武绍井,徐 鹏,李 斌
(重庆赛迪热工环保工程技术有限公司 公用设计部,重庆 401120)
某钢厂为了进一步回收加热炉烟气余热,在烟道空气预热器后新增1套热水系统,即利用烟气余热生产热水。投入运行后不久,发现因源水硬度过高导致热水系统中的烟气-水换热器(以下称换热器)结垢严重,影响热水产量。经多次探索,最终找到一种防热水结垢装置并应用到热水系统中,从而在不改变系统整体结构的情况下,以较小的代价解决了换热器结垢问题。
热水系统设备包括补水箱、热水泵和烟气-水换热器等,如图1所示。介质流程:外来源水→补水箱→热水泵→水换热器→流量计→温度计→外供。系统检测项目包括换热器前、后烟气温度,热水流量和热水温度等。
设计参数如下:烟气流量50 820~55 000 m3/h(标准),换热器前、后烟气温度分别为170、130 ℃;热水流量12 t/h,换热器进、出口水温分别为25、90 ℃。
生产的热水外销,用于食堂、浴室等,价格6.68元/t。
热水系统投运后,运行人员发现换热器阻力增加,
图1 热水系统图
出力下降,具体表现为热水泵扬程增大,同时热水产量和热水温度均逐渐减小。3个月内,热水泵扬程升至最大,热水流量降至约6 t/h,换热器出口热水温度降至32 ℃,热水量和品质达不到外销要求。
通过检测热水泵能力以及冷态冲 洗换热器,排除了水泵能力不足以及换热器内堵塞的可能。为最终确定原因,随机切开几处换热管,对换热管局部进行破坏性检查。低温段(换热器进水段)有黑色结节,绿豆大小,无规则分布,数量较多,轻敲即掉,手捏即碎。此结节应为焊渣与氧化铁混合物,从其大小和数量上判断,对阻力有影响。高温段(换热器出水段)管壁内侧有均匀分布一圈白色物质,致密,较硬,厚度约为1.0 mm,判断应为水垢。换热管规格为Φ32×5,按结垢厚度1.0 mm计算,则流通面积减小17%。
检测源水水质,发现硬度较高。水质检测结果见表1。
表1 水质检测表
确定原因后,对换热器进行酸洗除垢,酸洗的效果很明显:换热器热水流量和温度均上升至设计值。但正常运行持续不到3个月时间,又逐渐恶化。其后又进行过2次酸洗,但酸洗效果越来越不明显,特别是最后1次,酸洗过后基本上没有明显效果(结垢过于严重所致)。
为维持热水系统运行,同时不考虑更换换热器和源水水源以节省投资,经多次查找资料,研究论证,决定在热水系统上增加1套恩曼(ENMAX)CPRS防垢装置,以阻止结垢继续恶化,并期望消除原有结垢。
恩曼(ENMAX)防蜡、防垢、防腐蚀装置(Corrosion Prevention and Removal Systems,简称CPRS)是目前较为先进的用于解决结垢问题的工具。该装置防结垢的基本理论是其“核心材料”(特殊合金)可以形成一种特殊的电化学催化体,当流体通过防垢装置时,核心材料通过电化学的方式使流体和流体中的物质的特性发生改变,流体中的固相颗粒受其作用而始终处于悬浮状态和溶解状态,不再沉淀或吸附到管壁或其他设施的金属表面上,同时增强了流体的物理性能。许多专利及文献都表明当流体流经这种由特殊合金制成的装置后,结垢明显减少,甚至消失,同时伴有缓解腐蚀的效果。
该装置无磁、无电、无需添加任何化学药品,节能环保,不污染环境;安装简便,使用和维护成本低廉,寿命长;同时可抑制藻类生长并防止腐蚀的形成。
其防垢、防腐蚀的性能已经被国内外用户认可。目前已经在多个国家和地区包括中国取得专利,并广泛应用于石化、钢铁、电力、供热、食品等行业领域。
根据水质、热水流量,选择规格为3×4″直通式恩曼(ENMAX)CPRS装置(以下称防垢装置)。
安装位置选择:根据现场设备和管道布置情况,将防垢装置选在补水箱入口竖直管道上,紧靠补水箱,见图2。防垢装置既能水平安装,又能垂直安装,对其前后有无直管段也无要求。法兰连接,自带配对法兰,安装前清除管道内焊渣、铁锈等杂物;安装时,按照防垢装置长度将管道切开,管道断口与防垢装置法兰焊接即可;安装完毕即可通水使用。安装时注意装置本体上箭头指示方向与水流方向保持一致。
图2 防垢装置安装位置
调整补水箱水位:根据防垢装置防垢原理——“当流体通过防垢装置时,核心材料通过电化学的方式使流体和流体中的物质的特性发生改变,流体中的固相颗粒受其作用而始终处于悬浮状态和溶解状态,不再沉淀或吸附到管壁或其他设施的金属表面上”,而这种“悬浮状态和溶解状态”仅在一定时间内有效,即防垢装置对水介质影响是有时效性的,这个时效一般在72 h。补水箱入口增加防垢装置后,源水经过防垢装置以“不易结垢”状态流入补水箱,为保持这种状态,也即时效性,在控制上做了调整,调低补水箱正常运行水位,由+3 m降低到+1 m。当补水箱水位降低到+1 m时,水箱开始补水;当补水箱水位升高到+3 m时,水箱停止补水,从而减少“不易结垢”的源水在补水箱中停留时间。
其他:防垢装置不需要电源驱动,运行中不消耗其他能源介质。不需添加化学药品,不需要配套安装温度、压力、流量等检测手段。
防垢装置安装完成后,热水系统随即投入运行,在其后几个月时间里,通过热水系统在线流量检测和温度检测,观察到热水参数的缓慢变化趋势。随机抽取的检测参数见表2。
表2 安装防垢装置前后热水参数变化
从表2中数据可以看出,安装防垢装置以后,换热器热水流量和温度不但没有继续下降,反而都有逐渐而明显的上升,特别是热水温度在运行96 d后已经达到额定设计值。这说明安装防垢装置以后,换热器不但没有产生新垢,管壁上原来结的垢也在慢慢溶解脱落。也就是说防垢装置达到并且超过了预期效果。
(1)恩曼(ENMAX)CPRS可有效解决硬度较大的水质的结垢问题,不但能防止结垢的发生,还可以溶解和清除已有的水垢。
(2)安装简单,无运行管理和维护费用,且无能源消耗。
(3)注意装置的时效性,尽量缩短水介质在系统中的停留时间。