提高锅炉给水水质专业技术方案

1、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

2、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65卩s/cm以下，与锅炉给水使用标准（10卩s/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

3、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 100 a s/cm将盐硝冷凝 回冷却在40c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(10 a s/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

4、：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 104C水加热到锅筒压力 4.1MPa,251.8C的水排掉，初步焓值 计算如下：104C焓H仁435.95 kj/kg4.1MPa,251.8cH2=1094.3kj/kg(H2- H1)*20000=13167000 kj13167000 kj - 4.182=3148493.544kca按现有原煤3500 kca/ kg折算需原煤，锅炉效率为86%,: 3148493.544 宁3500宁0.

5、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

6、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/

7、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

8、 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350卩s/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v 10卩s/cm； 钙镁离子含量v 20ppb;氯离子含量v

9、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100nVh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

10、换法又称为化学除盐处理。 以001 x 7和201X 7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）：2+2R-SOH + Ca =（ R-SQ）2Ca + 2HR-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-SQ）2Ca + 2H+ = 2R-SO3H + Ca2+R-NCl + OH =

11、 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

12、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 001 X 7、D301、201 X 7四种离子交换树脂；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 HCO，从而免去了 0H型强碱性阴离子 交换树脂用于交换HCO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

13、一-原水泵一-活性炭过滤器一-弱酸阳离子交换器一-强酸阳离子交换器一t脱碳塔一-中间水箱一-中间水泵一-弱碱阴离子交换器一-强碱阴离子交换器一-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DOV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

14、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：原水池一-原水泵一-多介质过滤器一-活性炭过滤器一-精密过滤器一-反渗透机组一-浓水一-浓水池一-反洗多介质 /活性炭过滤器一-消防水池IJJ原水池除盐水一-除盐水箱一-除盐水泵一-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

15、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12

16、m3/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

17、， 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1.21.5MP0）,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

18、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 Qi = 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

19、次反洗15分钟，反洗流量300nn/h，正 洗80次，每次正洗20分钟，正洗流量150m/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 = 80X( 15X 300+20X 150)十 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 = (180+ 180-3)X 2X 150X 10十60 = 12000 吨； 树脂再生流量12nVh,每次再生时进酸(碱)和置换时间共 3小时，由此可

20、 知全年交换器再生消耗的除盐水总量为：Q4 = 12X3X2X180 = 12960 吨；Q5 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 nVh,由此可知全年交换器正洗 共消耗工业水总量为：1.5+2)X 100X 180 = 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 = 8

21、85000 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：Xi = 885000 X 1.15 = 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： 3X 180X 500 = 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： 2.5X180X450 = 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

22、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)X 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 = 76950 X8 = 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

23、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：55X 8000十 2 = 22000 元； 两套离子交换器中装填的四种树脂价格分别为：001 X 7: 7 吨 X 6500 元/ 吨=45500 元D113: 20 吨 X 16000 元/ 吨=320000 元201 X 7: 13 吨 X 16000 =

24、208000 元D301： 17X24500 = 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 990000-5 = 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吨十100吨/小时X 22KW 193967KWh 中间水泵：8000小时X 22 KW = 176000KWh 再生水泵：12960吨十12吨/小时X 5.5KW = 594

25、0KWh 脱碳风机：8000小时X 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 ) X 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 = 6 X4 = 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：X

26、 - Qs = 3021690- 7870403.84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= 800000- 75%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= 320X 1 X 200 = 64000 吨；Q5= Q3Q4=266667 64000 = 202667 吨

27、； 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= 320X 40- 60X 100 = 21333 吨； 反渗透膜每年冲洗1000次，每次10分钟，流量100 m/h,则全年膜冲洗共 消耗 RO 除盐水总量为：Q7= 1000X 10 十 60 X 100 = 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+ 21

28、333 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：X = 885333 X 1.15 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/t X 1066667t X 33 元/kg - 1000 = 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/t X 1066667t X 2.5 元/kg - 1000 = 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/t X 1066667t X 55 元/kg - 1000 = 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、阀门、泵机及活