徐誠淵 韓金文 余華
摘要:隨著國家對環(huán)境保護的注重,全國各地開始實施節(jié)能減排政策,很多中小型鍋爐企業(yè)為達到節(jié)能減排標準給鍋爐安裝了冷凝水回收設備。冷凝水回收設備可以有效回收鍋爐煙氣中的余熱和水蒸氣,作為鍋爐補給水投入鍋爐再次循環(huán)利用,有效減少鍋爐補給水的用水量以及燃料耗用量,減少對周邊環(huán)境的污染。本文通過對冷凝水回收以及除氧的原理和方法的分析研究,了解除氧對鍋爐的重要作用。
關鍵詞:低壓鍋爐;冷凝水回收;除氧方法
引言:
一般情況下水蒸氣冷凝后形成純凈的蒸餾水,可以用作鍋爐補給水再次循環(huán)利用[1]。不過無論是開放式還是密閉式冷凝水回收設備,在運用一定時間后都會出現(xiàn)一個問題,就是水蒸氣冷凝水用作鍋爐補給水后,鍋爐的回水管道和設備都會出現(xiàn)含鐵的氧化物,冷凝水因含鐵氧化物而變成紅褐色,對鍋爐運行和回水系統(tǒng)造成一定影響,存在一定的安全隱患。本廠經(jīng)過技術改造,設備升級以后在地下管廊安裝了兩套冷凝水回收設備,通過對安裝冷凝水回收設備的鍋爐試運營不斷摸索學習,力圖找到經(jīng)濟合理的冷凝水回收除氧方法。
1、鍋爐除氧對鍋爐安全經(jīng)濟運行的意義
據(jù)調(diào)查結(jié)果可知,低壓鍋爐回水系統(tǒng)的氧腐蝕是造成鍋爐出現(xiàn)事故的主要原因。如果不進行除氧,冷凝水中的含鐵氧化物會對鍋爐造成嚴重腐蝕,腐蝕后的產(chǎn)物會導致鍋爐熱力設備損壞使得鍋爐熱效率降低。這樣的問題不但會使鍋爐減少使用壽命還可能隨時發(fā)生安全事故[2]。因此對鍋爐回收的冷凝水進行除氧處理是鍋爐運行必不可少的環(huán)節(jié),以便保護鍋爐不受氧腐蝕,保證鍋爐正常安全運行。有利于企業(yè)鍋爐達到節(jié)能減排標準的同時提高鍋爐熱效率,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
2、低壓鍋爐蒸汽冷凝水的特性及對管道的腐蝕
2.1低壓鍋爐蒸汽冷凝水特性
低壓鍋爐進行鍋外水處理時,通常使用鈉離子樹脂交換法,通過這種方法降低原水的硬度,使原水達到合格標準再送入鍋爐,軟化后的水在鍋爐內(nèi)高溫條件下發(fā)生的化學反應為:
2.2低壓鍋爐蒸汽冷凝水對管道的腐蝕
冷凝水是純凈的蒸餾水,其成分基本不含溶解鹽,因為冷凝水的緩沖作用比較小所以只能溶解一般的弱酸。因此pH值容易偏低。
在實驗室中,通過對pH試紙和電導率儀等的運用對低壓鍋爐的冷凝水分析可知冷凝水呈弱酸性,水中有含鐵氧化物。如果不經(jīng)處理直接送入鍋爐作鍋爐補給水,會對回水管以及鍋爐造成一定腐蝕結(jié)果,生成鐵垢對鍋爐熱力設備造成一定影響,使得鍋爐熱效率降低,減少鍋爐使用壽命,嚴重一點則可能出現(xiàn)鍋爐事故,造成人員傷亡和無法估計的經(jīng)濟損失。
3、蒸汽冷凝水回收的經(jīng)濟效益
3.1節(jié)約燃料
蒸汽冷凝水的溫度相較于普通水而言溫度較高,大約在60-90℃,蒸汽冷凝水可以有效提高鍋爐補給水的溫度,減少燃料的耗用,每回收1t蒸汽冷凝水可以節(jié)約的燃料耗用量的計算公式為:
式中:t回代表回收冷凝水的溫度;t自代表鍋爐補給水的溫度;Qdw代表燃料低位發(fā)熱量; 代表鍋爐熱效率。
3.2節(jié)約水源
可回收蒸汽冷凝水的量由鍋爐性質(zhì)決定,一般鍋爐都可以達到鍋爐補給水量的40%-90%。以燃油鍋爐為例,一臺燃油鍋爐的運行效率為4t/h,每天運行15h,一年使用300天,鍋爐的熱效率是80%,一年的用水量大約為14800t,如果冷凝水回收的效率是50%,那么該燃油鍋爐一年可節(jié)約用水7400t。
3.3節(jié)約用鹽
蒸汽冷凝水的硬度不高,減少了軟化設備的使用次數(shù),減少了鹽的使用量。
3.4提高環(huán)境質(zhì)量
蒸汽冷凝水回收可以有效減少燃料的耗用,同時減少因鍋爐燃燒而產(chǎn)生的廢氣、工業(yè)熱水排放對環(huán)境造成的污染和傷害[3]。蒸汽冷凝水是純凈的蒸餾水,比自來水的含鹽量低,且雜質(zhì)很少,用作鍋爐補給水大大提高了鍋爐水的濃縮比,有效減少鍋爐的排污量,合理改善環(huán)境。
4、除氧器系統(tǒng)概況
燃氣鍋爐在進行燃燒產(chǎn)氣時,一部分水蒸氣經(jīng)出口管進入除氧器,此部分水蒸氣用于加熱除氧器的補給水,而其他蒸汽則去向用汽部門,用于工藝和空調(diào)。進入除氧器的水蒸氣主要作用為熱力除氧,將除氧器中的補給水加熱到當前壓力(20Kpa)所允許的最高溫度(104℃),繼而除去補給水中的氧氣,保證鍋爐補給水的質(zhì)量。如果水中存在溶解的氧,在接觸鍋爐內(nèi)部金屬時發(fā)生化學反應,會腐蝕鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu);如果熱交換器中存在氣體,會加大傳熱的阻力,降低鍋爐的熱效率。
熱力除氧是把除氧器里的水散播成細水柱或薄水膜,當高溫水蒸氣進入除氧器后與水接觸,將水加熱到當前壓力所允許的最高溫度,繼而除去水中溶解的氧。因為水柱細小,眾多水柱的表面積增加,使得氧氣極易逸出,以此達到除氧目的。本廠的燃氣鍋爐使用無頭鼓膜式除氧器進行熱力除氧,進水為室溫,溫度上升空間大,與水蒸氣接觸后水中溶解的氧變成氣體逸出,飄在除氧器上層空間便于將其排放出去,對鍋爐補給水進行有效除氧。
5、低壓鍋爐冷凝水回收除氧的方法
5.1熱力除氧
熱力除氧的原理是亨利定律,所有氣體在水中的溶解度與其在氣水界面的氣體分壓力和水溫有關系,水溫越高,水蒸氣的分壓力越高,其他氣體的分壓力越低。由此可得當水溫高至水沸騰時,其他氣體的分壓力是零,那么溶解在水中的其他氣體也就是零。
5.2鐵屑除氧
鐵屑除氧的原理是當帶有一定溫度的水經(jīng)過鐵屑時,水中含有的氧即與鐵屑產(chǎn)生化學反應,氧在反應過程中被消耗。鐵屑除氧效果存在一定波動,且消耗快等缺點,因此使用鐵屑除氧方法的企業(yè)越來越少,鐵屑除氧隨著科技的發(fā)展進步正一步步被淘汰。
5.3解吸除氧
解吸除氧在除氧過程中需要考慮化學反應,按照標準進行調(diào)整,保證鍋爐運行符合其運行合格范圍。另外,在化學反應時可以對腐蝕結(jié)構(gòu)和設備自動化進行控制,有效提高鍋爐運行的安全性。
5.4化學藥劑除氧
化學藥劑除氧是將化學除氧劑投入鍋爐、回水管或鍋爐的熱水管網(wǎng)中?;瘜W除氧劑的主要有傳統(tǒng)亞硫酸鈉、聯(lián)氨和新型二甲基酮肟、乙醛肟、異抗壞血酸鈉等化學除氧劑。
結(jié)論:
綜上所述,國家為保護環(huán)境而出臺了節(jié)能減排相關政策,各中小型鍋爐企業(yè)為達到節(jié)能減排標準而利用冷凝水回收系統(tǒng)進行冷凝水回收循環(huán)利用,在對環(huán)境起到保護作用的同時減少了鍋爐燃料耗用,提高了鍋爐熱效率。但是冷凝水在進入回水系統(tǒng)后會出現(xiàn)含鐵氧化物,對鍋爐造成一定影響,重則危害鍋爐使用安全[4]。因此在冷凝書作為鍋爐補給水送入鍋爐回水系統(tǒng)前要先進行除氧處理,由于部分低壓鍋爐的水蒸氣用于食品烘干等,除氧劑必須使用無毒無害且具有高還原性、與氧發(fā)生反應后的產(chǎn)物對鍋爐沒有影響等特點。除氧劑的使用可以有效減少氧在補給水中的含量,避免含鐵氧化物在鍋爐回水系統(tǒng)中堆積出現(xiàn)鐵垢,損壞鍋爐熱力設備或造成鍋爐事故等問題的出現(xiàn)。在幫助企業(yè)達到節(jié)能減排標準的同時減少對鍋爐燃料的耗用量,降低企業(yè)鍋爐成本,有利于提高企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力。
參考文獻:
[1]晉城天成化工有限公司.一種蒸汽冷凝水回收裝置:CN201710898761.7[P].2017-12-11.
[2]威海翔澤新材料科技有限公司.一種低壓鍋爐無磷復合清缸劑及制備方法:CN202010121888.X[P].2020-06-04.
通訊作者:徐誠淵