提高锅炉给水水质方案.doc

提高热电厂锅炉给水水质的建议及方案一、 锅炉使用现状原因分析：我厂锅炉使用至2009年以后至今，每年都用超过一个月的时间大修，频繁更换了炉膛内水冷管束，高、低温过热器 ，仍然出现频繁炸管。经过近三年的惨痛经历总结锅炉炸管原因主要有三点：一、前几年主要是锅炉给水水质差，排污力度不够造成水冷管束，高、低温过热器、汽包大面积结垢而炸管；二、由于锅炉给水水质差，排污量加大，进水量超出蒸汽量20吨，为了保证制盐用汽，使锅炉处于一种超负荷状态燃烧，加大燃煤量必然要加大风量，致使炉膛内水冷管束，高、低温过热器段烟气温度严重偏离制造厂设计值 且操作人员规范意识不足，没有得到有效控制，而使锅炉炸管，这里其中燃煤粒度、频繁变换煤种，操作工适应性差，没有严格按照设备使用要求规范操作有一定原因；三、锅炉使用的给水98%是盐硝冷凝水返回水，电导率控制在65s/cm以下，与锅炉给水使用标准（10s/cm）相差太大，导致炉内管结垢严重而炸管。 二 、提高锅炉给水水质背景及方案综合上述所有现象，需加强锅炉管理，增强规程规范意识外，锅炉给水水质太差是锅炉炸管的主要原因，提高锅炉水质势在必行。 公司60万吨盐硝联产热电厂化水设计制水量为60吨作为锅炉补充水使用，主要依靠盐硝冷凝水返回水作为锅炉主给水。由于公司经过20多年的生产，作为工业用水的地下深井水已经严重污染，化学水处理基本处于瘫痪状态，热电厂锅炉给水现98%依靠盐硝冷凝水返回水生产。由于种种原因，历经多年盐硝回水一直未能正常，迫使我厂再次提出对化学水处理系统进行改造。三 、提高锅炉给水水质方案提高锅炉水质目前有两个方案：一、 使用赣江河水，提高水处理进水品质，延长交换器使用周期，使热电厂水处理作为公司锅炉用水主要来源； 二、通过控制盐硝冷凝水水质电导率100s/cm，将盐硝冷凝回冷却在40以下，在热电厂增加一套反渗透处理系统 ，降低盐硝冷凝水电导率（10s/cm）,使锅炉水质达到GB/T12145-1999水汽标准。提高锅炉水质首先产生如下经济效益：1、 现有锅炉排污率已经达到20%（若水质达标为24%）。假如锅炉负荷为115T/H,锅炉给水流量已达到140 T/H，除去正常锅炉排污率5吨左右，那么就有近20吨的水从除氧器的104水加热到锅筒压力4.1MPa,251.8的水排掉，初步焓值计算如下：104焓H1=435.95 kj/kg 4.1MPa,251.8 H2=1094.3 kj/kg(H2- H1)*20000=13167000 kj 13167000 kj 4.182=3148493.544kca按现有原煤3500 kca/ kg折算需原煤，锅炉效率为86%，：3148493.54435000.86=1046 kg（按省煤器效率，实际需原煤将更大），按锅炉运行7000小时计算，一年需原煤7000* 1046 =7322吨按现有采购原煤3500 kca/ kg每吨600元计算，可节约煤成本439.3万元。2、 锅炉水质达标后，可减少使用阻垢剂费用每月8吨，费用26.4820万元，按年使用量80吨计算，年费用264.8万元。3、 减少酸碱费用，减少排污及污染压力2011年热电厂酸碱消耗总量为1193吨，按600元/吨计算，费用总计为71.5万元，今年2月消耗酸碱达到191吨，费用为11.46万元，预计2012年酸碱费用将突破100万元。另由于酸碱造成的土地污染、设备腐蚀和腐蚀地下排污沟道带来的损失不可估计。4、 减少锅炉频繁炸管、大修的消耗费用2011年锅炉大修直接费用总计为303.2万元，且连续几年大修费用都近300万元以上，平常间断炸管带来的经济损失难以计算。总结以上费用，439.3+264.8+71.5+300=1075.6万元，如果将水处理改造后，锅炉若按3年一次大修，则每年锅炉修理费用100万元计算，化水若采用反渗透保留混床每月再生一次酸碱总计为6吨*600元/吨=3600元，年费用约4万元，炉内采用磷酸三钠加药，每月2吨*4000元/吨=8000元/月，年费用约8万元，累计锅炉消耗费用112万元，可节约963.6万元。若进行水处理改造，现将以上两种方案资金投入及运行费用估算如下：第一种方案：使用深井水即使投入上百万元更换树脂、改造离子交换器，最终将回到现在的窘境，若考虑使用赣江河水，可以 离子交换与反渗透除盐水工艺及经济性能比较丁章勇1 薛叙明2（1. 常州新东化工发展有限公司 江苏常州 213034； 2. 常州工程职业技术学院化学工程技术系 江苏常州 213164）摘要：从生产工艺、操作方法和制水成本等方面对离子交换法和反渗透法除盐水装置进行了比较，为新建装置的工艺选择提供理论依据。关键词：离子交换 反渗透 水处理工艺 中图分类号: TU991.2 文献标识码: A 文章编号:离子交换法和反渗透法是目前化工生产中经常采用的两种除盐水制备方法，常州新东化工发展有限公司是全国氯碱重点企业，是以生产氯碱产品和聚氯乙烯为主的综合性化工企业，其中离子膜电解、氯化氢吸收和氯乙烯聚合等生产过程需要大量使用除盐水。公司以常州滨江水厂的工业自来水作为制备除盐水的原水，其主要指标如下：电导率350s/cm；PH值7.80；总硬度130mg/L；钙30.5mg/L；硫酸盐28mg/L，而各生产岗位对除盐水的指标要求主要有：电导率10s/cm；钙镁离子含量20ppb；氯离子含量10ppm。为了满足氯碱和聚氯乙烯生产对除盐水的需求，我公司分别于2003年和2008年新建了两套100m3/h的除盐水装置，两套装置分别选用了复床离子交换法和反渗透法，经过一段时间的运行发现，两者在工艺原理、流程组织、操作方法、制水成本等诸多方面存在一定的差异，下面就根据我公司两套装置的实际运行情况，对两种方法进行比较。一、 工艺原理：1、 离子交换法：在膜分离技术广泛应用之前，离子交换法一直在水处理工业中占主导地位，它是采用化学方法，在原水先后通过阳、阴离子交换树脂后，水中所含的各种离子与离子交换树脂进行离子交换反应而被除去，从而制得符合生产工艺要求的除盐水，因此离子交换法又称为化学除盐处理。以0017和2017分别作为阳离子和阴离子交换树脂的代表，典型的离子交换反应方程式如下（水中的阳离子和阴离子分别以Ca2+、Cl-为例）：2R-SO3H + Ca2+ （R-SO3)2Ca + 2H+R-NOH + Cl- R-NCl + OH-式中R代表树脂中的不溶性骨架或固定基团。在经过一段时间运行后，离子交换树脂会达到交换饱和从而失去交换能力，也就是树脂完全从酸（碱）型转变成了盐型，这时就需要用酸碱对失效的树脂进行再生，使其恢复交换能力，再生过程如下：（R-SO3)2Ca + 2H+ 2R-SO3H + Ca2+R-NCl + OH- R-NOH + Cl-也就是说离子交换过程是一个可逆过程，运行时反应向树脂的盐型方向进行，再生时反应向树脂的酸（碱）型方向进行。2、 反渗透法：反渗透属于新型膜分离技术的一种，是自然界渗透现象的逆过程，它主要是通过物理方法，利用半透膜的选择透过特性，在进水侧加上一个超过水中离子渗透压的压力，使溶剂（水）分子透过半渗透膜，而将大部分溶质（盐）分子截留在膜的进水侧，从而达到去除水中离子，制备除盐水的目的。与离子交换相比，反渗透具有占地面积小、设备简单、能连续运行、出水水质稳定、操作方便、无需酸碱再生、废水排放少等优点。二、 工艺流程：1、 离子交换法：离子交换法除盐水工艺主要包含水质预处理、离子交换和酸碱再生三部分，其中离子交换是整个工艺的核心，综合考虑原水水质和产水指标要求等因素，我们采用了常用的弱酸+强酸+弱碱+强碱的工艺流程，离子交换器中分别装填D113、0017、D301、2017四种离子交换树脂；为了除去水中的悬浮物和余氯，在离子交换之前设置了活性炭过滤器；因为阳床和阴床的再生周期并不相同，所以在阳床和阴床中间设有中间水箱，阳床出水在进入中间水箱之前先经过一个鼓风式脱碳塔，这样可以基本除去水中的HCO3-，从而免去了OH型强碱性阴离子交换树脂用于交换HCO3-而消耗的交换容量。我公司离子交换除盐水装置的简易流程如下：原水池原水泵活性炭过滤器弱酸阳离子交换器强酸阳离子交换器脱碳塔中间水箱中间水泵弱碱阴离子交换器强碱阴离子交换器除盐水箱除盐水泵用水岗位2、 反渗透法：反渗透法除盐水工艺主要包括水质预处理、膜分离和助剂添加三部分，其中膜分离是整个工艺的核心，综合考虑原水水质和产水指标要求等因素，我们选用了美国DOW公司BW30-400聚酰胺复合膜，该反渗透膜的脱盐率高，单膜脱盐率可达99.5%，且产水量大，性能稳定，使用PH值范围广（可达211），便于化学清洗处理。同时为了响应国家关于节能减排、循环利用水资源的号召，并结合企业自身实际，我们在工艺设计时增加了一只150m3的水池，收集膜分离中的浓水，用于对多介质过滤器和活性炭过滤器进行反洗，多余的浓水则通过浓水池上部的溢流口回到原水池循环利用；并且将过滤器反洗排水和反渗透膜冲洗排水回到消防水池，作为消防水使用，基本上做到了废水零排放。我公司反渗透除盐水装置的简易流程如下：原水池原水泵多介质过滤器活性炭过滤器精密过滤器反渗透机组浓水浓水池反洗多介质/活性炭过滤器消防水池 原水池 除盐水除盐水箱除盐水泵用水岗位三、 日常操作注意事项：1、 离子交换法：离子交换装置的日常操作主要有如下几个方面： 活性炭过滤器的反洗：当活性炭过滤器进出水压差超过0.05MPa时，需要进行反洗，这一过程的主要注意点是反洗流量的控制，流量过小达不到反洗效果，过大则会导致活性炭随反洗水一同排出，我们一般将反洗流量控制在300m3/h左右。 离子交换树脂的再生：离子交换是整个工艺的核心，因此树脂的再生也就显得非常重要，首先应该严格控制树脂再生前反洗松动的流量和时间，既要充分松动树脂，以防再生时发生偏流，又不能使树脂被反洗水带走，一般以50m3/h左右的流量反洗约10分钟；其次再生酸碱用量和进液速度也应该严格控制，只要让失效的树脂充分再生即可，如果用量过多则会增加置换和正洗的用水量和时间，我们一般控制再生液流量为12m3/h左右，进酸（碱）和置换总时间约3小时。 离子交换出水水质的检测：我们一般在阴床出口安装在线电导仪，但阳床出水钠离子含量及阴床出水的硅根含量等指标需要进行人工检测，这就要求操作人员及时准确检测，以便准确判断树脂失效。2、 反渗透法由于在膜处理单元实现了自动操作，并且无需进行酸（碱）再生，因此与离子交换相比，反渗透的日常操作较为简单，主要有以下几点： 多介质过滤器和活性炭过滤器的反洗：当过滤器进出水压差超过0.06MPa时需要进行反洗，与离子交换法相同，这一过程的主要注意点是反洗流量的控制，我们一般将反洗流量控制在200m3/h左右。 由于反渗透膜对进水水质要求较高，因此操作人员及时准确的填写操作记录，特别要注意精密过滤器的进出水压差，以便及时更换滤芯，防止杂质透过精密过滤器进入膜处理单元，导致膜的损坏。 由于反渗透主要采用物理方法，在膜的进水侧增加了较高的压力（一般为1.21.5MPa），为防止高压损坏膜元件，必须保证在高压泵启动时出水侧保持通畅，通常的做法是不在出口管路上安装阀门，如果确有必要安装阀门，就要求操作人员在启动高压泵前仔细检查，确保阀门处于开的状态。 助剂的添加：为了保证系统的正常运行，需要在进入装置的原水中添加絮凝剂、还原剂、阻垢剂等助剂，这就要求操作人员按照操作规程所规定的浓度及时配制各种助剂。总的来说，在日常操作和维护上，反渗透法比离子交换法工作量要小，但是反渗透对进水水质的要求比离子交换高，因此对操作人员的技术水平提出了较高的要求。四、 单位制水成本：除盐水装置的制水成本主要包括设备折旧费、工业水消耗、再生酸碱消耗、废水处理费用、日常维修费用、操作人员工资等。下面以100m3/h装置年运行时间8000小时为基准计算两者的单位制水成本，其中涉及的相关数据均从我公司装置实际运行中获得。1、 离子交换法： 工业水消耗费用X1： 100m3/h装置年运行8000小时，可制得除盐水为Q1 = 800000吨，理论上消耗工业水为Q1 = 800000吨； 活性炭过滤器每年反洗约80次，每次反洗15分钟，反洗流量300m3/h，正洗80次，每次正洗20分钟，正洗流量150m3/h，由此可知全年活性炭反洗和正洗共消耗工业水总量为：Q2 = 80（15300+20150）60 = 10000吨； 阳床和阴床每年再生约180次，再生前需要反洗松动树脂，其中弱床每次再生前均要反洗，强床每再生3次反洗一次，每次反洗10分钟，反洗流量150m3/h，由此可知全年阴阳床反洗共消耗工业水总量为：Q3 = （1801803）21501060 = 12000吨； 树脂再生流量12m3/h，每次再生时进酸（碱）和置换时间共3小时，由此可知全年交换器再生消耗的除盐水总量为：Q4 = 1232180 = 12960吨； 树脂再生后需要正洗至出水水质达标方可投入使用，阳床每次正洗时间1.5小时，阴床每次正洗时间2小时，正洗流量100 m3/h，由此可知全年交换器正洗共消耗工业水总量为：Q5 = （1.5+2）100180 = 63000吨； 根据以上计算可知，每年运行8000小时，可以外供的除盐水总量和消耗的工业水总量分别为：Q6 = Q1 Q4 = 80000012960 = 787040吨，Q7 = Q1 + Q2 + Q3 + Q5 = 800000 +10000 +12000 +63000 = 885000吨； 我公司使用的工业水单价为1.15元/吨，因此全年所消耗的工业水总费用为：X1 = 8850001.15 = 1017750元。 再生酸碱消耗费用X2： 阳床再生每次需要用精制盐酸3吨，酸单价为500元/吨，可知全年再生用酸总价为：3180500 = 270000元； 阴床再生每次需要用32%离子膜碱2.5吨，碱单价为450元/吨，可知全年再生用碱总价为：2.5180450 = 202500元； 全年消耗的酸碱总价为X2 = 270000 + 202500 = 472500元。 废水处理费用X3：在离子交换水处理中，活性炭正反洗排水、树脂反洗排水可以作为消防水使用，但是再生液和树脂正洗排水因为带有酸碱性，需要作为废水排放，每年需要排放的废水总量为：Q = Q3 + Q4 + Q5 + Q酸碱 = 12960 + 63000 + （3 + 2.5）180 = 76950吨排放的废水经过公司污水处理装置进行简单处理后，送到化工园区污水处理厂进行集中处理，总的处理单价约为8元/吨，则全年的废水处理费用为：X3 = 769508 = 615600元。 设备及填料的折旧费用X4： 离子交换再生周期短、再生耗时长，因此在实际生产中一般采用一用一备的运行方式，我公司离子交换装置的设备投资约85万元（含管道、阀门、泵机及活性炭过滤器和离子交换器的石英砂垫层，不含活性炭和树脂。），一般可按照10年折旧，那么每年的费用为 85000元； 水质预处理中设有三只活性炭过滤器，其中装填有优质果壳活性炭共约55吨，活性炭单价为8000元/吨，一般2年需要更换一次，因此每年的活性炭折旧费用为：5580002 = 22000元； 两套离子交换器中装填的四种树脂价格分别为：0017：7吨6500元/吨 = 45500元D113：20吨16000元/吨 = 320000元2017：13吨16000 = 208000元D301：1724500 = 416500元总价为45500 + 320000 + 208000 + 416500 = 990000元一般树脂按照5年折旧，则每年的折旧费用为9900005 = 198000元； 每年的折旧总费用为：X4 = 85000 + 22000 + 198000 = 305000元； 动力消耗费用X5： 离子交换装置中的各台泵机的动力消耗分别为： 原水泵：881667吨100吨/小时22KW 193967KWh 中间水泵：8000小时22 KW = 176000KWh 再生水泵：12960吨12吨/小时5.5KW = 5940KWh 脱碳风机：8000小时5.5 KW = 44000KWh 常州的动力电价格为0.645元/ KWh，由此可知每年的动力消耗总费用为：X5 = （193967 + 176000 + 5940 + 44000）0.645 270840元； 日常维修费用X6：包括检修材料费和人工费，一般可以按每年10万元计算； 操作工人工资X7：该装置额定操作人员6人，按照年工资支出4万元/人计算，总的工资支出为：X7 = 64 = 24万元； 制水总成本为：X = X1 + X2 + X3 + X4 + X5 + X6 + X7 = 3021690元， 单位除盐水制水成本为：XQ6 = 3021690787040 3.84元/吨。2、 反渗透法： 工业水消耗费用X1： 反渗透装置的产水率为75%，因此100m3/h装置年运行8000小时，可制得除盐水为Q1 = 800000吨，理论上消耗的工业水为Q2= 80000075% 1066667吨，产浓水Q3 = 266667吨； 多介质过滤器和活性炭过滤器每年反洗约320次，每次约1小时，反洗流量200 m3/h，由此可知全年过滤器反洗共消耗浓水总量和回用的浓水量分别为：Q4= 3201200 = 64000吨；Q5= Q3Q4=26666764000 = 202667吨； 多介质过滤器和活性炭过滤器每年正洗约320次，每次约40分钟，反洗流量100 m3/h，由此可知全年过滤器正洗共消耗浓水总量为：Q6= 3204060100 = 21333吨； 反渗透膜每年冲洗1000次，每次10分钟，流量100 m3/h，则全年膜冲洗共消耗RO除盐水总量为：Q7= 10001060100 = 16667吨； 根据以上计算可知，每年运行8000小时，可以外供的除盐水总量和消耗的工业水总量分别为：Q8 = Q1 Q7 = 80000016667 = 783333吨，Q9 = Q2 + Q6 Q5 = 1066667 + 21333 202667 = 885333吨； 我公司使用的工业水单价为1.15元/吨，因此全年所消耗的工业水总费用为：X1 = 8853331.15 1018133元。 药剂费用X2： 絮凝剂加入量1ppm，即1g/t，单价为33元/kg，因此每年的絮凝剂总费用为：1g/t1066667t33元/kg1000 = 35200元； 还原剂加入量3ppm，即3g/t，单价为2.5元/kg，因此每年的还原剂总费用为：3g/t1066667t2.5元/kg1000 = 8000元； 阻垢剂加入量3ppm，即3g/t，单价为55元/kg，因此每年的阻垢剂总费用为：3g/t1066667t55元/kg1000 = 176000元； 全年所加药剂总费用为：X2 = 35200 + 8000 + 176000 = 219200元； 设备及填料的折旧费用X3： 反渗透装置采用的是物理方法，无需进行再生，因此一般不设备用装置，我公司反渗透装置的设备投资约120万元（含管道、阀