張 鵬

（中海石油中捷石化有限公司 河北黃驊 061101）

1 前言

隨著水資源的日趨匱乏，節(jié)水工作突顯重要。蒸汽凝結(jié)水不僅水質(zhì)較好，且其蘊(yùn)含著大量的熱能，可利用價(jià)值極高。凝結(jié)水回用鍋爐是企業(yè)節(jié)能節(jié)水的最好途徑。然而，多年來(lái)凝結(jié)水回收再利用技術(shù)卻一直是困擾企業(yè)的棘手問(wèn)題，究其主要原因是所回收的凝結(jié)水往往含有一定的鐵和油類(lèi)物質(zhì)且難以去除，導(dǎo)致凝結(jié)水不能送回鍋爐中再次使用，只能降級(jí)使用或排放。

2 凝結(jié)水現(xiàn)狀

現(xiàn)有中捷石化氣體分餾裝置回收的凝結(jié)水量約為15t/h，水溫60℃～70℃；甲乙酮裝置回收的凝結(jié)水量約為50t/h，水溫90℃～100℃；二甲醚裝置回收的凝結(jié)水量約為20t/h，水溫90℃～100℃，總計(jì)約為85t/h。經(jīng)化驗(yàn)分析，凝結(jié)水中含油3.57mg/L，含鐵0.95mg/L。

對(duì)照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T12145-1999)鍋爐給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及鍋爐補(bǔ)給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，凝結(jié)水主要受到油和鐵的污染，油、鐵含量嚴(yán)重超標(biāo)，其中，凝結(jié)水中油的含量為標(biāo)準(zhǔn)要求的3.57倍；鐵的含量為標(biāo)準(zhǔn)要求的19倍。

表1 鍋爐給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

若不對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行處理而直接回用鍋爐，會(huì)給鍋爐的安全運(yùn)行帶來(lái)極大隱患，必須對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行必要處理使其達(dá)到鍋爐給水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，方能使用。

2.1 凝結(jié)水中的油含量超標(biāo)給鍋爐帶來(lái)的危害

2.1.1 鍋爐給水中含有油易形成漂浮的水渣和泡沫，容易造成鍋爐產(chǎn)生虛假水位，進(jìn)而危及鍋爐的安全；同時(shí)造成蒸汽品質(zhì)惡化，進(jìn)而影響用汽設(shè)備。

2.1.2 鍋爐給水中的油質(zhì)會(huì)在傳熱面上受熱分解產(chǎn)生固體附著物。這種固體附著物的導(dǎo)熱性能更差，平均導(dǎo)熱系數(shù)只有0.08～0.10kcal/(m·h·℃)，僅為鋼材的1.33‰～2.5‰，鈣鎂水垢的1.33%～20%，嚴(yán)重阻礙傳熱，大大降低了鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，易造成傳熱面的局部過(guò)熱，造成爐管變形，進(jìn)而危及鍋爐的安全。

2.1.3 鍋爐給水中的油會(huì)發(fā)生熱水解并產(chǎn)生酸性物質(zhì)，造成爐水的pH值降低，進(jìn)而對(duì)鍋爐產(chǎn)生腐蝕危害。

2.2 凝結(jié)水中的鐵含量超標(biāo)給鍋爐帶來(lái)的危害

鍋爐給水中含有鐵時(shí)，進(jìn)入鍋爐后，會(huì)在爐管上生成氧化鐵水垢和磷酸鹽水垢，而給鍋爐的安全運(yùn)行帶來(lái)危害。

2.2.1 氧化鐵水垢。該水垢導(dǎo)熱性能很差，平均導(dǎo)熱系數(shù)只有0.1～0.2kcal/(m·h·℃)，僅為鋼材的1.67‰～5‰，約為鈣鎂水垢平均導(dǎo)熱系數(shù)的1.67%～40%。而資料顯示，鍋爐受熱面上附著1mm厚的水垢時(shí)，其燃料的消耗將增加1.5%～3.0%，由此可見(jiàn)，在鍋爐爐管上生成的氧化鐵水垢將大大降低鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。

2.2.2 磷酸鹽水垢。鐵含量超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致鍋爐中磷酸鹽水垢的生成速度很快。由于磷酸鹽水垢容易從傳熱面上脫落，因此鍋爐給水中的磷酸鹽含量超標(biāo)很容易引發(fā)爆管事故。

3 凝結(jié)水處理技術(shù)方案

3.1 凝結(jié)水污染的主要原因分析

針對(duì)裝置情況，回收凝結(jié)水的雜質(zhì)主要來(lái)自以下三個(gè)方面：

3.1.1 金屬腐蝕產(chǎn)物。在汽水循環(huán)系統(tǒng)中，鋼制設(shè)備和管道的金屬腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入凝結(jié)水中，其中主要是鐵的腐蝕產(chǎn)物。凝結(jié)水中鐵化合物的形態(tài)主要是Fe3O4和Fe2O3等氧化物，它們呈懸浮態(tài)（粒徑>0.1μm）和膠態(tài)。

3.1.2 工藝設(shè)備。泄漏在間接蒸汽加熱的不同應(yīng)用場(chǎng)合與生產(chǎn)工藝，雜質(zhì)的成分與污染的途徑也不同。如在煉油廠，經(jīng)常有油類(lèi)、生水等漏入蒸汽凝結(jié)水中，而造成油超標(biāo)或硬度超標(biāo)。

3.1.3 蒸汽污染。鹽類(lèi)和雜質(zhì)進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)后，由于水滴攜帶或蒸汽的溶解攜帶而進(jìn)入凝結(jié)水中，造成水質(zhì)惡化。

3.2 凝結(jié)水除油除鐵技術(shù)

3.2.1 重力除油。此種方法適用于水中油含量較大的工況。因重力沉降所能分離油滴的最小直徑較大，因而對(duì)于直徑很小的乳化油和溶解油無(wú)能為力。

3.2.2 焦炭除油。此種方法為吸附除油，除油效率低。

3.2.3 無(wú)機(jī)陶瓷濾膜（微孔過(guò)濾器、超微過(guò)濾器等）除油除鐵。此種方法運(yùn)行時(shí)存在過(guò)濾材料實(shí)際透水率低、向水中析出氧化鋁、氧化硅顆粒的問(wèn)題，造成設(shè)備產(chǎn)能不足，凝結(jié)水電導(dǎo)率升高，二次污染；且設(shè)備失效清洗再生時(shí)需要使用表面活性劑、殺菌除藻劑等多種化學(xué)藥劑，并使用160℃～250℃的蒸汽，工藝繁瑣復(fù)雜，存在安全隱患。

3.2.4 高密度纖維除油。纖維老化迅速，壽命短，設(shè)備維護(hù)工作量大。

3.2.5 纖維球除油。纖維球孔徑大，過(guò)濾精度低，處理后水中的油含量大，且再生需要用油，增加了處理難度。

3.2.6 類(lèi)萃取除油。此種方法長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)再生清洗系統(tǒng)，凝結(jié)水中的油會(huì)污染樹(shù)脂從而影響吸附效果。且無(wú)在企業(yè)成功運(yùn)用的案例。

3.2.7 復(fù)合膜除油除鐵。此種方法除油、除鐵的精度高，并可將凝結(jié)水中的油、鐵及懸浮物等雜質(zhì)一次性去除。設(shè)備耐高溫、運(yùn)行成本低、全自動(dòng)控制、占地面積小，技術(shù)成熟，已在多家石油石化企業(yè)中使用。

3.2.8 此種方法過(guò)去曾存在著鋪膜不均和爆膜困難的問(wèn)題，但供貨商經(jīng)過(guò)自主研發(fā)，進(jìn)行了多項(xiàng)設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和系統(tǒng)工藝的改進(jìn)，已成功解決了這些問(wèn)題，并已在青島石化和神華煤集團(tuán)等多家企業(yè)中成功運(yùn)用。

3.2.9 磁力過(guò)濾除鐵。此種方法運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水中的油會(huì)附著在磁性材料上，難以去除，影響處理效果。

3.2.10 離子交換樹(shù)脂除鐵。離子交換樹(shù)脂不耐高溫，易老化中毒，操作及再生復(fù)雜，成本高。

3.3 技術(shù)選擇

結(jié)合現(xiàn)狀并通過(guò)實(shí)際對(duì)比，建議采用復(fù)合膜除油除鐵技術(shù)。

3.3.1 工藝流程

根據(jù)中捷石化回收凝結(jié)水的水質(zhì)情況，本項(xiàng)目的凝結(jié)水處理提出如圖1方案。

圖1 凝結(jié)水處理系統(tǒng)圖

回收的凝結(jié)水匯集到凝結(jié)水罐中，經(jīng)凝結(jié)水泵加壓后依次進(jìn)入復(fù)合膜凝結(jié)水除油除鐵裝置和精密過(guò)濾器深度去除水中的油和鐵，使凝結(jié)水中油和鐵的含量均達(dá)到中壓鍋爐給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)。

以上工藝路線中，凝結(jié)水經(jīng)過(guò)復(fù)合膜凝結(jié)水除油除鐵裝置和精密過(guò)濾器的處理后，在進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)前，還需先行通過(guò)出水水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行油和鐵含量的在線監(jiān)控，確保進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的凝結(jié)水油和鐵的含量均為100%合格。油含量或鐵含量不合格時(shí)，凝結(jié)水返回凝結(jié)水罐進(jìn)行循環(huán)處理。

另外，為了保持復(fù)合膜凝結(jié)水除油除鐵裝置的運(yùn)行具有較高的經(jīng)濟(jì)性，凝結(jié)水在進(jìn)入復(fù)合膜凝結(jié)水除油除鐵裝置前，則需先行通過(guò)進(jìn)水水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行油含量的在線監(jiān)控。事故狀態(tài)下油含量很高（＞10mg/L）的凝結(jié)水，通過(guò)與水中油在線檢測(cè)儀聯(lián)鎖的氣動(dòng)閥直接排入污水管道，進(jìn)入含油廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，而不進(jìn)入復(fù)合膜凝結(jié)水除油除鐵裝置進(jìn)行處理。

3.3.2 技術(shù)目標(biāo)

本方案實(shí)施后，可解決凝結(jié)水存在的油和鐵超標(biāo)這兩個(gè)主要問(wèn)題：

（1）去除凝結(jié)水中的油，將凝結(jié)水中油的含量降至1mg/L以下，達(dá)到中壓鍋爐給水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）去除凝結(jié)水中的鐵，將凝結(jié)水中鐵的含量降至50μg/L以下，達(dá)到中壓鍋爐給水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

復(fù)合膜凝結(jié)水精處理裝置的年運(yùn)行時(shí)間按8400h計(jì)算，凝結(jié)水的回收量按85噸/時(shí)計(jì)算，本方案實(shí)施后每年可回收利用的凝結(jié)水量71.4104t。

3.4.1 回收價(jià)值

現(xiàn)我司動(dòng)力介質(zhì)價(jià)格如下：

除鹽水：4.00元／t

電：0.66元／kW·h

蒸汽：100.00元／t

壓縮空氣：0.15元／Nm3

污水處理：12元/t

熱能的價(jià)值按下式根據(jù)蒸汽的價(jià)值計(jì)算得出，其中凝結(jié)水的溫度按95℃計(jì)算，除鹽水的溫度按25℃計(jì)算，熱能利用率按80%計(jì)算。

熱能價(jià)值＝(凝結(jié)水溫度－除鹽水溫度)×水比熱÷蒸汽熱焓×蒸汽熱值成本×熱能利用率，計(jì)算得10.61元/t

凝結(jié)水價(jià)值＝除鹽水價(jià)值＋熱值價(jià)值＝4+10.61=14.61元/t

節(jié)能效益S1＝回收凝結(jié)水量×凝結(jié)水價(jià)值×運(yùn)行時(shí)間，計(jì)算得10431540元/a

凝結(jié)水中回收利用的熱能按下式計(jì)算得出：熱能回用量＝(凝結(jié)水溫度－除鹽水溫度)×水比熱×回收凝結(jié)水量，計(jì)算得4.998×1010kCal/a

凝結(jié)水中回收利用的熱能折合標(biāo)煤按下式計(jì)算得出，其中標(biāo)煤的單位發(fā)熱量為7000kcal/kg，鍋爐的熱效率按70%計(jì)算：熱能折合標(biāo)煤量=熱能回用量÷鍋爐的熱效率÷標(biāo)煤的單位發(fā)熱量，計(jì)算得10200t/a。

3.4.2 運(yùn)行費(fèi)用

（1）木質(zhì)纖維素費(fèi)用，消耗量為0.3t/a，單價(jià)15000元/t，費(fèi)用4500元/a；

（2）粉末活性炭費(fèi)用，消耗量為0.3t/a，單價(jià)12000元/t，費(fèi)用3600元/a；

（3）除鹽水的消耗費(fèi)用，消耗量為770t/a，單價(jià)4元/t，費(fèi)用3080元/a；

（4）電費(fèi)，耗電量為215730kW·h/a，單價(jià)0.66元/kW·h，電費(fèi)142382元/a；

（5）壓縮空氣的消耗費(fèi)用，消耗量為12750Nm3/a，單價(jià)0.15元/Nm3，費(fèi)用1913元/a；

（6）污水排放的費(fèi)用，設(shè)備排污量1360t/a，污水處理單價(jià)12元/t，則污水排放的費(fèi)用16320元/a；

（7）人工費(fèi)用，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)不需額外增加運(yùn)行人員，人工費(fèi)記作零。

綜上所述，復(fù)合膜凝結(jié)水精處理裝置的運(yùn)行費(fèi)用為171795元/a，單位成本為0.24元/t。

3.4.3 新增凈節(jié)能效益

凈節(jié)能效益為回收價(jià)值和運(yùn)行用之差，約計(jì)1026萬(wàn)元/a。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 凝結(jié)水經(jīng)復(fù)合膜除油除鐵技術(shù)處理后，油、鐵的含量可以完全達(dá)到中壓鍋爐的給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 如果采用復(fù)合膜除油除鐵技術(shù)至少可新增凈節(jié)能效益1026萬(wàn)元/a，節(jié)水71.4×104t/a，節(jié)約標(biāo)煤1.02×104t/a，節(jié)能效益和社會(huì)效益顯著。

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