摘要：采用锅炉节能节水近零排放成套技术对企业锅炉系统进行改造，保证企业锅炉在零排污工况下的安全、经济运行，降低了企业能源和水资源消耗，减少污染排放，降低企业生产成本，增强企业竞争力，具有安全、节能、节水、减排等特点。实践证明：锅炉吨蒸汽补水量从1.5m3下降到0.073m3；吨蒸汽废水排放量从1.4m3下降到0.004m3；吨蒸汽耗煤量由168.3kg下降到152.3kg；锅水溶解固形物从3000mg/L下降到2100mg/L；碳钢腐蚀率≤0.001mm/a、阻垢率≥99.95%。2台35t/h中压锅炉年可节约费用825.3万元。

关键词：锅炉；节能节水；近零排放；工程实践

中图分类号：TK229 文献标识码：B 文章编号2095-627X（2014）01-0148-04

The Engineering Practice of the Boilers System for Energy and Water Saving and Near Zero Discharge of Wastewater

Xu Xinzhong 1， Liu Julian1，Zeng Lingguang 1，Zhou Jianxiu 2

（1.Inner Mongolia La shan Environmental Protection Bureau， Bayehot 750306；2.A Lxa League environmental monitoring station，Bayehot 750306 ）Abstract： Renovation is done to the boilers system for saving of energy and water and near zero discharge of wastewater. Some sufficient conditions to guarantee the boilers are safe and economic operation in the zero-emission conditions. So it could reduce energy and water consumption， pollution emission， production cost， and enhance enterprise competitiveness. The boilers system is featured by safety， energy saving， water saving and emission reduction. The practice shows that the boiler supply water quantity of per ton of steam has decreased from 1.5m3 to 0.073m3， the waste water discharge of per ton of steam from 1.4m3 to 0.003m3， the coal consumption of a ton of steam from 168.3kg to 152.3kg， the dissolved solids of boiler water from 3000mg/L to 2100mg/L， and the corrosion rate of carbon steel is less than or equal to 0.001mm/a， the scale inhibition rate is greater than or equal to 99.95%. The 2 sets of 35t/h medium-pressure boilers will save cost of 8.253million yuan an annual.Key words： Boiler；Energy and water saving；Near zero discharge；Engineering practice

现代锅炉的水处理模式是软化（除盐）-除氧-排污技术，这种技术虽然使锅炉的安全性大大提高，但运行过程中需要排放大量的离子交换再生废水、冲洗废水、反洗废水，连排（定排）废水、污染的凝结高温废水，特别是除氧器放空、锅炉本体排污、凝结水排放将大量的热能随废水一同排放，不仅浪费了宝贵的能源，还污染了周围的环境[1]。

“十五”期间，在国家科技攻关计划和北京市科委支持下，北京化工大学完成了工业蒸汽锅炉节能节水近零排放成套技术开发及应用研究，突破工业锅炉必须排污的观念和传统，首创了排污接近于零的运行新工艺和实施方法，实现了工业锅炉更安全、更经济的运行。本技术于2007年获得国家技术发明奖二等奖，于2009年被正式列入国家863计划“工业冷却与锅炉系统节水及废水近零排放技术”项目，技术的工程化应用得到国家科技部第一批节能减排项目的重点支持，其科技成果已在全国23个省市推广应用[2]。自2003年起至今已成功改造上百套锅炉系统，为企业带来显著的经济效益的同时节省了大量资源。2012年12月31日，以此技术为蓝本的国家标准GB/T29052-2012《工业蒸汽锅炉节水降耗技术导则》颁布，于2013年7月1日实施。同时，国家发改委将本技术项目入选《工业节水支撑技术》。实践表明，该技术在全面提升锅炉安全经济运行的同时，取得了显著的节能减排效益。符合当前国家加大大气污染防治政策中大力培育节能环保产业，着力把大气污染治理的政策要求有效转化为节能环保产业发展的市场需求，培育一批具有国际竞争力的大型节能环保企业。支持企业参与国家科技计划和重大工程项目，健全由企业牵头实施应用性重大科技项目的机制，重点支持和引导创新要素向企业集聚，使企业真正成为研究开发投入、技术创新活动、创新成果应用的主体。鼓励和支持企业技术中心建设，支持有条件的企业建立院士工作站和博士后科研工作站。

为此，在各级政府的正确领导和支持下，内蒙古晨宏力化工有限责任公司成立了全区首家院士专家工作站——“资源环境工程院士专家工作站”，紧密围绕服务全盟企业这一宗旨，充分发挥了院士专家工作站三大功能（即：院士团队为地区和企业带来科研成果、利用院士专家工作站平台解决行业普遍存在的技术难题、为企业引进和培养高精端技术人才）。2012年9月引进北京化工大学开发的节能减排成果“锅炉节能节水与废水近零排放技术”，由内蒙古洪盛昌环保科技有限公司具体实施，率先建设锅炉节能节水废水近零排放技术示范工程。

1 工程简介

内蒙古晨宏力化工有限责任公司以生产氯碱化工产品为主，年产10万t烧碱、7万t糊树脂、3万tPVC、2万t/a氯醋树脂、20万t电石、10万tCPVC。

建有2台35t/h中温中压燃煤蒸汽锅炉，锅炉型号SHX35-1.25循环流化床锅炉、出口压力3.82MPa。冬季用汽43.15 t/h，夏季32.10 t/h，正常情况下夏季一台燃煤锅炉运行可满足全厂所用蒸汽量需要，两台锅炉可轮换检修；冬季两台锅炉需同时运行。

1.1 技改前锅炉运行情况、存在问题

1.1.1 锅炉运行情况

技改前锅炉按软化-除氧-排污模式运行。

自来水经预处理后，进入一级钠离子交换软化，然后进入除氧器，除氧后的水由高压泵送进2台35t/h锅炉，在锅炉本体发生蒸汽，饱和蒸汽温度194℃。夏秋1开1备，冬春2台全开。

1.1.2 存在问题

⑴软化器：采用钠离子交换法，在去除致垢离子、防止锅炉结垢的同时，需要大量耗水来清洗设备，所耗废水无法回收，造成浪费。企业软化水站中共有4台一级钠离子交换器，24小时运行，废水发生量约为20%进水量。

⑵除氧器：主要是去除溶解氧、防止锅炉腐蚀。在这一过程中需消耗大量新鲜蒸汽，造成能源和水的浪费。企业现有除氧器目前运行稳定，但受目前技术现状的限值，未找到廉价而有效的除氧剂，主管领导对锅炉的氧腐蚀安全隐患非常担心。

⑶定期排污：主要作用是为了保证锅炉水质和工况，但由于现有技术所排放废水无法回收，造成很大浪费。企业每天平均排污2h。

⑷凝结水带热能直接排放，消费大量热能和水。企业对节能减排非常重视，担心凝结水腐蚀产物一旦超标，会给锅炉运行带来铁沉积等安全隐患，致使凝结水直接排放，造成水资源与热能的浪费。企业仅锅炉生产用水就需4000t/d。

1.2 技改工程方案

针对以上企业存在的问题，在阿盟各级领导的高度关注下，2012年7月，北京化工大学水处理工程中心和内蒙古洪盛昌环保科技有限公司向内蒙晨宏力化工有限责任公司提交了建设锅炉节能节水与废水近零排放技术示范工程的技改方案。

提出消除锅炉的氧腐蚀隐患；消除锅炉的腐蚀结垢隐患；高温排污水回收；凝结水的回收；节能减排的自动管理等技改方案。

2 技改内容

2.1 锅炉运行工艺的选择及设计

图1 技改后锅炉运行工艺 Fig.1 the processes behaviors of boiler after technical transformation

技改后的锅炉运行模式：去掉软化-除氧-定期排污-凝结水排污系统，增加平衡系统。

锅炉运行工艺：凝结水和补充的自来水直接进入锅炉本体，所产生的蒸汽进入蒸汽系统，经蒸汽用户使用后成为凝结水，再直接回用到给水系统，如此不断循环；随着锅水中盐分不断的浓缩，锅炉定期排放的高盐水（污水）引入系统平衡装置，排污水在平衡装置内实现液、汽、固相分离，所产生的蒸汽进入蒸汽系统，使用后进入凝结水系统，排污水处理后回收利用，杂质排入到除尘系统或燃烧系统。

2.2 技改内容

2.2.1 去掉了软化水处理系统（制水车间）

为了防止锅炉结垢，系统需要加入软化设备，在软化设备运行的同时，排放大量的高盐水和需消耗大量清水来清洗设备，所耗废水发生量约为20%进水量，这些废水无法回收，造成浪费。

改造内容：去掉4台软化水处理系统，省去了80%水软化系统的运行成本。

2.2.2 去掉除氧器

为保证锅炉安全，目前发达国家对锅炉给水一般采用除氧器加除氧剂的双重除氧防腐措施，保持锅炉的还原性水工况。一旦除氧器出水氧含量超标，除氧剂就能提供第二道安全保障。仅采用除氧器除氧，锅炉存在氧腐蚀安全隐患。

改造内容：①为减少投资，关闭除氧器放空阀，除氧水箱留用。②为实现氧化性工况下的系统平衡，设置系统平衡装置。③加入锅炉防腐阻垢剂（加氧剂）BV-200。该药剂能起到防止锅炉水系统氧腐蚀的作用，不存在碱隐藏等安全隐患。

上述改造完成后，既能解决锅炉的氧腐蚀等安全隐患问题，使锅炉的运行安全得到保障，又避免了除氧器的蒸汽消耗和换热损失，还可降低锅炉排污率。

2.2.3 高温排污水回收

晨宏力锅炉排污量按锅炉氯离子含量确定，当锅炉氯离子含量超过500mg/L时，开启定期排污，直至氯离子含量低于500mg/L。为确保锅炉的排污率，2013年6月14日北京化工大学水处理中心研发部取样化验室分析，得出锅炉进水氯离子含量为95mg/L，锅炉氯离子含量为489.7mg/L。按此计算，锅炉的排污率为24%。采用本技术后，锅炉排污率可降低到1%，

2.2.4 高温凝结水回收

回收凝结水是节水和节能的最有效办法。未污染的凝结水水质接近纯水，可作为最优质的锅炉给水和生产工艺用水。凝结水又是含有能量的水，蒸汽在加热过程中被有效利用的只有蒸汽潜能，而蒸汽湿热，即冷凝水的热量几乎没利用，而这部分热量可达到蒸汽总热量的20%-30%。回收凝结水可以获得节水、节能、减少排污、提高锅炉效率等效果。其环境效益也十分显著：因节省燃料而减轻大气污染，因回收凝结水而防止了废水污染、热污染以及减轻蒸汽疏水器的噪音污染[3]。

内蒙古晨宏力化工有限责任公司主管领导非常重视节能减排工作，对凝结水系统的腐蚀和防护也有清醒的认识，修建了凝结水回收管道，安装了凝结水精致过滤器以防止铁离子等污染物进入锅炉。由于受到目前技术现状的限制，凝结水虽然经过精致过滤处理，出水仍然显红褐色，铁离子含量达2180ug/L。若不采取有效的防腐蚀措施，不仅凝结水不能回收进入锅炉，而且会影响凝结水系统其它设备的安全。针对现有气相缓蚀剂保护膜不够稳定等问题，提供了一种可连续稳定缓蚀的超分子缓蚀剂，能够利用分子间的结构互补和分子识别，使缓蚀剂分子以适宜的速度均匀地扩散到金属表面，使金属钝化，实现凝结水的安全回收[4][5]。

采用本技术后，可使凝结水系统的设备和管道得到有效保护，凝结水水质会从严重超标状态逐渐好转，锅水品质、蒸汽品质均达到GB1576-2008运行管理规范要求，实现锅炉废水近零排污工况运行。

3 实施效果及效益分析

内蒙古晨宏力有限责任公司2台35t/h锅炉节能节水近零排放技改项目，于2013年4月初正式投用。2013年4-10月共7个月用汽量为84357t，考虑到夏季因素，一般冬季用汽量为夏季的1.5倍，即2013年全年用汽量为174740t/a。

4 技术特点分析及技术经济指标

4.1 技术原理

采用新型高效的防腐阻垢工艺，本技术可以省掉除氧系统、连续排污、定期排污、凝结水排污系统，大大降低水预处理系统、反渗透系统、阴阳离子交换系统、采用技术手段，保证凝结水品质，将凝结水直接回收，由给水系统进入锅炉本体，循环使用，不外排。为建立新的零排污工况，增加系统平衡装置，使得锅炉在接近零排污工况下工作，所以具有极佳的节能节水、减排效果。

4.2 关键技术

4.2.1 系统平衡技术

为了去掉水软化（除盐）系统及锅炉本体连续和定期排放大量废水，并能保证锅炉水质和工况，根据化工相平衡分离原理，创制了一套水中固形物分离装置，锅炉原排污水进入系统平衡装置后，经过水汽变换、杂质分离等过程，将排污水和排污热回收利用至锅炉，以实现近零排污工况下锅炉系统的新平衡。

4.2.2 氧化性水工况及其防腐阻垢技术

从腐蚀与防腐化学原理出发，发明了BV系列防腐阻垢剂。利用自动在线水质监测系统及自动控制加药系统，自动定量投加本系列药剂，能使锅炉钢在该剂与溶解氧双重作用下处于钝化状态，从而得到很好保护，即使有氧存在，也不会出现氧腐蚀问题，保证锅炉运行安全，可以省却除氧器运行，同时本药剂还能产生高效阻垢分散作用。

4.2.3 超分子缓蚀剂法防腐蚀技术

蒸汽凝结水的腐蚀性强，不采取防腐措施，一周左右时间，凝结水中铁离子含量就会远超国家标准要求。本技术基于腐蚀与防腐化学原理，利用超分子化学原理，发明了超分子缓蚀剂。利用分子间的结构互补和分子识别关系，使缓蚀剂分子以适宜的速度挥发并均匀地扩散、吸附在金属表面，形成保护膜，蒸汽管道和凝结水管道的腐蚀得到有效控制，改善了凝结水的品质，使凝结水可直接达标回收得用。

4.2.4 核态清洗强化技术

发明了一种金属表面化学改性方法，使传热面上形成非常光滑的保护膜，使蒸汽泡不易滞留，从而避免了偏离核态沸腾的发生，大大提高了锅炉运行的安全性。

4.3 工程技术经济指标

该技改项目实施后，工程总投资630万元，年节约费用825.34万元。在锅炉排污率、吨蒸汽补水量、吨蒸汽废水量、金属腐蚀速度、阻垢率等锅炉运行的主要技术经济指标方面，本技术均明显优于同类技术，见表4。

所列主要技术经济指标显著优于国内外同类技术，对工业锅炉的安全运行，节水节能，保护环境，提升行业技术水平具有重大意义。

4.4 项目建设支持性政策

2012年，为进一步鼓励企业进行节能改造，在国家财政补贴的基础上，内蒙古自治区经济和信息委和财政厅联合发文《关于组织申报2012年节能技术改造财政奖励项目的通知》内经信节综字[2012]44号。文件中对企业现有生产工艺和设备实施节能技术改造的项目造给予补贴和奖励。节能量在1000吨（含）—5000吨标煤（5000吨以上的项目鼓励企业积极争取中央财政奖励资金），可以申请每吨标煤540元（国家级财政补贴240元、自治区级财政补贴300元）或者住建部门的每平方米42元的节能改造项目补贴。

5 结语

⑴去掉除氧系统，减少蒸汽消耗，间接增加蒸汽产量，年节省蒸汽46924t，产生经济效益474.51万元/a，年节约标煤3998t。

⑵采用本技术后，锅炉排污率从5%下降至1%以下。全年回收高温水量6990t，全年高温排污水回收节约热能折标煤为181.43tce，全年高温排污水回收总效益为17.15万元。

⑶全厂冷凝水回收占总产汽量的70%，年节约蒸汽冷凝水量为122318t，则全年节水效益为122.32万元。回收冷凝水温度为90℃，常温补水温度取20℃，工业锅炉热效率取85.31%（1#锅炉实测），冷凝水回收节能折标煤为1433.81tce，则全年节能效益为80.29万元。冷凝水回收总效益为202.61万元/a。

⑷去掉了软化水处理系统，减少除盐系统运行成本投资，节约系统运行和维护费用。

采用锅炉节能节水近零排放成套技术对企业锅炉系统进行技术改造后，内蒙古晨宏力化工有限责任公司2台35t/h中压锅炉年节约标准煤5613.24t/a；年减排碳粉尘3817t、SO2421t、NOx210t。据锅炉水质监测数据分析，锅炉炉水水质及凝结水水质符合GB12145-2008 标准，系统运行安全、平稳，碳钢腐蚀率≤0.001mm/a、阻垢率≥99.95%。采用耐高温超分子缓蚀剂后，有效控制了凝结水系统的腐蚀，消除了锅炉腐蚀产物沉积和电化学腐蚀隐患，使凝结水回收系统得以安全稳定运行，保证凝结水回水品质。新增回收水量12.93万t/a，减排废水约12.93万t/a，全年节约生产成本825.34万元/a。

参考文献

[1]张昌煌.工业蒸汽的有效利用[M].上海科学技术出版社，1983.

[2] 冯士忠.中压锅炉节能节水及废水近零排放改造总结[J].化肥工业，2012，10：29-31.

[3]杨军，杨月，王茂廷等.蒸汽凝结水的回收与利用[J].节能技术，2004，22（1）：33-34.

[4]林皓，王永法，胡贤德.低压锅炉蒸汽冷凝水缓蚀处理与经济效益[J].工业锅炉，2005，（6）：36-38.

[5]李茂东，吴从容.工业锅炉锅内水处理药剂现状与发展[J].工业水处理，2004，24（5）：5-9.