影響蒸汽綜合水耗的原因分析及對策

馮惠平

前言

蒸汽綜合水耗是指鍋爐單位蒸汽發生量所需的工業新水量，是反映熱電系統考量節水效果、核算工序成本的重要指標之一。通過對蒸汽綜合水耗數據的收集分析，能夠反映出熱電系統水資源利用效率，為查找系統缺陷、制定節水措施提供支持和幫助。

1　現狀概述

萊鋼能源動力廠熱電系統分為四大生產區域，各生產區域各自獨立。每個生產區域內均配置有燃氣鍋爐、背壓式汽輪機以及獨立的循環水、除鹽水系統。生產區域主要負責高爐供風、汽輪發電、除鹽水、軟化水外供和工業用蒸汽外供任務。各區設備配置數量不同，使用的水源也不完全相同，這就導致能源動力廠蒸汽綜合水耗呈現出不均衡性和波動性。通過對各區蒸汽綜合水耗的對比、研究，總結出了幾項影響蒸汽綜合水耗的主要原因并制定了相應的處理措施。

2　影響水耗波動的原因分析

（1）影響蒸汽綜合水耗波動第一原因就是工業新水水質。工業新水水質變化會直接影響到后續循環水補水率發生變化。當水質明顯劣化時，工業新水消耗量明顯增加。例如在2016年上半年萊鋼地區降水量持續偏低，半年累計平均降水量35.5 mm，較2015年同期減少51.9 mm。水源地地下水位達到歷史最低點，水質明顯劣化，新水消耗量增加蒸汽綜合水耗明顯上升。經過2016年雨季以及一系列涵養水源措施后，2017年同期新水水質明顯好轉。下面分別選取了2016年和2017年同期數據對比可以看出，水質改善后，在其他條件基本相同的情況下蒸汽綜合水耗下降了0.21 t/t。對比數據如表1所示。

表1　2016年與2017年5月份同期數據對比表

按照循環水濃縮倍數降低幅度理論計算（GB50050-2007，見圖1），水質改善后該區域5月份減少了新水用量3.5萬t。

圖1　濃縮倍率與排污水量、補充水量關系

（2）其次是環境氣溫對蒸汽綜合水耗產生影響。環境溫度變化特別是夏季氣溫上升會導致汽輪機排汽溫度升高。為了降低汽輪機端差往往需在夏季增開循環水泵增加循環量。循環量增加勢必導致循環水蒸發損失增加，從而增加了工業新水使用量。選取2017年7月份某生產區水耗情況進行了對比。2017年7月萊鋼地區氣溫均值為29.2℃，較2016年同期氣溫均值的27.3℃高出1.9℃（圖2所示）。根據理論公式循環水系統的蒸發量隨著氣溫每提高0.5℃，循環水蒸發量增加的百分率P1為0.02%。氣溫與補水率呈正相關關系，氣溫每升高1℃，補水率將增加2%。因此該區域當月循環水多補新水2.1萬噸，導致當月實際完成情況比計劃增加了0.02 t/t。

圖2　2016年與2017年7月氣溫同比圖

（3）循環水水質控制標準的高低會對蒸汽綜合水耗帶來影響。近年來，能源動力廠結合汽輪機大中修機會對凝汽器管束進行了更換，大部分機組都更換了不銹鋼管束。在管束材質選取時需要考慮不同材質的不銹鋼管對循環水水質的要求。根據《發電廠凝汽器及輔機冷卻器管選材導則》（DL/T712-2010）規定，304不銹鋼材質耐循環水中氯離子濃度不得超過200 mg/L，316材質氯離子濃度不得超過1000 mg/L。長期高氯離子濃度環境下運行，管束腐蝕速度非常快，管束泄漏問題將大量出現。由于304材質的不銹鋼管價格低于316材質，如果僅僅考慮低價因素，勢必導致在后期運行時循環水水質控制標準發生變化。經過試驗，為保證304材質管束不發生大面積腐蝕，循環水濃縮倍率由4.5下降至3.4，循環水排污量大大增加。由于循環水排污量的增加導致蒸汽綜合水耗上升。

（4）蒸汽外供量增加也對蒸汽綜合水耗產生影響。由于萊鋼能源動力廠擔負著萊鋼內部工業蒸汽保供的任務，存在蒸汽長距離輸送的問題。當管網蒸汽壓力降低時，通過汽輪機增加抽汽提高外供蒸汽量。外供蒸汽量增加，導致汽輪機凝結水量減少，除鹽水產量增加，所以同等蒸汽產量前提，區域內工業新水用量增加。根據近年來經驗，外供蒸汽量每增加1 t，新水消耗量平均增加2.2 t。

（5）系統內或外供能源介質管道出現泄漏也會增加蒸汽綜合水耗。當發現水耗突然上升而其他外部條件未發生明顯變化時，可以考慮是否存在泄漏問題。除了對管道進行檢查外，還可以利用水平衡測試的方法，對生產區域內各工序進行測試，有助于泄漏點的查找。

3　降低蒸汽綜合水耗的措施

影響蒸汽綜合水耗的主要原因可以歸結為工業新水用量上升，所以要降低水耗主要是控制新水的使用量。

首先是利用已有設備改善新水水質。將弱陽補水或者富余的軟化水補充至工業新水中改善新水水質。依據萊鋼近年來的經驗，此措施在2016年水源地水質劣化時期起到了良好的效果，循環水排污量得到控制，蒸汽綜合水耗未出現較大波動。

其次是調整循環水水質控制標準，降低循環水補水率。前期通過對循環水系統加硫酸的方式，將循環水pH值控制在（6.8～9.5）之間，鈣硬+M堿度控制在（20.5～22）mmol/L。在水質劣化的時期將濃縮倍率由原來的2.8左右，提高到3.4左右，型鋼區循環水補水率降低了10 t/萬t左右，有效控制了蒸汽綜合水耗的增加。

另外加強設備管理、動態控制循環水量也是重要措施之一。在選擇汽輪機凝汽器、冷油器管束時充分考慮自身循環水控制標準，選擇合適的材質降低運行風險。加強對內外部管道進行點巡檢，管道泄漏點及時進行封堵減少浪費。同時根據生產運行情況及時調整循環水泵開啟臺數，保證循環水量在經濟運行區間減少冷水塔蒸發損失。

最后實施資源“串級使用”減少外排，杜絕能源“高質低用”問題的出現。萊鋼能源動力廠近年來通過除氧器乏汽回收、擴容器疏水回收、射水箱回水封閉回收等一系列措施使能源利用效率提高，節水效果顯著。

4　結束語

降低蒸汽綜合水耗不僅僅是為實現指標控制要求和降低蒸汽工序成產成本，它也符合國家節能減排環境保護的總體要求。通過對水耗的控制進一步降低對地下水的開采使用，保護了地下水資源的同時，還提高了企業能源綜合利用效率，也為今后的節能改造項目提供指導和幫助。

[參 考 文 獻]

[1]齊復東.電站凝氣設備和冷卻系統[M].北京:水電出版社，1990，5.

[2]張春雷.循環冷卻水處理核心控制參數的研究[D].華北電力大學.2008.