余热锅炉用脱盐水水质提升实践

毕君芝

（云南三环中化化肥有限公司，云南昆明650113）

云南三环中化化肥有限公司（以下简称三环中化）目前已建成2套年产800 kt/a硫磺制酸装置，生产能力为1 600 kt/a，采用“3+1”二转二吸生产工艺，配套建有2台额定压力3.82 MPa、产汽量120 t/h的余热锅炉，2台额定压力1.0 MPa、产汽量45 t/h的低温位余热锅炉，2台额定发电量15 MW的抽凝发电机组及2台进汽量约60 t/h的背压汽轮机拖动的KKK风机。余热锅炉回收硫磺燃烧的热量副产蒸汽，所用脱盐水由公司脱盐水工序采用自清洗过滤器+UF超滤＋RO反渗透＋混床制水工艺供给，不足部分由磷酸浓缩蒸汽冷凝水、余热电站蒸汽冷凝水补充。余热锅炉运行14年以来，因脱盐水水质问题已直接影响到余热锅炉及透平机的安全运行，三环中化决定对影响脱盐水水质的因素进行分析，并提出解决措施。

1 脱盐水水质问题分析

1.1 原水水质下降

三环中化现有脱盐水站产水水质下降的主要原因为：原水水质下降，UF超滤前无预处理工艺，导致水中的悬浮物、胶体、微生物和其他杂质附着于超滤膜表面使滤膜受到污染[1]。由于超滤膜水通量比较大，被截留的杂质在膜表面上的浓度迅速增大，产生所谓“浓度极化”现象，严重时一些较细小的微粒会进入膜孔内而堵塞水通道。此外，水中微生物及其新陈代谢产物生成黏性物质也会附着在膜表面，导致超滤膜透水率下降以及分离性能恶化，同时对超滤供水温度、pH值和浓度等也有一定程度的影响。在实际运行中，特别是在夏季和秋季，随着温度的变化超滤膜的透水率变化幅度高达50%以上。因此，需要对超滤供水进行适当的预处理以调整水质。

1.2 磷酸浓缩蒸汽冷凝水水质不合格

Ⅰ期余热锅炉的给水来自脱盐水和磷酸浓缩蒸汽冷凝水，而磷酸浓缩蒸汽冷凝水的水质控制仅有电导率指标。2020年随机取样分析的脱盐水、磷酸浓缩蒸汽冷凝水、Ⅰ期余热锅炉给水和Ⅰ期余热锅炉过热蒸汽水质数据见表1。

表1 2020年水质随机取样分析数据

由表1可以看出：脱盐水中SiO2超标；Ⅰ期余热锅炉给水中SiO2、溶解氧超标；蒸汽中Na+、SiO2、Fe3+超标；磷酸浓缩蒸汽冷凝水中PO43-、硬度超标。从给水到形成蒸汽的过程来看，由于石墨换热器渗漏未能及时发现，使磷酸浓缩蒸汽冷凝回水未经处理直接回收进入除氧器后并入余热锅炉给水，进而污染余热锅炉给水的水质。

1.3 除氧能力差异导致给水氧含量超标

三环中化使用2台大气旋膜式除氧器，供2台余热锅炉除氧。因两台除氧器设计时考虑的条件不一致，导致两台锅炉对应配置的除氧器除氧能力不一致。除氧器除氧能力的差异导致余热锅炉给水氧含量超标，分析其原因主要有：

1） 除氧器的水箱液位控制不当[2]。日常操作中，两台除氧器的水箱液位控制指标存在差异，1#除氧器控制在60%～70%，2#除氧器控制在65%～70%，而在实际工作中，2#除氧器的水箱液位控制在70%～73%，导致除氧器的水处理量下降，除氧水氧含量超标。

2）混床的阴阳树脂颗粒堵塞除氧器管道[3]。除氧器将脱盐水作为补给水，在混床的长期运行过程中，部分损坏的阴阳树脂颗粒随脱盐水进入除氧器，经蒸汽加热溶解后吸附在除氧器旋膜器上形成树脂膜，堵塞除氧器进水管或蒸汽入口管，使管道有效输送面积降低，除氧器内的汽水得不到充分交换，从而影响除氧效果。

3）受市场因素及2019年锅炉爆管检修的影响，生产负荷频繁调整，影响除氧器的进水量，蒸汽量也随之进行相应调整，导致除氧指标不断波动。

4）除氧器的除氧头填料散落。除氧器长期处于高负荷运转，三环中化疏于对除氧器内件的彻底检查，2020年5月检修时发现新除氧器的除氧头填料散落，但因停车时间较短未做处理，因而也会影响除氧器的除氧能力。

1.4 未按火力发电机组水汽质量标准进行把控

三环中化余热锅炉按照工业锅炉设计，水质按满足GB/T 1576—2018《工业锅炉水质》的要求进行监控。GB/T 1576—2018适用于额定出口蒸汽压力小于3.8 MPa，且以水为介质的固定式蒸汽锅炉、汽水两用锅炉和热水锅炉，而GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》适用于主蒸汽压力不低于3.8 MPa的火力发电机组及蒸汽动力设备，对脱盐水、锅炉给水、凝结水、蒸汽的质量有明确要求。三环中化主蒸汽压力一般为3.82 MPa，因此应该按照GB/T 12145—2016的规定进行锅炉水质质量控制。

1.5 锅炉排污不彻底导致有害物质累积

脱盐水通过吸收高温烟气的热量形成蒸汽，蒸汽经过透平减压后供给各用汽点回收热量，同时形成的蒸汽冷凝水又与新鲜脱盐水一同进入锅炉再次形成蒸汽。其中作为蒸汽冷凝水的部分始终在蒸汽形成与冷凝过程中进行循环，未能利用排污环节及时排出其中的有害物质，导致有害物质在蒸汽中不断累积，加剧了蒸汽品质的降低。

2 解决措施

2.1 增加原水预处理措施

常用的原水预处理主要有混凝沉淀、多介质过滤、活性炭过滤、微滤等工艺，其中多介质过滤工艺是利用两种及以上的过滤介质，在一定压力下，使浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非颗粒材料，从而有效地除去悬浮杂质使水澄清的过程。三环中化的多介质过滤器常用的滤料有石英砂、无烟煤，主要用于水的除浊、软化，以及纯水的前级预处理等。三环中化将失效的自清洗过滤器更换为4台电动式自清洗网式过滤系统，恢复过滤功能。经过改造，目前出水浊度均在2.5 NTU以下，符合公司对一次清水浊度不高于2.5 NTU的要求。通过增加对原水的预处理，降低了下一工序的水处理负担，可提高脱盐水站产水的水质，延长超滤膜的使用寿命。

2.2 除氧器运行调整和维护

根据除氧器检修及日常运行情况对大气旋膜式除氧器的溶解氧超标进行原因分析，针对1#除氧器额定出力300 t/h、2#除氧器额定出力150 t/h的情况，对除氧器的运行维护采取以下措施：①2台除氧器液位控制在60%～70%内，锅炉给水水质增加硬度、Fe3+、SiO2质量浓度指标，余热锅炉给水溶解氧（ρ）的最高限值由工业锅炉的50 μg/L修改为15 μg/L；②定期对原水储水池、脱盐水槽进行清理检查；③定期更换混床内的阴阳树脂，对输送管道、除氧器等设备进行清理检查，避免树脂流入除氧器；④对除氧器内部金属填料的破损部分按设计要求进行恢复；⑤根据GB/T 12145—2016的要求，更换除氧头。

2.3 对回收的冷凝水进行分类处理

为节约能源，将可回收的蒸汽冷凝水均进行回收，但对回收的冷凝水需进行预处理，以排出其中的有害物质，采取的措施主要有：

1）综合考虑冷凝水中SiO的脱除率、PO3-24对阳极床寿命的影响，以及冷凝水的热量损失率等因素，将磷酸浓缩蒸汽冷凝水经两级板式换热器降温后进入冷凝水箱储存，再通过混床进水泵加压进入混床净化处理合格后，产品水才可进入脱盐水箱。一级板式换热器利用脱盐水作为降温冷源，二级板式换热器利用厂区循环冷却水作为降温冷源。为减少冷凝水的热量损失，同时降低除氧的蒸汽消耗，混床进水温度控制在45 ℃内。经计算，利用回收磷酸蒸汽冷凝水的热量，能将145 t脱盐水从约45 ℃加热至98 ℃，其余热量利用冷却水带走。脱盐水主管及旁路增加2只电动调节阀，循环水主管增加1只电动调节阀，便于冷凝水的水量及温度发生变化时调节冷源水量，控制高温混床的出水温度。

2）对于其他装置的冷凝水，经脱盐水站中间水箱上部的板式换热器降温后进入中间水箱，后续进入混床进行深度脱盐处理。

3）增加pH值、电导率在线监测仪表，当水质偏酸性时排入污水池，保证脱盐水系统安全运行。

2.4 加强水质监测

按照GB/T 12145—2016的要求，对未纳入监测的项目建立分析要求，及时对原水、脱盐水、除氧水、锅炉给水、蒸汽及冷凝水的水质进行分析，确保水质符合要求。

实行锅炉用水严格分类，在确保脱盐水的产量和质量满足要求外，对回收的各路冷凝水点增加监控手段，余热发电的凝结水、磷酸石墨换热器的冷凝水以及其他蒸汽管道的冷凝水，均增加电导率在线监测仪表，统一送到脱盐水站经混床处理后再进入脱盐水箱，杜绝冷凝水未经处理直接进除氧器产生危害。

2.5 加强锅炉排污管控

对锅炉污水的定排、连排加强管控，对排污的时长、间隔、排污效果进行严格管控，确保浓水及时排出，消除污染物累积的风险，保证脱盐水及蒸汽的品质，确保余热锅炉及汽轮发电机的安全运行。

3 结语

三环中化通过对脱盐水原水进行多介质过滤预处理、对除氧器的运行参数进行调整控制和设备维护、对回收的冷凝水进行分类处理，以及加强水质监测和锅炉排污管控，脱盐水水质和蒸汽品质有所改善。三环中化硫磺制酸装置余热锅炉采取优化措施运行半年后，汽轮发电机和KKK透平风机的叶轮结垢明显减少，实现了锅炉用脱盐水的安全，且节能效果明显，对于同行具有很好的借鉴作用。