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节约能源是我国实现可持续发展战略的重要组成部分,已成为我国一项基本国策。国家发改委发布的节能中长期专项规划中,已将燃煤工业锅炉改造列为“十一五”十大重点节能改造工程之首,并制定了工程示范实施方案,要求2010年通过技术改造和建立科学的管理和运行机制,将燃煤工业锅炉运行效率提高到70%当前,我国工业锅炉能耗方面主要存在设备结构陈旧、自动化控制水平低,燃煤质量差、能耗管理水平低、水质管理力度不够、能量回收利用率不高、辅机、控制系统设备效率偏低、节能产品市场混乱、司炉人员经济运行操作水平偏低等问题,每年约多耗1/3的燃料。燃料浪费严重,节能潜力十分巨大。由于使用锅炉蒸汽的企业众多,涉及行业范围极广,各单位的管理水平、技术能力、经济效益和生产规模相差很大,导致蒸汽利用效率和冷凝水回收率普遍很低。初步估算表明,我国蒸汽供热系统的节能潜力约为8000万吨标准煤。

  1工业锅炉冷凝水节能净化技术应用现状目前,国内大多数工业锅炉冷凝水节能净化技术应用存在以下四种情况:一是锅炉设计时,没有考虑设计蒸汽冷凝水回收装置;二是蒸汽冷凝水回收装置会增加设备一次性投入,业主不愿意;三是有回收装置的,但因没有采取相应的水质净化措施,导致冷凝水铁含量在4~10mg/L之间,无法回收利用;四是不能充分合理地利用高温冷凝水,无法克服严重的气蚀问题。有的开放式冷凝水回收泵常因汽蚀发生而不能使用,热损失达20%以上。即使勉强用开放式方法回收,闪蒸降温的损失也十分严重。

  近年来冷凝水的闭式回收技术得到了越来越多的重视,相关的产品和设备不断涌现,但从整体来看,回收技术仍处于初级的分散发展的阶段,尤其对水质净化和防腐的研究很少,更未见有全面的系统性应用报道。广州地区5000多台工业锅炉中,具备成熟的冷凝水回收条件的锅炉约占2/3,但到目前为止采用了完善的冷凝水回收净化技术的几乎没有,冷凝水回收市场潜力巨大。

  2工业锅炉冷凝水节能净化技术的节能原理蒸汽的热能由显热和潜热两部分组成,通常用汽设备只利用蒸汽的潜热和少量的显热,释放潜热和少量的显热后的蒸汽还原成高温的冷凝水,冷凝水是饱和的高温软化水,其热能价值占蒸汽热能价值的25%左右,而且也是洁净的蒸馏水,适合重新作为锅炉给水。工业锅炉冷凝水回收是提高锅炉热效率、降低能耗的一个重要途径之一。蒸汽在各用汽设备中放出汽化潜热后,变为近乎同温同压下的饱和冷凝水,冷凝水所具有的热量可达蒸汽全热量的20%~30%,且压力、温度越高,冷凝水具有的热量就越多,占蒸汽总热量的比例也就越大。

  3工业锅炉冷凝水节能净化技术研究针对上述四种应用情况,拟通过研究、开发密闭式冷凝水回收一体化装置,集热量回收、水质净化和系统防腐于一体,使得经过此装置处理后的冷凝水,不仅热量得到了很好的利用,而且水质达到GB/T1576 -2008工业锅炉水质的要求,可直接作为给水输送进入锅炉,消除目前一些冷凝水回收装置在节能的同时增加锅炉的结垢速率和带入锅炉腐蚀性杂质的问题,从根本上解决工业锅炉冷凝水回收存在的问题,达到降低锅炉能耗的目的。

  3.1工业锅炉冷凝水回收系统的腐蚀类型理论上,冷凝水是纯净的蒸馏水,最适合重新作为工业锅炉给水。但是由于工业锅炉的给水是软化水,而且除氧工艺不完善,导致了工业锅炉蒸汽冷凝水pH值偏低、氧含量偏高,从而导致氧腐蚀和酸腐蚀严重,这是冷凝水污染程度大小的主要原因。此外,换热设备频繁的蒸汽供停,产生热应力拉伸而导致设备泄漏以及回收管网的不严密,造成混入不纯物质或不凝气也导致冷凝水杂质含量偏高,污染严重。

  3.2工业锅炉冷凝水回收系统的防腐因此,只有采取良好防腐措施以消除目前一些冷凝水回收装置在节能的同时但增加锅炉的结垢速率和带入锅炉腐蚀性杂质的问题,才能真正达到节能、节水、环保的目的。

  本系统防腐的关键在于冷凝水回收净化的过程始终在闭式系统中进行,不与空气接触,而且回收过程水质得到净化,系统得到防腐,因而要依据科学的理论进行回收系统的合理设计和研究选择合适的净化防腐技术。同时,作为一项完整的系统工程,冷凝水闭式回收净化系统不仅需要有能力解决水击、泵汽蚀、高低压共网、水质保证等问题的专有回收设备,还需要锅炉、热设备、疏水装置、收集装置、管网、水处理装置、控制系统等各环节的有效匹配,才能最大限度地发挥系统的效率和优势。

  基于上述内容,整个研究分为三个步骤:一是设计整个回收净化装置;二是净化回收净化装置制造和初步试验;三是净化回收净化装置现场应用试验。

  3.3回收净化装置的基本构成和技术性能指标3.3.1装置主要部件装置主要包括:储存装置、驱动装置、加速装置和水质净化装置。储存装置,是由相互连通的真空罐及储存罐组成。驱动装置包含吸入管路,作用是由马达驱动泵将储存装置内的冷凝水经由射流头流入泵,包含回流管路,作用是将前述经由泵流出的一部分冷凝水导回射流头内。加速装置中包含有喷射器,喷射器的一端与前述储存装置的真空管连接,另一端与导管连接,用喷射器使冷凝水产生高速水流回流入前述的储存罐内时使加速装置产生吸力,吸取真空罐内的冷凝水进入储存罐内,且当储存罐内的冷凝水到达一定量时,利用液位控制器关闭进入喷射器的水流,将经由驱动装置流出的冷凝水转而导向回收系统内,进行回收利用。

  3.3.2装置安装系统图该回收净化装置在锅炉蒸汽系统的安装示意图如下所示。

  间收用汽设备ft-密闭式锅炉冷凝水回收净化装置在锅炉系统安装示意。3.3装置除铁和调节水质效杲在某锅炉使用单位现场对装置的净化除铁效果进行了试验,具体情况如下。该锅炉为10吨卧式燃油锅炉(型号WNS10要用于系统加热,冷凝后由于系统管路腐蚀,铁含量高达8.64mg/L以上而无法回收。安装该装置后,铁含量变化曲线如下所示。

  结水铁杂变化曲线铁含量变化曲线本研究的过滤除铁采用微孔布袋过滤技术。

  该技术集磁力过滤和微孔过滤为一体,进水首先经过由磁力棒组成的磁力场,冷凝水中的具有磁性的铁的腐蚀产物被磁力吸附到磁力棒上,然后冷凝水再经过微孔滤袋,进一步过滤。与绕线滤元管状微孔过滤器不同,冷凝水在微孔滤袋自里向外流动,而绕线滤元管状微孔过滤器是从外向里。微孔滤袋的规格由10卜25卜50卜100 250等规格,分别代表能去除10、25、50 100250等以上的悬浮物。当滤袋或磁力棒需清洗时,设备停止运行,然后打开设备卸下滤袋或磁力棒人工清洗。

  3.3.4装置的主要技术参数装置的主要技术参数如下:3.3.5装置的出水水质经过现场多台试验得出数据,研究成果回收净化装置出水水质如下表1所示,表明装置的出水水质完全满足GB/T1576 -2008工业锅炉水质的要求。

  4项目研发关键技术及创新点研究开发出了集热量回收、水质净化和管路系统防腐于一体的高温运行的工业锅炉冷凝水回收净化装置。装置具有很强的抗冲击负荷能力,能耗、物耗水平极低,解决了目前冷凝水回收装置(开式和闭式)存在的问题。

  采用机械清除和药剂成膜相结合冷凝水物理过程除杂质技术。从两个渠道降低冷凝水回收系统的腐蚀问题,确保回收的水质纯净。研究度,在管路表面运行成膜,有效防止了管路的酸性开发的辅助添加药剂能有效调节冷凝水的酸碱腐蚀和氧腐蚀。装置专门设置了加药点。

  表1回收净化装置出水水质项目溶解氧(mg/L)数值研发出高精确控制系统,全自动运行。装置配备回水水位、供水水位、超压及超水位报警、自动不凝气排放等全套PLC及变频控制系统。

  热能回收充分、回收热能的品质高和回收水质品质高。研究装置回收所得的高温冷凝水压力接近用汽设备的蒸汽压力,在相应的沸点下冷凝水的焓值较高。回收装置不会因为压力的下降引起焓值变化,产生大量二次汽。同时避免了因疏水阀泄漏所造成的新蒸汽损失(国标疏水阀允许3%的泄漏),回收热效率较高。装置运行压力高,回收的冷凝水温度高,避免了冷凝水温度下降损失。

  提高了锅炉效率。冷凝水余热的回收,用于锅炉热力除氧,减少热力除氧器的新热汽用量,减少了高品位蒸汽的消耗量。冷凝水直接回收到锅炉内部,可以增加单位时间锅炉的产汽量(提高锅炉效率)。一般给水每上升6 C,就可以节省燃料1%.同时冷凝水回收有利于锅炉排污量减少,降低排污热损失,提高表观锅炉热效率。

  5与国内外同类产品的比较经广东省科技技术情报研究所查新,结果表明目前集热量回收、水质净化和管路系统防腐于一体,国内未见与本研究相同的项目或成果的报道。本项目研究成果和目前最普遍的开放式以及密闭式系统比较,具有以下优点:Lh接第28页9结论及建议根据煤质特性,严格控制入炉煤粒度,并保证颗粒分布特性符合要求,这样有利于提高燃烧效率,降低飞灰含碳量和大渣可燃物。

  根据煤质特性、床温,合理调整一、二次风的配比,综合考虑不致使排烟热损失过度增大的前提下,适当减小一次风量、风压;增加二次风量、风压,提高二次风的穿透力。

  在保证锅炉蓄热前提下降低床压。随着真正做到密闭式净化回收效益,热能回收充分,净化水质彻底,回收水质完全满足锅炉给水要求;锅炉给水温度升高,水中的含氧量低,进入锅炉铁杂质极大减少,锅炉结垢速率降低,蒸发速率升高,锅炉热效率提高显著;回收进入锅炉的水质纯净,既减少了锅炉补给水用量和水处理设备的损耗,也提高了锅炉受热面的洁净度,可以节省大量的水电费和煮炉、洗炉的费用;装置完全自动控制,能防止管道积水,水锤和气蚀现象的发生,不发生二次蒸汽污染和闪蒸,设备性能可靠。

  6社会经济效益和推广应用前景有效利用冷凝水热量,大幅减少锅炉燃料费用;提高锅炉水汽品质和减少锅炉腐蚀、结垢速率;提高给水温度,降低燃料消耗;降低给水溶解氧含量,减少氧腐蚀;有效防止管道积水、水锤现象等问题发生,确保设备正常使用寿命及生产产品的质量标准;大幅改善工作环境闷热,噪音等情况。

  床压降低,炉膛密相区颗粒浓度也降低有助于增加二次风穿透深度,以降低飞灰含碳量。

  随着床温升高,燃烧效率提高。在保证脱硫脱销的前提下,可适当提升床温至900C左右,以降低飞灰含碳量。

  保证旋风分离器的分离效率,提高循环倍率。

  综上,一、二次风的配比、风压、床温、床压、燃煤粒度等相互作用、相互影响,影响着锅炉的飞灰含碳量。运行中,综合考虑各方面的因素,保证燃煤燃烧效率,降低飞灰含碳量。