工业锅炉智能固体加药系统的研发与应用.pdf

传源卤环境污染防治技术ISSN1672-9064CN35-1272/TK工业锅炉智能固体加药系统的研发与应用王真桢（福建省特种设备检验研究院龙岩分院福建龙岩364000)摘要通过分析工业锅炉水处理传统液体药剂加药方式的不足，将液体药剂人工投加方式转变为固体智能投加，研发出1套具有广泛适用性的工业锅炉智能固体加药装置。固体投加装置具有智能化程度高、稳定性好等特点。现场应用结果表明，工业锅炉智能固体加药装置能保证锅水水质满足工业锅炉水质（GB1576一2 0 18)要求，可将锅炉维持在更低限的指标下运行，且节省了药剂使用量；水质标准方差更小，装置稳定性好。关键词固体加药工业锅炉水处理现场应用中图分类号：TK227文献标识码：A文章编号：16 7 2-90 6 4(2 0 2 3)0 5-12 0-0 40引言工业锅炉是重要的热能动力设备，广泛应用于工业生产、工程动力、建筑采暖、人民生活等各个方面。水质是工业锅炉的血液，不良的锅炉水质会对工业锅炉的运行造成重大的影响，如结垢、腐蚀与汽水共腾等，影响锅炉安全运行1-2 。高硬度锅水会在换热面产生水垢，造成锅炉传热效率降低。相关研究表明，锅炉受热面1.0 mm厚的水垢导致锅炉效率降低3%5%3。且受热面温度升高，严重的会引发锅炉爆管等。锅水中的高浓度铁离子会产生垢下腐蚀；水中溶解氧过高会导致局部点状的氧腐蚀等45。锅炉安全技术规程（TSG11一2 0 2 0)规定，使用单位应当做好锅炉水处理工作，保证水汽质量符合标准要求。且工业锅炉水质（GB15762018)指出，额定蒸发量4t/h且额定蒸汽压力1MPa的蒸汽工业锅炉，可采用锅内加药进行水处理。传统的加药方式一般是液体加药，如图1所示。液体加药方式是将药剂按比例调配好后，装入药剂桶送往各企业。液体加药方式存在3点不足：液体加药为人工投加，需要定期观察加药情况并及时补给，智能化程度低；无法及时分析加药后的水质情况，调节存在滞后性；液体药剂储存时间较短，有时需要现场配制，费时费力。图1传统液体加药方式收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 5作者简介：王真桢（198 6 一），女，本科，学士，工程师，研究方向为工业锅炉水处理技术及自动化控制。研发合理的加药方式可有效预防水垢生成，确保锅炉安全经济运行，提高锅炉效率，延长锅炉的使用年限。本文通过改进液体加药方式，将液体人工投放方式转变为固体智能投放方式，开发研制1种工业锅炉智能固体加药装置，从而有效提高水质服务工作效率，降低经济成本，更加节能环保，满足为企业提供更加优质服务的发展需求。1工业锅炉智能固体加药装置的设计研发1.1结构设计工业锅炉智能固体加药装置主要将水处理药剂便捷地加人到工业锅炉的锅水中。该装置主要包括干粉加药箱、搅拌箱体、预混器、超声波液位计、电控柜和计量泵等，装置的设计结构图见图2。1.2运行流程结合图2,该加药系统的运行流程如下：将进水管（8)与自来水连接，通过干粉加药箱(3)顶部混合电机(14)的转动，使得按比例调配的干粉药剂能够充分混合；再通过加药电机(4)的转动，使加药电机(4)可带动螺旋输料杆(5)进行转动，从而可使干粉加药箱（3)内部的药剂可根据需求定量的送至预混器(6)内并与水混合；再通过搅拌箱体(1)充分混合搅拌后溶解，经计量泵(16)输送至锅炉内与锅水充分反应；由在线监测仪表实时监测水质，反馈回4 2 0 mA的电流信号至PLC处理转化为电压信号；此信号再输入给变频器，由变频器来控制加药计量泵的转速，从而达到控制加药流量的目的，实现药剂定量投加及反馈精确控制加药的功能。且当干粉加药箱（3)内部的药剂填充完成后，可盖下防护盖（12），使防护盖（12)可对干粉加药箱（3）的开口端进行遮盖，当设备运行产生振动时，通过防护盖(12)的遮盖，以达到防止药剂飞溅出来的目的；通过干粉加药箱(3)侧壁电磁加热线圈（13)的设计，能够有效防止药剂受潮板结和失效。该装置具有干粉自动加热混合、干粉定量投加、自动配药和反馈精确控制加药等功能，能够解决原有液体人工投加方2023.NO.5.120传源南环境污染防治技术1SSN1672-9064CN35-1272/TK14131023814713154126151816916口（a）搅拌箱体正视图14111243（b）搅拌箱体侧视图1416121110133106（c）搅拌箱体俯视图1-搅拌箱体；2-搅拌电机；3-干粉加药箱；4-加药电机；5-螺旋输料杆；6-预混器；7-电控柜；8-进水管；9-出水管；10-固定耳11-连接耳；12-防护盖；13-电磁加热线圈；14-混合电机；15-超声波液位计；16-计量泵。式智能化程度低、准确化程度低、经济成本高和人力浪费的问题，是1个针对工业锅炉炉内加药处理的智能化、准确化和一体化的全自动干粉溶配及加药装置。1.3工业锅炉智能固体加药装置的优势工业锅炉智能固体加药装置具有以下5点优势：(1)采用智能化仪表自动完成干粉溶配及加药等过程，整个过程无需人工控制，可大大减少现场操作员的工作量，智能化程度较高。(2)固体药剂采用螺旋输送机精确投加，投加量精确可调，保证药剂配比稳定，稳定性较好。（3)通过水质在线监测反馈的信号，实现加药反馈精确控制，将可以有效地避免由于加药量偏大或浓度不均导致的“锅水pH、总碱度、溶解固形物 超标，准确化程度高。(4)通过干粉加药箱顶部混合电机和侧壁电磁加热线圈的创新设计，不仅可以使按比例调配的干粉药剂能够充分混合，还可以对易受潮的药剂进行烘干，从而有效防止药剂板结失效，实用性高。(5)可以延长送药周期，减少送药的频率，从而减少检验人员的工作量、降低检验耗材和车辆的成本，具有良好的经济性。2工业锅炉智能固体加药装置的现场应用为了验证工业锅炉智能固体加药装置的实际应用效果，12图2 工业锅炉智能固体加药装置的结构图2.1试验方案该锅炉位于福建省龙岩市某饲料厂内，锅炉型号为WNS4-1.25-SCI,燃料：生物质，额定负荷为4t/h，额定蒸汽压力为1.2 5MPa。采用以下2 种试验方案来验证加药系统的实际效果。试验方案1：分别在该工业锅炉在未加药、间断式药罐定2023.NO.5.12115（d）干粉加药箱在福建省内选取1台工业锅炉作为研究对象，对比不同加药方案对工业锅炉锅水水质的影响。工业锅炉智能固体加药装置现场安装情况如图3所示。图3工业锅炉智能固体加药装置现场安装图传源南环境污染防治技术ISSN1672-9064CN35-1272/TK时加药与采用工业锅炉智能固体加药装置3种情况下，监测锅水水质数据，考察3种加药方式对锅水水质的影响。试验方案2：测试该工业锅炉采用传统液体投加方式和工业锅炉智能固体加药装置2 种情况，在48 h试验周期内，每8 h全碱度/项目(mmol/L)标准限值2.016.0未加药1.1间断定时加药137.6工业锅炉智能固体加药装置4.6由表1测试结果可知：(1)当锅水未加药处理时,锅水的酚酞碱度、全碱度均低于标准限值，不满足工业锅炉水质（GB15762018)的标准要求，需要往锅水中添加碱度。(2)锅水采用间断式药罐定时加药方式，锅水的酚酞碱度、全碱度与相对碱度远大于标准限值，导致pH也高于标准限值的12。这是由于加药初期药量偏大，短时间内导致“全碱度、锅水pH、溶解固形物 超标。当锅水pH12、全碱度超标时容易引起锅炉的碱性腐蚀，不利于锅炉的安全运行；而溶解固形物偏高则会增加锅炉蒸汽带水的倾向，影响锅炉蒸汽品质，使锅水水质难以达到工业锅炉水质(GB15762018)的要求。(3)锅水采用工业锅炉智能固体加药装置方式，锅水各项指标完全符合工业锅炉水质(GB15762018)的标准要求。分析结果表明，上述3种不同锅水加药处理方式中，只有1815(T/ou)/湿129630012.512.011.511.010.510.09.50取样1次并监测锅水的水质变化。2.2结果与讨论表1分别显示了试验方案1中，工业锅炉锅水在未加药、间断式定时加药与工业锅炉智能固体加药装置的测试结果。表1买采用不同锅水加药处理方式的水质监测结果酚酞碱度/(mmol/L)4.0 24.02.9160.65.6传统液体加药一口一工业锅炉智能固体加药标准低限一标准高限1020时间/h（a）不同加药方式的酚酞碱度变化传统液体加药工业锅炉智能固体加药标准低限标准高限1020时间/h（c）不同加药方式的pH变化图4传统液体加药与智能固体加药装置方式下48 h内锅水水质的变化情况溶解固形物/pH(mg/L)10.0 12.03.510311.10.56 10312.53.8 10311.21.2 103工业锅炉智能固体加药装置能满足工业锅炉的锅水水质工业锅炉水质（GB15762018)的标准要求，也能够有效防止因锅水未加药造成的受热面结垢及采用其他加药方式造成的加药初期药量偏大的问题，工业锅炉智能固体加药装置能够连续均衡地根据锅炉的实际水质状况进行锅内加药，消除锅内残余硬度,准确度高。传统液体加药与智能固体加药装置方式下48 h内锅水水质的变化情况见图4。图4分别显示了试验方案2 中测试该工业锅炉采用传统液体投加方式和工业锅炉智能固体加药装置2种情况，在48 h试验周期内，每8 h取样1次并监测锅水的水质变化。由图4可知，传统液体加药方式后的锅水的酚碱度、全碱度、pH与溶解性固形物分别为（7.432.36）mol/L、(9.022.35）mo l/L、11.50.37 与（1.950.7 0)10 mg/L,工业锅25(T/ou)/手201510口5304030402023.NO.5.相对碱度0.20.091.580.1传统液体加药一工业锅炉智能固体加药-标准低限一标准高限500430500（d）不同加药方式的溶解固形物变化2210（b）不同加药方式的全碱度变化传统液体加药工业锅炉智能固体加药标准高限1020时间/小20时间/h30304040（下转第131页）5050环境大视野传源有环境1SSN1672-9064CN35-1272/TK3.4地质灾害防治措施险性小。3.4.1崩塌地质灾害防治措施(2)预测U型槽工程施工引发基坑边坡崩塌，路基施工引(1)线路U型槽、路基、车站工程施工时,应加强对开挖工发路堑，及预测路堤边坡崩塌地质灾害地质灾害的可能性大，程、基坑边坡、路堑与路堤边坡的管理,采取放坡或者相应的预计崩塌体积均为5 2 10 m,其地质灾害规模、危害程度及危支护措施，基坑周围严禁大面积堆载。险性小。预测地处河漫滩地貌单元的隧道U型槽、路基施工降(2)基坑开挖至低于地下水位时,应该采取有效的防排水水工程加剧软土变形，预测地处河漫滩地貌单元地段的建设措施，必要时可采用惟幕注浆防水措施，做好基坑防排水工工程遭受软土变形、路基段遭受崩塌及预测地处岗坡地地貌作，以防基坑边坡崩塌发生。单元地段的建设工程遭受膨胀土变形地质灾害危害的可能性(3)严禁在城际铁路沿线10 0 m范围内取土，以免引发崩大，其规模、危害程度及危险性小。塌，影响线路安全。(3)预测停车场、滁州站、技术学院站、金鹏广场站、市政3.4.2软土变形地质灾害防治措施府站建设工程基坑开采引发基坑崩塌地质灾害的可能性大，(1)线路U型槽、路基工程基坑开挖时，可采取分段施工，预计崩塌体积为2 10 0 2 2 50 m3,其地质灾害规模中等，危害减慢施工速度，以利于软土排水固结，保障路基及边坡的稳定。程度中等，危险性中等。(2)对于厚度较大的软土层应采用施工搅拌桩措施，防止（4）综合评估将评估区地质灾害危险性划分为4个区，软土变形影响基坑安全。即：崩塌、膨胀土变形地质灾害危险性中等区（I）；崩塌、软土(3)高架线路与高架车站桩基施工设计时，要充分考虑软变形地质灾害危险性小区（）；软土变形地质灾害危险性小土缩颈对桩基施工的影响，采取护孔或扩大桩基口径等有效区（）；膨胀土变形地质灾害危险性小区（IV）,其中：I区建措施，确保桩基顺利施工和质量安全。设场地适宜性为基本适宜，、IV区建设场地适宜性为适3.4.3膨胀土变形地质灾害防治措施宜。在此基础上，给出了地质灾害的防治措施。(1)基坑开挖应加强对开挖工程的管理,采取放坡或者相参考文献应的临时支护措施，基坑周围严禁堆载，从而避免膨胀土变形1中华人民共和国国土资源部.地质灾害危险性评估规范：CB/T因而引发崩塌地质灾害。401122021S.北京：地质出版社，2 0 2 1.(2)路基段工程建设对膨胀土应进行土性改良，如采用掺2安徽省地矿局.安徽省区域地质志M.北京：地质出版社,198 7.拌石灰的三合土进行垫层，防止基坑爆晒与雨淋，以免引发膨3安徽省地质局区域地质调查队，区域地质调查报告（1/2 0 万）（南京幅）R.北京：中国地质大学出版社，197 6.胀土变形,影响路基、边坡与建(构)物安全。4周霆，刘福庆，夏守成.南京幅I-50-351/20万区域水文地质普查(3)做好地面防水，适当设置地面防水工程，如在路堤、路报告DS.北京：全国地质资料馆，198 0.堑边坡坡脚处设置截排水沟。采用混凝土地面增大防水范围，5中华人民共和国建设部，国家质量监督检验检疫局.岩土工程勘察从而避免膨胀土变形进而危害路基安全。规范：GB500212001S.北京：中国建筑工业出版社,2 0 0 2.4结论6梅至宏安徽省滁州市琅琊区，南谯区地质灾害调查与区划报告滁宁城际铁路建设工程确定评估面积为59.347 4km。本R.合肥：安徽省地质环境监测总站,2 0 0 7.文在充分收集各类有关资料的基础上，对地质灾害危害性进7安徽省地质环境监测总站。滁州市南谯新区永丰路建设工程地质行了预测评估及综合评估，并提出了地质灾害防治措施。灾害险性评估报告R.合肥：安徽省地质环境监测总站,2 0 15.(1)评估区地质灾害类型主要为软土变形、崩塌、膨胀土8常士.工程地质手册M.北京：中国建筑工业出版社,1990.变形地质灾害，地质灾害发育程度弱、规模小，危害程度小，危(上接第12 2 页）炉智能固体加药系统的酚酞碱度、全碱度、pH与溶解性固形物分别为（4.6 0+0.7 1）mol/L、（5.7 8 0.8 8）mo l/L、11.2 0.14与（1.30+0.2 5)10 m g/L。2 种加药方式获得的锅炉水质均符合工业锅炉水质(CB15762018)的标准要求。分析图4结果可知，相较于传统液体加药方式，固体加药装置的水质能保持在更低的数值，说明固体加药装置可以将锅炉维持在更低限的指标下运行，节省药剂的使用量，节约成本，更加科学合理的投药。且固体加药装置的标准方差更小，说明固体加药装置的稳定性更好。3结语本文研发了1种新型工业锅炉智能固体加药装置，可实现干粉自动加热混合、干粉定量投加、自动配药和反馈精确控制加药等功能，确保经加药处理后的锅水能够满足工业锅炉水质（GB/T15762018）的标准要求，且具有节省药剂的优点。该装置准确性、稳定性较好，对优化现有工业锅炉炉内加药方法，提高水质监测合格率具有重要参考价值。参考文献1王志建，戴国栋，丘性通.福建省在用工业锅炉水质分析与建议措施J.工业锅炉,2 0 17(3)：49-51,56.2石永.工业锅炉水处理及其节能减排措施研究J.中国资源综合利用,2 0 2 1,39(9):18 2-18 4.3卢黎明，黄晖，曹勇，等.在用工业锅炉能效状况分析与对策J.工业锅炉,2 0 16(1):44-46.4郭晓丽.工业锅炉水质检验中常见问题及对策探讨J.科技创新与应用，2 0 2 0(2)：119-12 0.5赵兴杰，程超.工业锅炉氧腐蚀分析J.机电信息，2 0 2 2(14)：6 0-6 2.2023.NO.5.131