在节能降耗的同时提高锅炉的安全性

5 6 工业锅炉 2 0 1 3年第 5期( 总第 1 4 1 期 ) 文章编号： 1 0 0 4 8 7 7 4 ( 2 0 1 3 ) 0 5 - 0 0 5 6 - 0 3 在节能降耗的同时提高锅炉的安全性 刘 勇 ， 李晓峰 ( 1 北京医院， 北京 1 0 0 7 3 0 ； 2 辽宁省鞍钢房地产开发集 团有限公司 ， 辽宁 鞍山 1 1 4 0 3 1 ) I m p r o v e t h e S a f e t y o f Bo i l e r wh i l e S a v i n g En e r g y Co n s u mp t i o n LI U Yo n g，LI Xi a o f e n g ( 1 B e i j i n g H o s p i t a l ， B e i j i n g 1 0 0 7 3 0 ， C h i n a ； 2 A n g a n g R e a l E s t a t e D e v e l o p m e n t ( G r o u p ) C o L t d ， A n s h a n 1 1 4 0 3 1 ，C h i n a ) 摘要： 通过合理的技术改造， 在提高冷凝水品质的同时， 提高高温冷凝水的回用率， 进而 改善了锅炉水质， 降低了蒸汽锅炉的排污率， 节约大量的能源。 对全国其他综合性医院的锅炉 安全运行和节能管理有借鉴意义。 关键词 ： 锅炉排污 率 ； 冷凝水 ； 浓缩倍数 ； 锅炉 安全 中 图分 类 号 ： T K 2 2 7 文 献 标 识 码 ： B 0 概述 北京医院坐落在北京繁华地段 ， 紧邻长安街 ， 是 一 所面向社会开放的医、 教 、 研 、 防全面发展 的现代 化综合性医院 ， 由于就诊病人多 、 手术多 ， 需要多种 热能设备辅助运行 。目前医院动力部有 3台德国劳 斯燃天然气蒸汽锅炉( 1台 6 t h ， 2台 4 t h ) ， 平均 负荷为 1 0 t h ， 主要用于器具消毒和洗衣房、 食堂等 场所用热 ， 是医院能源消耗最大的设备 ， 因此在确保 锅炉安全运行的基础上合理降低运行能耗显得尤为 重要 。 1 存在 问题 由于医院工作的特点 ， 蒸汽锅炉全年 ( 3 6 5天 ) 运行 ， 每天运行 1 0小时。医院非常重视节能降耗工 作 ， 1 9 9 7年就在锅炉 系统 中安装 了冷凝水 回收设 备 ， 但 回收的冷凝水品质不好 ， 很多时候不能使用而 白白放掉 ， 锅炉能耗相对较高。具体表现在 以下几 个方面 ： ( 1 ) 锅炉排污率高 由于医院 的补水源水质是负硬度 的高碱度水 ( 总碱度为 3 3 3 m m o l L ) ， 经过软化和锅炉蒸发过 程后 ， 冷凝水的 p H偏低 ， 6 5左右， 呈酸性。炉 内水 的总碱度在锅炉运行 中浓缩很快 ， 在浓缩倍 数 8左 右时， 炉水的p H值和总碱度就超过了 G B 1 5 7 6 工 收稿 日期 ： 2 0 1 3 -03 -01 第 一 作 者：刘 勇， 1 9 9 8年 毕 业 于北 京 联 大建 材 轻 工 学 院 暖通空调专业， 工程 师。 业锅炉水质 的极 限控制值 ， 锅炉 的排污率在 1 2 1 5 ， 能耗偏高。 ( 2 ) 管线腐蚀现象严重 由于医院的水质是高碱度的负硬度水 ， 回收的 冷凝水呈酸性 ， 存在酸性腐蚀。加上用气方式为间 断方式， 使得医院 1 9 9 7年安装在回水系统中的普通 碳钢管线 ， 腐蚀现象严重。经历 了 1 5年 的使用 ， 锈 迹斑斑 ， 更加重了冷凝水 回收后铁离子浓度偏高 的 症状 。 2原 因分析 为保证锅炉运行安全 ， 锅炉水质必须按照 G B T 1 5 7 6 -2 0 0 8 ( 工业锅炉水质 标准来执行。低压锅 炉一般采用软化水作补给水 ， 由于软化水是没有去 除碳酸盐的水 ， 在北方高碱度水质情况下 ， 会给锅炉 冷凝水带来两个潜在的危害 ： ( 1 ) ) 冷凝水酸化反应 冷凝水 中的 C O 主要来 源于蒸 汽， 蒸 汽 中的 C O 气体的主要来源是蒸汽锅炉补给水中游离 C O 和碳酸盐类在炉内受热分解。碳酸盐炉内分解 的反 应方程式为 ： 2 N a H C O 3 _N a 2 C O 3 +C O 2 +H2 O ( 1 ) C O 进入冷凝水后形成碳酸( H C O ， ) 。H C O ， 是一种弱酸 ， 在水 中电离的 H 不多。但冷凝水 是 比较纯净 的水 ， 含盐量小 ， 缓冲性差 ， 即使像 H： C O 。 这样的弱酸也会使 p H值有较大 的下降。当纯水 中 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 节能与改造 在节能降耗的同时提高锅炉的安全性 5 7 C O 为 1 mg L时 ， 纯水 的 p H值 由 7 0降至 5 5 。 同时随着 H 在腐蚀中不断消耗 ， 式 ( 1 ) 的电离平衡 被打破， 反应向右进行， 不断电离出 H 供腐蚀反应 使用 ， 直至 H C O 消耗完毕 。C O 腐蚀 的阳极反应 和阴极反应方程式如下 ： 阳极反应 ： F e F e “ +2 e ( 2 ) 阴极反应 ： 2 H +2 e H ， ( 3 ) C O 腐蚀的腐蚀产物是易溶的， 不会沉积在金属 表面 ， 所以 C O 腐蚀是均匀腐蚀 ， 不会形成保护膜。 腐蚀后的铁离子若进入锅炉不仅会导致受热面结成 铁垢 ， 而且会引发受热面炉管电化学腐蚀 ， 即点蚀现 象， 引起锅炉穿孔。同时由于医院蒸汽用途 的多样 性 ， 间断用气等特点 ， 蒸汽品质很容易受污染。一般 医院的用汽点都较为分散 ， 蒸汽管线较长 ， 管道和水 箱长时问处于酸性的冷凝水作用下 ， 腐蚀问题会很严 重。加上间断用汽产生的氧化铁锈渣也集中到冷凝 水中， 造成了冷凝水品质恶化 ， 不能直接回用 【 1 1 。 ( 2 ) 间断用气的氧腐蚀问题 冷凝水回收系统大部分为开式系统， 即换热设备 的蒸汽冷凝水集中排放到冷凝水箱内， 由于水箱内的 气体中 O ：的浓度与水箱外空气中 O ：的浓度存在较 大的浓度差 ， 随着冷凝水箱的“ 呼吸” ， 大气 中氧气不 断进入冷凝水箱。加上运行中用汽设备问断使用蒸 汽 ， 管线常处于空管状态 ， 使得氧腐蚀问题严重。 冷凝水 中氧腐蚀 的形式都是氧去极 化腐蚀 ， 其 腐蚀产物随着载体材质的不同而不同。冷凝水的输 送管道一般是钢制管材 ， 其腐蚀产物是铁的氧化物 ， 其反应方程式如下 ： 阳极反应 ： F e F e “ +2 e ( 4 ) 阴极反应 ： O +2 H， O +4 e一 4 O H一 ( 5 ) 以上反应的产物 F e 在水 中会与相关物质进 一 步进行反应 ， 其过程 ： F e +2 O H一 F e ( O H) 2 ( 6 ) 4 F e ( O H) 2 + 2 H 2 O + O 2 4F e ( O H) ( 7 ) V e ( O H) 2 + 2 F e ( O H) 3 一F e 3 O 4 +4 H 2 O ( 8 ) 受污染 的冷凝水的颜 色是红褐色 ， 且腐蚀越严 重 ， 颜色越深 ， 就是因为冷凝水 中含有以上腐蚀产物 。 3 节能改造 2 0 1 2年 ， 我们对院内的锅炉系统做 了一些技术 改造 ， 通过降低锅炉的排污率来改善能耗状况 。从 锅炉运行特点看 ： 最佳 改造途径应该是 围绕着提高 冷凝水回用 率而进行。高温冷凝水 是最好 的纯净 水 ， 回用它不但可以减少软化水的再生量 ， 也可以通 过高温冷凝水的纯净性 ， 降低锅炉水 的碱度 ， 降低除 氧器的负荷 。通过计算 ， 我们了解到， 如果冷凝水回 用率达到 5 0 以上 ， 锅炉 的排污率 由 1 5 下降 到 5 以下 ， 可以大幅度降低能耗。 在我们的设备运行中， 冷凝水 回用最大 的问题 是铁离子偏高， 为降低冷凝水铁离子含量 ， 我们的技 术改造分两步走 ： ( 1 ) 冷凝水回收管线 的改造 从技术角度来看 ， 可以通过管线的更换 ， 管线材 质的变化 ， 减少腐蚀因素 ， 从源头上降低铁离子的来 源。为此我们将医院的回水管线进行 了更换 ， 将可 能发生腐蚀 的程度 降低 。更换 的材质为 ： 3 0 4不锈 钢管， 避免了酸性水对碳钢管线 的腐蚀而使冷凝水 中铁离子含量太高的现象。 ( 2 ) 采用高温冷凝水除铁过滤技术 由于冷凝水收集水箱的材质是碳钢 ， 锅炉的材质 也是碳钢 ， 为确保高温冷凝水中的铁离子含量能达到 锅炉给水国家标准要求 ， 我们在回水系统 中安装 了一 套 5 t h速青冷凝水除铁过滤器。该设 备可 以确保 锅炉冷凝水处理后 的铁离子含量达标 ， 伺 时确保了 冷凝水在高温下 回用 。该改造技术采用后 ， 我们的 冷凝水回收率达到了 4 0 ， 达到了预期的效果。 4 改造效果 ( 1 ) 锅炉运行浓缩倍数提高 锅炉 的安全 和节能有 时是一对矛盾 ， 节约能源 不是简单地减少能源的使用量 ， 而是通过采用新 的 节能技术 、 工艺和设备来提高能源的利用率。 为保证锅炉安全运行 ， G B 1 5 7 6 -2 0 0 8 工业锅 炉水质 要 求 ， 锅 炉 内水质 必须在 ： ( 1 ) p H值超过 1 2 ； ( 2 ) 电导率超过 5 5 0 0 i x s c m； ( 3 ) ed , 碱度超过 2 4 mm o l L ， 相对碱度超过 0 2的时候进行强制性热排 污 ， 这部分排污的 目的是保证锅炉的运行安全 ， 排污 水的量取决于锅炉补水的水质 。通过新的节能技术 应用 ， 可以在提高冷凝水 回收利用率的同时， 改变给 水水质和锅炉水质， 也就给了我们提高锅炉水运行浓 缩倍数的机会。当锅炉水浓缩倍数提高后 ， 锅炉的排 污率也改变了， 节能节水是可观的。北京医院锅炉补 水水质在节能技术使用前， 锅炉排污率在 1 5 左右， 能耗偏高； 使用除铁技术， 提高冷凝水回用率后， 通过 冷凝水的回用降低排污率 1 0个百分点。 ( 2 ) 节能效益计算 我们按医院每小时产生 1 0 t 冷凝水计算 ， 而 l 0 t 冷凝水在 回用率不同的时候 ， 锅炉 的排污率和排 污量是不 同的。相关数据如表 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 工业锅炉 2 0 1 3年第 5期( 总第 1 4 1 期 ) 由表 1 可知 ， 当冷凝水 回用量增加后 ， 排污量 明 显下降 ， 我们按冷凝水 回用率达到 5 0来计算 ， 锅 炉的排污率可 以由不 回用时的 1 4 下降到 4 左 右 ， 减少热排污水排放 1 0个百分点 ， 如图 1 。 - 小 凹用 3 0 到用 4 0 i E ! I 用 5 o N 6 o H 州 图 1 冷凝水会用率和排污率关系曲线 我们可 以计算 5 0 冷凝水 回用后和减少这 1 0 个百分点排污水的节能效益 ： 冷凝水 中的热量 利用蒸汽冷凝水 中含有 的热量 ， 可以有效节约 能源消耗 。一般锅炉系统 回用冷凝水 的平均温度范 围在 7 0 9 0， 补给水 的平均温度范 围在 1 0 2 0 ， 如果能够大量利用高温冷凝水代替锅炉软水作 为锅炉补给水 ， 无疑提高 了锅炉补给水温度。按 6 0 c c的温差计算 ， 回用 的冷凝水每 k g含有 1 4 5 k J热 量 ， 按医院 1 0 t h的锅炉 ， 冷凝水 5 0 回用， 每年回 用冷凝水总量为： 1 0 t h1 0 h d3 65 d5 0=1 8 2 5 0 t a 在温差 6 0时 ， 回收总热量 ： 1 4 5 k J k g X 1 0 0 0 k g X 1 8 2 5 0 t a = 2 6 5 X 1 0 k J a 折算标煤 ( 每 k g按热值 2 9 3 0 6 k J 计算 ) ： 2 6 5 1 0 k J ( 2 9 1 0 )k J t =9 1 2 5 t 折算成天然气( 1 t 标准煤热值相当于 6 5 4 6 6 m 的天然气) ： 9 1 2 5 6 5 4 6 6 =5 9 7 3 m 按北京工业用天然气 3 m 。 计算 ， 节约燃气 费为 1 7 9万元 从强制性热排污 中回收的热能 1 0 t h的低压工业锅炉系统 ， 如果 因为冷凝水 回用 5 0 ， 排污率从 1 4 降到 4 ， 将减少 l t h高 温水排放 ， 按照锅炉压力 0 9 MP a 计算 ， 其排污水的 潜热是 2 0 3 0 k J k g ， 则全年节能 ： 1 0 t h1 0 h d X 3 6 5 d1 0 =3 6 5 0 t a 2 0 31 0 k J t X 3 6 5 0 ffa= 7 41 0 k J 折算成标煤 ： 7 4 1 0 k J ( 2 9 1 0 k J t )=2 5 2 t 减少 l O个百分点的排污可以减少 2 5 2 t 标煤的 消耗 ， 折算成天然气 ： 2 5 2 t x 6 5 4 6 6 m。 t：1 6 5 0 m 按北京工业用天然气 3 m