一、概況

零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)是工業(yè)鍋爐成套節(jié)水技術(shù)，也是一種新的鍋爐水處理技術(shù)。鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和人類生活的熱能動力之源，在國民經(jīng)濟中占有重要地位，被譽為工業(yè)的心臟是當(dāng)之無愧的。鍋爐的工作介質(zhì)是水，鍋爐水處理是保證鍋爐安全經(jīng)濟運行的重要環(huán)節(jié)。鍋爐是一種熱交換設(shè)備，把外部能源（煤、油和天然氣）燃燒所產(chǎn)生的能量傳遞到工作介質(zhì)，使水變成蒸汽。不良的水質(zhì)中含有較多的有害雜質(zhì)，如果這種水不經(jīng)任何處理就進(jìn)入鍋爐，那么水中的雜質(zhì)會在鍋爐中形成水垢或水渣，水垢的形成會大大降低鍋爐的導(dǎo)熱能力，鍋爐結(jié)垢將導(dǎo)致爐管過熱損壞、燃料消耗量增加、出力降低、縮短鍋爐使用壽命，甚至出現(xiàn)事故。因此對鍋爐給水的處理十分重要。

二、工作原理

1. 傳統(tǒng)工業(yè)鍋爐運行模式

傳統(tǒng)工業(yè)鍋爐運行特點：

（1）采用離子交換設(shè)備對原水進(jìn)行軟化處理，防止鍋爐結(jié)垢。

在鍋爐給水處理環(huán)節(jié)，離子交換法在我國鍋爐房的普及已達(dá)90%以上。當(dāng)原水經(jīng)過鈉離子交換樹脂床時，水中的鈣、鎂離子與樹脂上的無害離子交換，從而把鈣、鎂離子從原水中去掉，其殘余硬度可降至0.05mol/L 以下。對于堿度較高的原水，還需要采用軟化一降堿處理。采用離子交換法進(jìn)行水處理，必須排放再生廢液，其再生廢鹽水可導(dǎo)致淡水咸化，在這一環(huán)節(jié)，排放的廢水約占原水的5－15%。

（2）采用熱力除氧器除氧，防止鍋爐氧腐蝕。

（3）在工業(yè)鍋爐運行過程中，由于水的高倍濃縮，水中的溶解固形物及懸浮物增加，為了保證蒸汽品質(zhì)，確保鍋爐安全，鍋爐要進(jìn)行必要的連續(xù)排污和定期排污。這一環(huán)節(jié)的排污量約占鍋爐補水量的5－10%。

（4）在蒸汽應(yīng)用環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)運行方式只注重?zé)崮艿睦茫鲆暳撕芙橘|(zhì)的回收。蒸汽做功冷凝后變?yōu)闊崴�，這些含有高熱值的凝結(jié)水，其品質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于軟化水，接近純水。但由于凝結(jié)水在回收過程中會對鋼質(zhì)管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，鐵等腐蝕產(chǎn)物對水質(zhì)造成嚴(yán)重污染。未經(jīng)處理的凝結(jié)水作為鍋爐補充水時，水中所含大量鐵離子會在鍋爐傳熱面發(fā)生二次結(jié)垢及垢下腐蝕，造成更大的危害，使得蒸汽凝結(jié)水的回收利用有一定的難度。以前，有很多工業(yè)鍋爐在系統(tǒng)和用汽裝置設(shè)計、安裝時就沒有考慮凝結(jié)水的回收利用，將蒸汽凝結(jié)水排至地溝而白白浪費。有些用戶雖然將凝結(jié)水回收作鍋爐給水，但由于缺乏有效的管道防腐措施和凝結(jié)水處理技術(shù)，凝結(jié)水回收管道腐蝕嚴(yán)重，凝結(jié)水中鐵離子含量較高，直接影響鍋爐的安全運行。目前，工業(yè)鍋爐凝結(jié)水達(dá)標(biāo)回收利用率不到20%。

2. 工業(yè)鍋爐零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)

零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)是工業(yè)蒸汽鍋爐節(jié)水成套技術(shù)。該技術(shù)利用化學(xué)方法，采用系統(tǒng)綜合處理的設(shè)計，從蒸汽發(fā)生的源頭上杜絕污染，消除或減少離子交換再生廢鹽水、溶鹽廢水、反洗水、沖洗水、連續(xù)排污水、定期排污水和污染凝結(jié)水等的排放：抑制凝結(jié)水回收系統(tǒng)管道金屬腐蝕，消除鐵離子對凝結(jié)水的污染，實現(xiàn)高熱值、高品質(zhì)的凝結(jié)水能夠回收至鍋爐作為鍋爐的補水，可明顯減少鍋爐燃料消耗，減少軟化水用量，降低蒸汽生產(chǎn)成本，改善鍋爐水質(zhì)狀況。由于鍋爐水質(zhì)狀況的改善，還可以大大減少鍋爐排污及排污造成的熱能損失，提高鍋爐效率，使鍋爐運行更加安全。

零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)使鍋爐蒸汽發(fā)生系統(tǒng)運行方式由大量排污情況下運行（開環(huán)運行）改為封閉循環(huán)（閉環(huán)）運行。該技術(shù)改變了鍋爐必須在大量排污工況下運行的傳統(tǒng)模式，是鍋爐水處理技術(shù)的重大突破。

零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)的基本工藝流程是：

（1）凝結(jié)水處理：在蒸汽管道加入BF－31T高效緩蝕劑，防止蒸汽凝結(jié)水對管道的腐蝕，最大限度地回收凝結(jié)水。

（2）在凝結(jié)水回收率≥70%的情況下，去掉離子交換器（或者盡量減少離子交換器的使用），以盡量減少離子交換劑的再生廢水排放；

（3）加入對鍋爐運行和停用都起保護(hù)作用的BF－30a高效防腐阻垢劑，以防止鍋爐本體的腐蝕和結(jié)垢；

（4）水質(zhì)自動監(jiān)測控制系統(tǒng)。對鍋爐水質(zhì)和蒸汽凝結(jié)水質(zhì)指標(biāo)的實時檢測并自動投加保護(hù)劑，使水質(zhì)指標(biāo)控制在最佳范圍內(nèi)，使保護(hù)劑的各項技術(shù)在系統(tǒng)中得到充分發(fā)揮。

3. 零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）BF－31T凝結(jié)水保護(hù)劑

BF－31T具有成膜，中和功能，并有合理的汽液相分配比。BF－31T中的成膜劑在金屬表面形成單分子層的具有吸附和憎水作用的保護(hù)膜，由于成膜劑分子間的空隙比CO2，O2的截面小，從而防止了CO2，O2對金屬的腐蝕。中和劑為堿性，既中和了水中的碳酸又為在線檢測冷凝水中的保護(hù)劑濃度提供依據(jù)，合理的汽液相分配比可有效保護(hù)金屬管道中氣相空間，防止了凝結(jié)水管道的金屬腐蝕及腐蝕產(chǎn)物對凝結(jié)水的污染。

（2）BF－30a高效防腐阻垢劑

 BF－30a具有使鍋爐本體金屬處于鈍化狀態(tài)和抑制金屬腐蝕過程中陰極反應(yīng)的雙重保護(hù)功能，有效地防止了金屬本體在運行狀態(tài)和停爐狀態(tài)下的氧腐蝕；同時由于BF－30a具有強力螯合作用，加入鍋爐水中后，與水中的硬度離子形成穩(wěn)定的水溶性螯合物，增加了硬度離子在水中的溶解度，大大抑制水垢的形成，同時可以產(chǎn)生緩慢溶解原有水垢的效果；由于BF－30a具有較強的晶格畸變作用、分散作用，晶格畸變功能使碳酸鈣晶體在生長過程中破碎，形成外觀不規(guī)則的小晶體，分散劑吸附在小晶體及金屬表面形成雙電層，在靜電作用下，小晶體之間及小晶體與鍋爐金屬表面之間互相排斥，避免了在較高硬度水中鍋爐金屬表面沉積生成水垢。

（3）水質(zhì)自動監(jiān)測控制系統(tǒng)：

要充分發(fā)揮BF－30a防腐阻垢藥劑和BF－31T凝結(jié)水保護(hù)劑的功效，必須保證鍋爐水系統(tǒng)中BF－30a和凝結(jié)水系統(tǒng)中BF－31T的濃度在一定的范圍內(nèi)。水質(zhì)自動監(jiān)測控制系統(tǒng)由檢測單元、顯示控制單元和投藥單元組成。檢測單元在線動態(tài)檢測水質(zhì)（爐水和凝結(jié)水，下同）的PH值和人為的設(shè)定值進(jìn)行比較：將其比較結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后控制投藥計量泵的投藥量；藥劑投加量的變化引起水質(zhì)PH值的變化；檢測探頭從采樣單元中檢測到水質(zhì)PH值的變化；新的檢測結(jié)果再和設(shè)定值進(jìn)行比較，改變藥劑投加量。這樣，就形成了閉環(huán)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，從而達(dá)到較佳的水質(zhì)控制效果。

4. 如何實現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的零排污
 
零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)的基本思路是從環(huán)保出發(fā)的成套節(jié)水節(jié)能技術(shù)，既排除了鍋爐運行過程中排污對環(huán)境的污染，又保證了鍋爐的節(jié)水節(jié)能，以及鍋爐的安全運行。目前，國際上普遍采用的鍋爐的節(jié)水節(jié)能措施是防止結(jié)垢以提高鍋爐熱效率，減少排污量和回收排污熱以減少排污熱損失，回收凝結(jié)水以提高熱利用率和節(jié)約鍋爐給水。防止結(jié)垢和減少排污率，必須通過提高給水質(zhì)量和加入阻垢劑才能實現(xiàn)，而回收凝結(jié)水的前提條件是凝結(jié)水不被腐蝕產(chǎn)物等污染，三個方面節(jié)水節(jié)能措施都必須有水處理技術(shù)作保證。

新建鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計，首先應(yīng)考慮供出蒸汽應(yīng)全部安裝換熱器間接使用，所有換熱設(shè)備均應(yīng)安裝凝結(jié)水回收裝置，以保證足夠的凝結(jié)水回收率。在凝結(jié)水回收率≥70%的情況下，原則上可不安裝離子交換系統(tǒng)和除氧器，自來水管道直接與鍋爐給水箱連接�？紤]到傳統(tǒng)觀念的影響，若用戶要求安裝離子交換系統(tǒng)和除氧器時，應(yīng)安裝與離子交換系統(tǒng)和除氧器并聯(lián)的管道，使自來水管道可直接與鍋爐給水箱連接。

對于現(xiàn)有鍋爐系統(tǒng)實現(xiàn)零排污技術(shù)改造，首先必須具備或建立凝結(jié)水回收系統(tǒng)。凝結(jié)水回收系統(tǒng)包括凝結(jié)水回收管道、凝結(jié)水箱、循環(huán)泵。增加全自動凝結(jié)水水質(zhì)監(jiān)控設(shè)備向系統(tǒng)中投加保護(hù)劑，防止凝結(jié)水系統(tǒng)的金屬腐蝕，使凝結(jié)水中鐵離子含量控制在＜200μg/L ；硬度為＜0.01mmol/L ，pH值≥7，符合2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)。

在鍋爐給水側(cè)安裝鍋爐水質(zhì)監(jiān)控設(shè)備，向鍋爐給水系統(tǒng)中投加BF－30a鍋爐防腐阻垢劑，以防止鍋爐本體的結(jié)垢和腐蝕。

安裝集中控制的鍋爐自動排污裝置，在保證鍋爐安全運行的同時，盡量減少鍋爐運行排污及排污熱損失。

回收蒸汽凝結(jié)水作鍋爐給水，可以大大減少鍋爐原水和軟化水用量、節(jié)約用水和降低水處理的運行費用，還可去除或縮小補水的水處理系統(tǒng)，節(jié)省投資；
回收蒸汽凝結(jié)水，還可以提高給水品質(zhì)，降低鍋爐排污率，使鍋爐的排污率控制在3%以下；

回收蒸汽凝結(jié)水，可大幅度提高鍋爐給水溫度，從平均給水溫度20℃提高到65℃，降低燃料消耗；而利用凝結(jié)水作給水，不但提高了水溫，而且凝結(jié)水中的溶解氧含量較低，可確保給水余氧含量達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。即使對于給水無除氧措施的小型工業(yè)鍋爐，回收凝結(jié)水可大幅度提高給水溫度，也能降低水中溶解氧含量，可顯著減少鍋爐的氧腐蝕。

采用凝結(jié)水回收技術(shù)，保證凝結(jié)水直接達(dá)到回收利用的同時，又解決了凝結(jié)水回收管道的腐蝕問題，延長了凝結(jié)水回收管道的使用壽命，其效益顯而易見。

5.系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)對比

從凝結(jié)水回收前、后系統(tǒng)運行參數(shù)比較可以看出：

（1）凝結(jié)水回收后比回收前生產(chǎn)每噸蒸汽節(jié)約用水量≥80%；每噸蒸汽的燃料消耗，天然氣消耗減少8 m3，燃煤鍋爐房的燃料煤減少0.036t；生產(chǎn)每噸蒸汽的耗電量減少1.5kWh左右。

（2）生產(chǎn)每噸蒸汽的費用在采用凝結(jié)水回收技術(shù)后，可節(jié)約14元左右。

6. 零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)應(yīng)用裝置的特點

（1）具有廣泛的適用性：凡是具有凝結(jié)水回收管道的工業(yè)鍋爐系統(tǒng)都可以應(yīng)用該技術(shù)實現(xiàn)凝結(jié)水的達(dá)標(biāo)利用，對系統(tǒng)的復(fù)雜程度、凝結(jié)水回收管線的長短、鍋爐水質(zhì)情況沒有任何限制。

（2）系統(tǒng)自動化程度高，不需要增加專職運行人員，系統(tǒng)運行、維護(hù)、操作簡單易學(xué)。

（3）系統(tǒng)安裝施工量��；設(shè)備占地面積小（2m2）；不用改變原有凝結(jié)水回收系統(tǒng)。

（4）節(jié)約用水≥80，節(jié)約燃料≥10%，一次投資回收期＜1年。

 三、零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)經(jīng)濟技術(shù)評價

以某鍋爐房三臺lot/h 燃汽蒸汽鍋爐為例，運行條件：使二備一，出力100%，運行天數(shù)150天；給水水質(zhì)：硬度5mmol/L 、堿度2.5mmol/L ；水處理方式：鈉離子交換和熱力除氧。有凝結(jié)水回收管道，凝結(jié)水箱及循環(huán)泵。

（一）運行成本及效益分析

傳統(tǒng)運行方式下生產(chǎn)一噸蒸汽所需相關(guān)費用

1、 水耗：

軟化水耗：1.05t/噸蒸汽（含軟化生產(chǎn)過程中反洗、配制再生液、置換、正洗的自耗水）

鍋爐排污水耗：0.05t/噸蒸汽（按5%排污率計）（不含減少除氧處理費及節(jié)電費用）

水耗總量：1.1t/噸蒸汽

2、 軟化用再生劑一鹽的消耗：

以再生劑比耗0.11kg/mol計算，軟化處理硬度為5mmol/L的鍋爐給水的鹽耗：0.11×5＝0.55kg/噸蒸汽

3、 能源消耗：

（1）以天然氣為燃料，每噸蒸汽含熱能6×105Kcal，按鍋爐總體效率75%，天然氣發(fā)熱量按QYdw8740Kcal/m3計算，燃料消耗：

m=Q/QYdwη=6×105/8740/75%=91.5m3

（2）如以煤為燃料，每噸蒸汽含熱能6×105Kcal，按鍋爐總體效率75%，煤發(fā)熱量按QYdwη＝6×105/6×105/75%=133kg計算，燃料消耗：

m=Q/QYdwη=6×105/6×105/75%=133kg

（二）以凝結(jié)水回收率70%計算，回收凝結(jié)水后，生產(chǎn)一噸蒸汽所節(jié)約的相關(guān)費用：

1. 節(jié)約用水：

回收1噸凝結(jié)水可減少給水水耗1.1噸,以凝結(jié)水回收率70%計算，生產(chǎn)每噸蒸汽可節(jié)約用水1.1×70%=0.77t

2. 節(jié)約的再生劑――鹽：

回收1噸凝結(jié)水可減少鹽耗0.55kg,以凝結(jié)水回收率70%計算，生產(chǎn)每噸蒸汽可節(jié)約用鹽0.55×70%＝0.39kg

3. 節(jié)約的燃料：

條件：軟化水溫度15℃，凝結(jié)水回水溫度65℃，

（1）回收1噸凝結(jié)水鍋爐給水溫度提高，減少的熱量損失：

Q1=mc(t1-t2)=1000kg×4.187KJ/kg. ℃×(65℃-15℃)＝209350kJ

（2）以天然氣為燃料，按鍋爐總體效率75%，天然氣發(fā)熱量按QYdw36533Kcal/m3計算。

回收1噸凝結(jié)水節(jié)約的天然氣燃料：m=Q1/QYdwη=20935/36533/75%=7.64m3

以凝結(jié)水回收率70%計算，生產(chǎn)一噸蒸汽所節(jié)約天然氣燃料：m×70%=5.3m3

（3）以煤為燃料，按鍋爐總體效率75%，煤發(fā)熱量按QYdw×103Kcal/kg計算。

回收1噸凝結(jié)水節(jié)約的煤：m=Q1/QYdwη=20935/4.18×103/75%=11.12kg

以凝結(jié)水回收率70%計算，生產(chǎn)一噸蒸汽所節(jié)約煤燃料：m×70%＝7.78kg

4. 回收凝結(jié)水后，生產(chǎn)一噸蒸汽所節(jié)約的總費用（不含減少除氧處理費及節(jié)電費用）：按水價4元/噸、鹽價450元/噸、天然氣價1.8元/m3、煤價400元/噸計算。

以天然氣為燃料，生產(chǎn)噸蒸汽節(jié)約：4×0.77＋0.45×0.39＋1.8×5.3＝12.8元

以煤為燃料，生產(chǎn)噸蒸汽節(jié)約：4×0.77＋0.45×0.39＋0.4×7.78＝6.4元

（三）此鍋爐房年節(jié)約運行成本計算：

三臺10t/h 蒸汽鍋爐，運行條件：使二備一，出力100%。運行天數(shù)150天計年產(chǎn)汽量：10×2×24×150＝7.2×104噸

年節(jié)水：7.2×104×0.77＝5.5×104噸

年減少鹽耗及鹽的排放：7.2×104×0.39×10-3＝28噸

年減少天然氣用量：7.2×104×5.3＝3.8×105m3

年節(jié)約運行費用：（不含減少除氧處理費及節(jié)電費用）7.2×104×12.8＝92.16萬元

（四）技術(shù)改造費用及投資回收期：

零排污蒸汽發(fā)生技術(shù)全部技術(shù)改造費用：25萬元

其中：BGK－DP/N20鍋爐水質(zhì)監(jiān)控設(shè)備1臺，14.8萬元；BGK－DP/G20（簡易）鍋爐給水投藥設(shè)備1臺，7.7萬元；現(xiàn)場水電，檢測取樣冷卻管道材料及安裝，2.5萬元。

投資回收期：25萬元/（92.16萬元/12月）＝3.25月

四、應(yīng)用實例

廊坊開發(fā)區(qū)熱力供應(yīng)中心第三供熱站現(xiàn)有2臺SZL15-2.5-AⅡ型燃煤蒸汽鍋爐，2臺SZL20-2.5-AⅡ型燃煤蒸汽鍋爐，主要為東方大學(xué)城冬季采暖、夏季制冷提供熱源；使用鈉離子交換軟化水處理方法，未使用除氧器。 因為負(fù)荷的特殊性，本站蒸汽流量比較穩(wěn)定，而且冷凝水可回收率比較大，所以凝結(jié)水處理方式采用計量泵在蒸汽側(cè)投加BF-31T，由人工根據(jù)蒸汽流量按比例調(diào)整藥劑投加量。經(jīng)過5天的藥劑投加，冷凝水的“紅水”現(xiàn)象消失，回收的凝結(jié)水各項指標(biāo)均符合鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)。其中，鐵離子含量（平均）小于200μg /L；堿度為2.5～2.2 mmol/L；硬度為0.01 mmol/L；氯根為6～7；pH值為8.7～8.8；凝結(jié)水回收率在95%以上，超過國標(biāo)要求的回收率＞60%的標(biāo)準(zhǔn)。凝結(jié)水鐵離子含量小于200μg/L,低于國標(biāo)的小于300μg /L的指標(biāo)，回收凝結(jié)水實際成本在1元／噸以下。

在充分回收凝結(jié)水的基礎(chǔ)上，我們停用了軟化設(shè)備，采用自來水中投加BF－30a防腐阻垢劑的方法，以減少離子交換劑再生廢水排放。運行一個月后，我們開爐檢查，鍋爐受熱面尚未發(fā)現(xiàn)新水垢，原有水垢也消失，未發(fā)現(xiàn)鍋爐腐蝕，鍋爐金屬表面光滑潔凈。運行三年來，每年鍋爐年檢只是在集箱中發(fā)現(xiàn)少量泥狀垢，只需用水槍沖洗即可除掉。使用BF-30a藥劑后，三站未進(jìn)行過化學(xué)清洗。

從改造前后運行數(shù)據(jù)的對比可以看出，節(jié)水、節(jié)能效果顯著。噸蒸汽耗水量由過去的1.256噸水/噸蒸汽，降低到現(xiàn)在的0.1185噸水/噸蒸汽；噸蒸汽耗煤量由過去的0.178噸煤/噸蒸汽，降低到現(xiàn)在的0.142噸煤/噸蒸汽；在運行中鍋水堿度一直維持在6.5～9.2之間，鍋爐排污率降低到3%以下。

綜上所述，三站采用了北京化工大學(xué)化新通達(dá)公司的蒸汽鍋爐成套節(jié)水技術(shù)，包括鍋爐給水、鍋內(nèi)加藥處理，凝結(jié)水回收等技術(shù)。通過在爐內(nèi)投加BF－30a，可防止鍋爐腐蝕結(jié)垢，同時可去除軟化水處理環(huán)節(jié)，用自來水直接作為鍋爐給水；在蒸汽系統(tǒng)中投加BF－31T藥劑，可使凝結(jié)水合格回收，節(jié)水節(jié)能效果顯著。三站不僅每年可降低一百萬元的運行成本，而且抑制鍋爐、冷凝水管道和設(shè)備腐蝕，減少維修和安全事故的發(fā)生，安全運行，延長設(shè)備使用壽命；消除離子交換劑再生廢水排放，降低鍋爐的排污率，減少了環(huán)境污染。