厦门同集热电公司 2#锅炉水节能增效优化分析

一、采用Na3PO4造成能耗增加的原因分析
        目前各行业普遍采用 Na3PO4(磷酸三钠)作为锅炉阻垢剂,磷酸三钠过量或 欠量都会对锅炉及锅炉效率产生影响,具体危害如下:
        1、磷酸三钠过量时,容易造成汽水共腾,造成蒸汽含盐量上升,恶化蒸汽品 质,还容易造成炉水碱度过大,导致晶间腐蚀苛性脆化。
        2、磷酸三钠欠量时,会造成炉水 PH 值达不到指标,炉水硬度高,锅炉炉管 易结垢影响传热,锅炉效率不高,锅炉炉管严 重结垢会引起炉管蠕胀而爆管,直 接影响安全生产。
        除此之外,使用 Na3PO4(磷酸三钠)作为除垢剂,还会出现磷酸盐隐藏现象: 当锅炉负荷增高时,锅炉水中的磷酸盐有一部分从水中析出,沉积在炉管壁上, 炉水中磷酸盐的浓度明显降低,而当锅炉负荷减少或停炉时,沉积在炉管壁上的 钠盐又被溶解下来,炉水中磷酸盐的浓度重新増高。炉管上形成的磷酸盐附着物 的危害性与水垢相似,主要危害表现为三种:
        1、炉管上形成的磷酸盐附着物能与炉管上的其他沉积物,如金属腐蚀产物氧 化铁、硅化合物等发生反应,形成难溶的水垢。
        2、炉管上形成的磷酸盐附着物因其导热很差,在某些情况下也可直接导致炉 管金属严重超温,以致炉管蠕胀,严重的甚至发生爆管。
        3、当Na3PO4(磷酸三钠)发生暂时消失现象时,炉管上会形成Na2HPO4(磷 酸氢盐)的固相附着物,析出过程的化学反应为:
              Na3PO4 +H2O→Na2HPO4 +NaOH
        在这个化学反应中,当磷酸氢盐的固相物从磷酸三钠溶液中析出时,在炉管 管壁边界层的液相中,有游离氢氧化钠产生,使炉水 PH 值增大。含有游离氢氧 化钠的炉水局部高度浓缩时会引起炉管金属的腐蚀。这也是有时炉水 PH 值高的 原因。
        采用 Na3PO4(磷酸三钠)作为锅炉阻垢剂是造成锅炉能耗增加的最主要原因, 其阴离子磷酸根是弱酸根,可以发生可逆水解反应。 反应如下:
        (PO4)3-+ H2O ⇄ OH- + (HPO4)2- 可逆
        (HPO4)2- + H2O ⇄ OH- + (H2PO4)- 可逆
        (H2PO4)- + H2O ⇄ OH- + H3PO4 可逆
        这是一个多部水解,这三个反应以第一步的反应为主。因此,水中的钙离子、 镁离子便与磷酸根反应生成碱式磷酸钙、磷酸镁,两种反应产物均属难溶化合物, 在锅炉水中呈分散、松软水渣,漂浮在锅炉水面上,需要开启联排以保障其产生 的水渣排除。
        我公司新型炉水运行稳定技术和锅炉智能化管理节能系统相结合,替代 Na3PO4作为锅炉阻垢剂,从根本上解决了因使用Na3PO4带来的以上问题,从而可 实现永久关闭联排运行,定排7到10天开启一次即可,最终实现锅炉的安全生产和 高效节能的目的。
二、2#锅炉能源现状
        厦门同集热电有限公司现有 2 台35t/h 汽包锅炉,全年运行。对2#锅炉进行 节能增效测试,测试情况如下:
        测试内容:把 2#锅炉(1 台 35t/h)关闭锅炉连排,关闭测试时间为 130 分 钟,蒸汽和给水差值是 0.93t/h;开启锅炉连排后,开启测试时间为 173 分钟,蒸 汽和给水差值是 3.75t/h。具体测试情况详见表1。

        根据表1, 2#锅炉连排关闭后转化损耗为 0.93t/h,结合锅炉运行工况, 采用锅 炉节能增效技术改造可进一步降低转化损耗到0.23t/h,有较大空间。
三、节能增效预估
        对2#锅炉采用节能增效技术改造后,锅炉转化损耗可降低至0.23 吨/小时。锅炉全年运行 时间按 8400小时(350天)取值,全年平均负荷率取0.7。2#锅炉改造前后全年实际运行能源增 效见表 2。

四、改造后节能增效计算  
        1、节能效益计算过程涉及的数据说明:
        (1)煤热值:根据企业实际生产运行数据计算获取,本次计算煤热值取标 准煤热值,为7000kcal/t(4.186kJ/kal)。
        (2)锅炉热效率:根据锅炉的实测效率或设计效率获取,本次计算暂取 85%。
        (3)锅炉排污水热工参数:锅炉排污水刚从连排出口外排时的状态,为汽 -水混合物,热值介于饱和热水和饱和蒸汽之间。本次计算,暂定锅炉压力为 2.0Mpa,则锅炉连排污水的热值介于 2.0Mpa 的饱和水和饱和蒸汽热焓值之间, 通过查询水和水蒸气的热焓表得, 2.0Mpa 的饱和水热焓值为 908kJ/kg, 2.0Mpa 的饱和水蒸汽热焓值为2798kJ/kg。 锅 炉 排 污 水 的 热 焓 值 介 于 908kJ/kg~2798kJ/kg 之间。2.0Mpa 的饱和水及饱和蒸汽参数详见下图。
各参数取值汇总表见表 3。

        2、节能量、减排量和节约费用计算:
        本项目节能量即为项目改造后全年锅炉水能源损失量的总热量。
        由于锅炉能源损失的水热焓值介于 908kJ/kg~2798kJ/kg 之间,因此改造后 项目年节能量介于 755~2325吨标准煤之间。具体计算如下:
        Q=20698t×(908kJ/kg~2798kJ/kg)÷(7000kcal/t×4.186kJ/kg×85%) =755~2325tce
        综上所述,2#锅炉改造后,年节能量介于755~2325 吨标准之间。
        参考数据:工业锅炉每燃烧一吨标准煤,就产生二氧化碳2620公斤,氮氧化物 7.4公斤,二氧化硫8.5公斤。1吨除盐水成本8元、1吨标煤单价1000元。
         因此2#锅炉实际节能减排量和节约费用如下:
        (1)年平均标准煤节能量=(755+2325)÷2=1540吨
        (2)二氧化碳减排量=1540×2620÷1000=4035吨
        (3)氮氧化物减排量=1540×7.4÷1000=11吨
        (4)二氧化硫减排量=1540×8.5÷1000=13吨
        (5)标准煤节约费用=1540×1000=154万元
        (6)除盐水节约费用=20698×8=16.6万元
        (7)原药剂节约费用:未统计
        1年总节约费用=154万元+16.6万元=170.6万元。
        5年总节约费用=170.6万元×5=853万元。
        此外,上海环境交易所最新数据显示,2021年7月20日,全国碳市场碳排放配额 (CEA)挂牌价53.28元/吨。预期每年碳排放节约费用4035×53.28=21.5万元。

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