江磊 高迎熙

1中國石油化工股份有限公司長嶺分公司 2西安況能電力設(shè)備有限公司

1 背景

為保證鍋爐熱力系統(tǒng)長周期平穩(wěn)運(yùn)行，一般同時采取排污和加藥兩種方式改善爐水水質(zhì)，減緩結(jié)垢。排污是指用定期排污和連續(xù)排污的形式排出一定量水質(zhì)變差的爐水并補(bǔ)充新水以降低濃縮倍數(shù)。加藥則是定量加入阻垢劑以防結(jié)垢，磷酸三鈉是應(yīng)用最廣泛的阻垢劑，一些無磷配方的阻垢劑也有所應(yīng)用但因效果、經(jīng)濟(jì)性等多方面原因尚未能全面取代磷酸三鈉。

在鍋爐爐水質(zhì)量控制領(lǐng)域已經(jīng)開發(fā)了多種自動加藥和排污控制系統(tǒng)，但由于采樣分析的代表性和準(zhǔn)確性、算法等原因，自動加藥和排污控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性不盡人意。目前多數(shù)鍋爐仍以人工調(diào)整的模式控制排污和加藥，操作上為保險起見一般都會有意加大排污量和加藥量。一方面排污量居高不下，影響能耗，另一方面磷酸三鈉的加入量憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，爐水質(zhì)量不穩(wěn)定，同時也容易造成排放污水中磷含量超高，帶來環(huán)保問題。

某煉化公司熱電部兩臺260t/h 循環(huán)流化床鍋爐（CFB），CFB鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽（9.8MPa）主要作為工業(yè)熱源（3.5MPa或1.0MPa）輸送到下游各用熱單元，同時在降壓過程中推動汽輪機(jī)裝置發(fā)電。相對中壓鍋爐而言，高壓鍋爐對爐水品質(zhì)要求更為嚴(yán)格。若爐水品質(zhì)不佳不僅會加劇鍋爐結(jié)垢影響熱效率，而且可能造成汽輪機(jī)本體葉片積鹽，降低汽輪機(jī)的出力效率，并可能因?yàn)橛绊懥巳~片動平衡而產(chǎn)生安全隱患。另外送至各用熱單元的蒸汽品質(zhì)不佳，長時間累積會造成設(shè)備腐蝕、結(jié)垢堵塞等負(fù)面影響，甚至形成安全隱患。

CFB鍋爐原配置有汽水取樣架和汽水分析在線儀表，取樣水經(jīng)過冷卻器冷卻后由汽水儀表自動取樣化驗(yàn)。爐水加藥系統(tǒng)由現(xiàn)場控制柜人工現(xiàn)場啟動兩臺計量泵進(jìn)行加藥。但運(yùn)行過程中存在以下問題：

①汽水取樣架換熱效果差，爐水樣品攜帶蒸汽，一方面嚴(yán)重影響在線儀分析的準(zhǔn)確性，另一方面由于汽水相平衡變化，爐水樣品的代表性也受到影響。

②在線分析儀表無法正常投用，爐水水質(zhì)檢測為人工定點(diǎn)取樣化驗(yàn)檢測，并根據(jù)人工分析結(jié)果判斷調(diào)整排污，分析結(jié)果嚴(yán)重滯后，排污或加藥等調(diào)整措施對爐水水質(zhì)的影響嚴(yán)重失真。而且人工定點(diǎn)取樣化驗(yàn)為每4h一次，分析頻次大，也造成了分析成本高。

③加藥系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)人工調(diào)整加藥量，爐水質(zhì)量不可控因素多，波動大。

為確保爐水水質(zhì)，生產(chǎn)上犧牲了一定的排污量和加藥量，盡管水質(zhì)達(dá)標(biāo)率100%，但綜合汽水損耗率高達(dá)5%～8%，單臺鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時排污量多達(dá)5.5t/h以上，節(jié)能減排壓力大。

鑒于爐水取樣分析監(jiān)測提質(zhì)節(jié)能系統(tǒng)（簡稱“爐水自控系統(tǒng)”，下同）在該煉化公司制氫裝置中壓鍋爐（3.5MPa）的成功應(yīng)用，在提高爐水質(zhì)量、緩解鍋爐結(jié)垢的同時降低排污量70%，2022年CFB鍋爐新增了一套爐水自控系統(tǒng)，包含爐水、過熱蒸汽、飽和蒸汽、除氧水、省煤器入口汽水取樣裝置，水質(zhì)在線分析系統(tǒng)、排污電動調(diào)整閥門，智能分析提質(zhì)節(jié)能控制系統(tǒng)，磷酸鹽自動加藥控制系統(tǒng)等。該爐水自控系統(tǒng)通過獨(dú)特設(shè)計的高低溫取樣架降溫降壓保障爐水取樣的代表性，分析系統(tǒng)連續(xù)分析爐水化學(xué)（pH值、電導(dǎo)率、硅酸根濃度、磷酸鹽濃度）指標(biāo)，應(yīng)用自適應(yīng)PID算法，綜合積分分離、抗積分飽和、帶超限死區(qū)和不完全微分等算法，自動調(diào)整排污和加藥，實(shí)現(xiàn)爐水各項化學(xué)指標(biāo)保持穩(wěn)定，達(dá)到保證爐水水質(zhì)并減少排污量的目的。2022年5月6日爐水自控系統(tǒng)調(diào)試完畢，5月7日正式投運(yùn)，平穩(wěn)運(yùn)行至今。

2 應(yīng)用效果

2.1 爐水自控系統(tǒng)投用前爐水質(zhì)量情況

以2020~2022年數(shù)據(jù)為例，爐水自控系統(tǒng)投用前爐水質(zhì)量基本統(tǒng)計如表1所示，以增加水質(zhì)分析頻次、加大排污量和加藥量為代價，保證了水質(zhì)100%合格率。但從實(shí)際誤差分析，水質(zhì)各項指標(biāo)的波動不容樂觀。

表1 2020～2022年爐水自控系統(tǒng)投用前爐水質(zhì)量統(tǒng)計表

2.2 爐水自控系統(tǒng)投用后爐水質(zhì)量情況

2022年5月爐水自控系統(tǒng)投用運(yùn)行，至2023年1月爐水水質(zhì)基本情況如表2所示。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明爐水水質(zhì)繼續(xù)保持了100%合格率，而且爐水中pH值、磷酸鹽和電導(dǎo)率的平均偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于爐水自控系統(tǒng)投用前，表明爐水水質(zhì)控制更平穩(wěn)；爐水中磷酸鹽和電導(dǎo)率平均值均低于爐水自控系統(tǒng)投用前，反映了磷酸三鈉加入量的有效降低，而且較低的磷酸鹽濃度反而讓爐水結(jié)垢趨勢更低。這些分析指標(biāo)的變化充分表明了爐水自控系統(tǒng)投用后爐水水質(zhì)實(shí)質(zhì)上得到了提高，進(jìn)而也獲得了品質(zhì)更優(yōu)的蒸汽。

表2 2022-2023年爐水自控系統(tǒng)投用后爐水質(zhì)量統(tǒng)計表

2.3 排污量的變化

爐水自控系統(tǒng)投用前，由于是采樣分析水質(zhì)結(jié)果滯后，人工加藥導(dǎo)致爐水水質(zhì)控制水平較低，不得已只能加大排污以保障水質(zhì)平穩(wěn)，單臺鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時排污量高達(dá)5.5t/h以上。爐水自控系統(tǒng)投用后，根據(jù)爐水水質(zhì)變化情況調(diào)整CFB鍋爐汽包連續(xù)排污量和定期排污量，單臺鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時排污量已降至1.7t/h左右，相比投用前排污總量減少69%。

鍋爐排污水實(shí)際上就是鍋爐汽包內(nèi)的飽和態(tài)爐水，而CFB鍋爐的原料水為二級除鹽水，每噸10余元，另外汽包內(nèi)的飽和態(tài)爐水要變成排污水，從高壓到低壓，從高溫到低溫，最后還帶走大量余熱焓值，浪費(fèi)的能耗和成本還是非?？捎^的。自爐水自控系統(tǒng)投用后，CFB鍋爐的綜合汽水損耗率從爐水自控系統(tǒng)投用前5%～8%降到了2%以下，還有更進(jìn)一步的優(yōu)化空間。由此可見，該系統(tǒng)的節(jié)水和節(jié)能效果卓有成效，具體經(jīng)濟(jì)效益會隨著鍋爐運(yùn)行負(fù)荷和時間而變化。

2.4 磷酸三鈉用量的變化

爐水自控系統(tǒng)投用前后單臺鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時磷酸三鈉消耗量分別約為2.72kg/d和2.18kg/d，即爐水自控系統(tǒng)投用后磷酸三鈉消耗量減少了20%，盡管磷酸三鈉價格比較低廉，但藥劑成本的節(jié)約還是非常明顯的。更重要的是減少了磷酸鹽的污水外排，鍋爐排污水中含有一定量的磷酸鹽，必須經(jīng)過污水處理之后才能排放外環(huán)境。而鍋爐排污水的減量和其中磷酸鹽濃度的降低，都有利于污水處理的后續(xù)處理和磷含量的達(dá)標(biāo)排放，環(huán)保意義顯著。

3 結(jié)語

在保證爐水質(zhì)量合格率100%的前提下，爐水取樣分析監(jiān)測提質(zhì)節(jié)能系統(tǒng)在CFB高壓鍋爐（9.8MPa）上成功應(yīng)用。2022年5月投用以來，該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行在獲得品質(zhì)更優(yōu)的爐水基礎(chǔ)上，降低了排污量69%，磷酸三鈉消耗量減少了20%，取得了顯著的節(jié)能、降本和減排效果，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益凸顯。