规定予以一定处 罚。同时加强水处理人员培训,提高锅炉水处理技术水平,以便使锅炉水质尽快达到并保持合格。

1.2 降低锅炉结垢厚度的节能效应 有关测试数据表明,水垢的导热系数仅为钢材导热系数几十分之一至几百分之一,沧州欧谱而且燃料的 浪费量随着垢的厚度增长而显著增加(见表1)。前些年宁波在用锅炉平均结垢厚度约为2.5mm,近 年来通过搞好锅炉水处理,宁波市锅炉受热面结垢状况有了很大改善,最近根据锅炉检验结果统计, 不少锅炉达到无垢或薄垢运行,大多数锅炉达到垢厚≤1mm 的要求,具体统计见表2。 表 1 水垢厚度与浪费燃料的关系 水垢厚度(mm) 0.5 1 2 3 4 5 浪费燃料(%) 2 3~5 5~8 6~10 10~15 15~20 表 2 宁波市锅炉结垢状况统计表 受热面平均结垢厚度<1mm (1~2)mm >2mm 统计总台数 占在用锅炉的百分比84.3% 14.5% 1.2% 4077 注:其中大多数区域90%以上的锅炉垢厚<1mm;只有一个县级市水质合格率不到40%,垢厚< 1mm 的锅炉不到60%,垢厚(1~2)mm 的锅炉约40%。 根据统计,宁波市锅炉受热面平均结垢厚度由2.5mm 降低至0.8mm,平均降低1.7mm,可降低 燃料消耗5%~8%。目前宁波市在用蒸汽锅炉四千多台,年耗燃煤、燃油折合标准煤近400 万吨, 按平均节约燃料6%计,可节约燃料约二十多万吨(6%×400 万吨/年=24 万吨/年)

二、回用蒸汽冷凝水的显著节水、节能经济效益 除了搞好水处理,防止受热面结垢有助于锅炉节能运行,对于蒸汽锅炉来说,蒸汽冷凝水返回 作锅炉给水更是一项十分显著的节能、节水措施。

2.1 蒸汽冷凝水回用的节能、节水效益分析 蒸汽冷凝水相当于蒸馏水,不仅水质接近纯水,而且温度较高,回用作锅炉给水具有以下优点 和显著的经济效益:

a. 大大减少补给水量,降低水处理费用和废液的排放,节水效果显著;  2011 年特种设备安全与节能学术交流会 538

b. 回水温度高,(一般可达90℃以上,采用闭式回收系统的可达120℃以上),可显著降低燃料 消耗,节能的经济效益更为显著;

c. 回水纯净,杂质少,不但可提高锅炉水汽质量,而且可降低锅炉排污率;

d. 提高给水温度,有利于除氧,减缓锅炉的氧腐蚀。 下面以宁波香格里拉大酒店的燃油锅炉为例,对回用蒸汽冷凝水的节能、节水和经济性效益进 行计算分析。

2.1.1 减少锅炉补给水量,节约用水和水处理费用的效益 工业锅炉的补给水一般采用钠离子交换软化处理,对于碱度较高的原水还需采用软化-降碱处 理。原水硬度越高,水处理的运行费用越大。若以我国多数地区原水平均硬度为4mmol/L 计,每吨 水软化处理的运行费用约1.2 元(其中包括再生剂消耗、再生水耗、树脂损耗及耗电等,不包括设 备和树脂等的投资及维修操作人员费用)。若回用蒸汽冷凝水作锅炉给水,就可大大减少补给水处理 量,不但能节约大量用水,而且降低水处理费用。 宁波香格里拉大酒店是目前宁波最大的五星级酒店,配备三台蒸发量为2t/h 的燃油锅炉(二用 一备),全年运行360 天以上,蒸汽冷凝回水回用率90%以上,锅炉24 小时运行,负荷因时间段不 同而异,为计算方便,按总蒸发量4t/h,平均每天满负荷运行16 小时计,每年回用蒸汽冷凝水量: 4×16×90%×360=20736 吨 年节约2 万多吨补给水,按宁波市工业用自来水价格5.8 元/吨计,年节约软化水处理费和水费 的经济效益至少为: 2×(1.2+5.8)=14 万元 此外,回用蒸汽冷凝水还可缩小或简化补给水处理系统,节省投资,尤其对于碱度较高的原水, 当回水回用率较高时,有的可省去降碱处理的氢离子交换系统,可减少水处理设备投资约50%左右。 另外,蒸汽冷凝水回用还可减少补给水软化处理时的废液排放和高温冷凝水排泄对环境的污染。

2.1.2 提高给水温度,降低燃料消耗的节能效益 蒸汽冷凝水的温度较高,在适当的保温措施下,冷凝回水的温度可达 80℃~100℃,闭式回用 的甚至可达150℃,而补给水的水温通常只有5℃~35℃,两者温差一般可达70℃以上。因此,用 蒸汽冷凝回水作给水,可大幅提高给水温度,减少燃料消耗,尤其对于燃油、燃气锅炉来说,可获 得的经济效益更为显著。以宁波香格里拉大酒店为例,按年回收冷凝水2 万多吨、与补给水平均温 差70℃、轻柴油热值42500kJ/kg、锅炉热效率80%计,已知水的比热为1.0kcal/(kg·℃),1kcal= 4.187kJ,则全年可节约燃油: 20000×70×1.0×4.187÷(42500×80%)≈172.4 吨 按油价7000 元/吨计,每年可节省燃油费: 172.4×7000=1206800 元≈120.7 万元

2.1.3 提高水汽质量,降低锅炉排污率的节能效果 在锅炉运行中,一方面为了保持蒸汽质量良好,沧州欧谱防止受热面结垢,必须对锅炉进行适当的排污。 另一方面,锅炉排污越多,造成热能、给水和药剂的损失就越多。因此,通常要求在确保锅水各项论文集 539 指标达到合格的前提下,尽量降低锅炉的排污率。工业锅炉的排污率一般可按下式测算: 100% 100%     锅 给 给 S S S D D P P 式中:P —— 锅炉排污率,%; DP —— 锅炉排污水量,t/h; D —— 锅炉蒸发量,t/h; S 给—— 给水中某杂质的含量,mg/L; S 锅—— 锅水中某杂质的含量,mg/L。 从该式可知,当锅水中允许的杂质含量确定后,应控制的锅炉排污率大小取决于给水中的杂质 含量。在正常情况下,蒸汽凝结水相当于纯净的蒸馏水,杂质含量极低。对于工业锅炉来说,当冷 凝水回用作给水时,回用率越高,给水含盐量越低。我国锅炉设计规程规定,工业锅炉排污率为5%~ 10%,但由于我国水源水质普遍较差,大多数地区工业锅炉的排污率远高于10%。在未进行蒸汽冷 凝水回用时,我市工业锅炉平均排污率也在10%以上。冷凝水回用后,可大大降低排污率。如香格 里拉大酒店,回水回用率70%,排污率可降低至2%以下,与不回用冷凝水的锅炉相比,排污率降低 了8%,可节水: 4t/h×16h×360 天×8%=1843 吨/年 若以平均蒸汽温度150℃计,每年可节约燃油: 1843t×150℃×1.0kcal/(kg·℃)×4.187kJ’42500kJ/kg≈27.2 吨 按油价7000 元/吨计,每年可节省燃油费:0.7 万元×27.2 吨≈19 万元 2.1.4 降低给水溶解氧含量,减少氧腐蚀 给水中的溶解氧是锅炉在运行中发生腐蚀的主要因素之一,由于我国大多数工业锅炉给水无除 氧措施,因此氧腐蚀是最常见的锅炉金属腐蚀现象。根据水中含氧量与温度、压力的关系,在一定 的压力下,氧在水中的溶解度随着水温升高而降低,水温越高含氧量越低。事实证明,利用蒸汽冷 凝水作给水,不但冷凝水本身的溶解氧含量较低,而且大幅提高给水温度,可有效降低补给水中的 含氧量。在常压下,水温升高60℃,含氧量可降低66%~80%,可显著减少锅炉的氧腐蚀。

2.2 蒸汽冷凝水回用方法 蒸汽冷凝水回用形式和方法有多种,一般可分为闭式回用系统和开式回用系统两大类,下面简 要进行介绍。

2.2.1 闭式回用系统 通常大多数蒸汽经热交换后汽水温度仍可达100℃以上,闭式回用系统(见图1 的示意图)就 是将经过用汽设备热交换后,高于100℃的汽水混合物汇集到压力式集水罐中(见图2),通过自动 控制器控制,当锅炉需要进水时,直接将高温回水打入锅炉或除氧器。如果回水罐液位不足,则自 动切换为补给水供锅炉。这是目前冷凝水回用获得最佳节能效果的方式,其突出的优点是:不仅利 用了回水显热,而且充分利用了饱和水的潜热,避免了蒸汽变成水时释放的潜热浪费,可进一步降 低燃料消耗。另外,由于采用全封闭系统,回水回用率高,具有特别显著的节能、节水效果。对于2011 年特种设备安全与节能学术交流会 540 用汽设备采用间接加热方式,并且被加热介质不会因泄漏而污染蒸汽的,都可采用闭式回用系统。 图1 蒸汽冷凝水闭式回用系统示意图 图2 冷凝水闭式回用装置

2.2.2 开式回用系统 开式回用系统见图3 的示意图,其回水回收的方式有多种,通常是将经过用汽设备热交换后的 冷凝水回收到凝结水箱或给水箱,与补给水混合后再进入除氧器或锅炉。其中冷凝水的回收装置可 采用压力式疏水阀(见图4)、自力泵(见图5)、压力式集水器(见图6)等,利用蒸汽压力自动将 凝结水输送到给水箱中。对于锅炉房设在地下的,或者将凝结水箱建造在地面下的,可以直接将热 交换后的蒸汽冷凝水汇集到地下凝结水箱,再用耐高温的凝结水泵打入给水箱或除氧器(见图7 系 统示意图)。 开式回用系统具有设备简单,操作方便,投资少等优点,适用于因生产工艺条件或用汽设备限 制,不能采用闭式运行的蒸汽供应系统或者只有部分蒸汽冷凝水可回用的情况。虽然节能效果不如 闭式回用系统,但也可以达到较为显著的节能、节水效果。 论文集 541 图3 蒸汽冷凝水开式回用系统示意图 图4 压力式疏水阀 图5 自力泵 2011 年特种设备安全与节能学术交流会 542 图6 压力式集水器 图7 锅炉及凝结水箱设在地下的回用系统示意图

2.2.3 回用蒸汽冷凝水的系统改造及节能效果 事实证明,虽然有的工业锅炉因生产工艺及用汽设备等因素,沧州欧谱容易使冷凝水受污染而难以利用, 但大多数锅炉蒸汽冷凝水的回收利用改造并非十分困难,一般只要非混合式加热的都可进行回收利 用改造。对于宾馆、医院、学校、商厦、办公大楼等,蒸汽用于溴化锂中央空调的机组、换热器、 洗衣房烘干整烫机、餐饮用汽等,一般冷凝水回收率可达80%以上;对于工厂的生产、生活用蒸汽, 冷凝水回收率视设备和用途的不同会有较大的不同,一般可达50%~80%,节能效益可达10%~20%; 采用封闭式回用装置的,回水回收率可高达95%以上,节能效益可达30%以上。相同锅炉,不同的 冷凝水回用方式与未回用相比,节能效果如图8 所示。 燃料消耗 2000 2400 3000 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 未回用开式回收闭式回收回收形式 未回用 开式回收 闭式回收 图8 回用蒸汽冷凝水的节能效果  论文集 543 回水回用系统改造的投资费用视冷凝水管路长短、管材材料、凝汽疏水点是否集中、选用泵的 类型、防腐阻垢药剂的选用等因素的不同而相差较大,一般少的几万元即可,高的需十几万元至几 十万。根据对多种锅炉的测算,若用汽管线较集中,回水率达到40%以上,通常只需半年至一年即 可收回改造的投资费用。因此,蒸汽冷凝水回用系统改造是一项投资小、见效快、效益显著的节能 措施。

2.3 宁波市回用蒸汽冷凝水取得的节能效果

2.3.1 宁波市工业锅炉蒸汽冷凝水回用状况 蒸汽经作功或热交换后,其回水水质在未受污染的情况下接近纯水,而且温度较高,具有很高 利用价值。然而以前由于对锅炉有效回用蒸汽冷凝水具有显著节水、节能效益的认识不足,加上工 业蒸汽锅炉用途多样性,汽质易受污染,或用汽设备及地点较为分散,蒸汽管线较长等原因,以致 大都数工业蒸汽锅炉在系统和用汽设备设计、安装时就没有考虑回用蒸汽冷凝水。一些锅炉使用单 位为了节省投资费用,减少管理麻烦,往往也不考虑回用回水,更不愿意破费改造利用。有的虽然 有冷凝水回用装置,但由于没有搞好防腐缓蚀水处理,冷凝水往往因含铁量较高而呈黄锈色,以致 不能回收利用。因此,以前我市工业锅炉蒸汽冷凝水的有效回收利用率非常低,尤其是蒸汽热交换 后的回水热量没有得到很好利用,大量富含热量、品质良好的蒸汽冷凝水被白白浪费,有的甚至被 排入地沟,造成巨量能源和水资源的浪费。 近年来,随着国家对节能减排工作前所未有的高度重视,以及国家质检总局对高耗能特种设备 提出节能减排的监管要求,宁波市特监处和特检院重点对工业锅炉蒸汽冷凝水回用进行了积极的推 动工作,并在省质监局特监处的大力支持下,宁波特检院组织拍摄了―锅炉水处理和蒸汽冷凝水回用‖ 节能减排宣传片。而回用蒸汽冷凝水能够获得的显著节能减排、节水降耗的经济效益,也使得越来 越多的锅炉使用单位主动投入改造,尽可能地提高回水回收利用率。据最近统计,宁波市采用蒸汽 冷凝水回用的锅炉已达500 台以上(见表3 的冷凝水回用统计表,有些正在改造的未统计在内),约 占蒸发量不小于1t/h 的锅炉数17.8%(蒸发量小于1t/h 的锅炉基本上不回用),平均回水回用率达到 70%以上,采用闭式回用系统的回水回用率高达95%以上,极大地推动了锅炉的节能减排工作。 表 3 宁波市蒸汽锅炉冷凝水回用统计 锅炉蒸发量 20t/h 10t/h 6t/h 4t/h <4t/h 冷凝水回用台数 4 26 24 100 346 2.3.2 宁波市已采用蒸汽冷凝水回用的锅炉节能、节水总效益 根据统计,宁波市有500 台锅炉回用蒸汽冷凝水,总蒸发量为1574t/h,平均回水回用率70%, 与补给水平均温差65℃, 锅炉排污率平均降低了8%。若按日均运行16 小时,平均全年运行300 天, 平均蒸汽温度150℃计,取得的节能、节水各项效益计算如下: (1)可回用蒸汽冷凝水:1574×16×70%×300×104≈529 万吨/年; 漆膜划格器http://www.qimohuageqi.com(2)按标准煤的热值为7000kcal/kg 计,根据宁波市工业锅炉热能测试,平均热效率为65%,则 可节约的热能折算成标准煤为: 529 万吨/年×65℃×1.0kcal/(kg·℃)÷[65%×7000(kcal/kg)]≈7.6 万吨/年 2011 年特种设备安全与节能学术交流会 544 (3)回用蒸汽冷凝水后,锅炉排污率降低8%获得节能节水效益: 节约用水:1574t/h×16h×300 天×8%×104≈60 万吨/年 节约标准煤:60×150×1.0’7000≈1.3 万吨/年 合计共可节约用水589 万吨/年,以标准煤计算可节约用煤8.9 万吨/年。 2.3.3 冷凝水回用改造的典型实例 近年来宁波市已有不少锅炉使用单位通过蒸汽冷凝水回用的技术改造,获得了非常显著的节能、 节水及经济效益。其中比较典型的实例如下: 实例 1:宁波八方彩印包装有限公司,原来配置蒸发量为6t/h 和4t/h 的锅炉各一台,在未回用 蒸汽冷凝水之前,当生产线满负荷运转时,需运行6t/h 的锅炉才能勉强满足生产用汽。采用蒸汽冷 凝水闭式回用系统的节能改造后,回水回用率95%以上,回水温度120℃~150℃,只需运行4t/h 的 锅炉就能轻松满足生产用汽,获得十分可观的节能、节水效益如下:

(1)改造前年耗水3 万多吨,改造后年耗水不到3 千吨。每年节约用水27000 多吨,节省软水 处理再生用盐2 吨多;

(2)改造前年用煤约3000 多吨,改造后年用煤2000~2160 吨,平均每年节约用煤1000 多吨, 节能25%~35%;

(3)年节煤、节水90 多万元,改造费用20 万元,不到三个月便收回改造成本。 实例 2:宁波维科精华集团维钟印染有限公司,配置蒸发量为20t/h 蒸汽锅炉,原来锅炉需满负 荷运行。2007 年自己动手进行蒸汽冷凝水回用的技术改造,采用自力泵回收冷凝水,回水回用率85% 以上,节能改造后平均蒸发量降至10t/h~16t/h,改造费用不到5 万。改造后年产值增加600 万,而 用煤却减少3 千多吨,节煤效率达20%多,年节水7 万多吨,为此该节能技改项目得到宁波市经委 10 万元奖励,而且节煤、节水的经济效益显著。

实例 3:宁波爱朋思纺织印染有限公司,配置二台蒸发量为10t/h 的锅炉和一台6t/h 的锅炉,平 均每小时用汽量16 吨。2008 年该单位投入三十多万进行蒸汽冷凝水回用改造,采用自力泵将经过 热交换器后的蒸汽冷凝水自动压送到给水箱,与补给水混合后进入除氧器。回水率75%以上,回水 温度90℃~100℃,获得的节能、节水效益:

(1)改造前耗煤19200 多吨/年,改造后节约用煤3840 多吨/年,节能20%左右;

(2)改造前锅炉用水12 万吨/年以上,改造后年节水8 万多吨,平均节水80%;

(3)年节煤、节水260 余万元,改造费用30 多万,不到两个月便收回成本。

实例 4:宁波康赛妮毛绒织品有限公司,配置一台蒸发量为2t/h 的燃油锅炉。沧州欧谱进行蒸汽冷凝水 回用改造时,采用地下建不锈钢回水箱的方法,将蒸汽冷凝回水汇集后,用凝结水泵将回水打入保 温的给水箱,回水回用率约80%,回水温度80℃~90℃。该公司平均年染毛绒约350 吨,回用蒸汽 冷凝水后,每吨毛绒染色节省燃油0.2 吨,改造前年耗燃油约270 多吨,改造后年节约燃油近70 吨, 节油率25%,按当年每吨柴油7400 元计,当年节油、节水50 多万元,改造投入约四万元,仅一个 月就得到回收,经济效益十分可观。 论文集 545

三、结束

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