工業鍋爐智能固體加藥系統的研發與應用

王真楨

（福建省特種設備檢驗研究院龍巖分院 福建龍巖 364000）

0 引言

工業鍋爐是重要的熱能動力設備，廣泛應用于工業生產、工程動力、建筑采暖、人民生活等各個方面。水質是工業鍋爐的血液，不良的鍋爐水質會對工業鍋爐的運行造成重大的影響，如結垢、腐蝕與汽水共騰等，影響鍋爐安全運行［1-2］。高硬度鍋水會在換熱面產生水垢，造成鍋爐傳熱效率降低。相關研究表明，鍋爐受熱面1.0 mm 厚的水垢導致鍋爐效率降低3%～5%［3］。且受熱面溫度升高，嚴重的會引發鍋爐爆管等。鍋水中的高濃度鐵離子會產生垢下腐蝕；水中溶解氧過高會導致局部點狀的氧腐蝕等［4-5］。

《鍋爐安全技術規程》（TSG 11—2020）規定，使用單位應當做好鍋爐水處理工作，保證水汽質量符合標準要求。且《工業鍋爐水質》（GB 1576—2018）指出，額定蒸發量≤4 t/h 且額定蒸汽壓力≤1 MPa 的蒸汽工業鍋爐，可采用鍋內加藥進行水處理。傳統的加藥方式一般是液體加藥，如圖1 所示。液體加藥方式是將藥劑按比例調配好后，裝入藥劑桶送往各企業。液體加藥方式存在3 點不足：①液體加藥為人工投加，需要定期觀察加藥情況并及時補給，智能化程度低；②無法及時分析加藥后的水質情況，調節存在滯后性；③液體藥劑儲存時間較短，有時需要現場配制，費時費力。

研發合理的加藥方式可有效預防水垢生成，確保鍋爐安全經濟運行，提高鍋爐效率，延長鍋爐的使用年限。本文通過改進液體加藥方式，將液體人工投放方式轉變為固體智能投放方式，開發研制1 種工業鍋爐智能固體加藥裝置，從而有效提高水質服務工作效率，降低經濟成本，更加節能環保，滿足為企業提供更加優質服務的發展需求。

1 工業鍋爐智能固體加藥裝置的設計研發

1.1 結構設計

工業鍋爐智能固體加藥裝置主要將水處理藥劑便捷地加入到工業鍋爐的鍋水中。該裝置主要包括干粉加藥箱、攪拌箱體、預混器、超聲波液位計、電控柜和計量泵等，裝置的設計結構圖見圖2。

圖2 工業鍋爐智能固體加藥裝置的結構圖

1.2 運行流程

結合圖2，該加藥系統的運行流程如下：將進水管（8）與自來水連接，通過干粉加藥箱（3）頂部混合電機（14）的轉動，使得按比例調配的干粉藥劑能夠充分混合；再通過加藥電機（4）的轉動，使加藥電機（4）可帶動螺旋輸料桿（5）進行轉動，從而可使干粉加藥箱（3）內部的藥劑可根據需求定量的送至預混器（6）內并與水混合；再通過攪拌箱體（1）充分混合攪拌后溶解，經計量泵（16）輸送至鍋爐內與鍋水充分反應；由在線監測儀表實時監測水質，反饋回4～20 mA 的電流信號至PLC 處理轉化為電壓信號；此信號再輸入給變頻器，由變頻器來控制加藥計量泵的轉速，從而達到控制加藥流量的目的，實現藥劑定量投加及反饋精確控制加藥的功能。且當干粉加藥箱（3）內部的藥劑填充完成后，可蓋下防護蓋（12），使防護蓋（12）可對干粉加藥箱（3）的開口端進行遮蓋，當設備運行產生振動時，通過防護蓋（12）的遮蓋，以達到防止藥劑飛濺出來的目的；通過干粉加藥箱（3）側壁電磁加熱線圈（13）的設計，能夠有效防止藥劑受潮板結和失效。

該裝置具有干粉自動加熱混合、干粉定量投加、自動配藥和反饋精確控制加藥等功能，能夠解決原有液體人工投加方式智能化程度低、準確化程度低、經濟成本高和人力浪費的問題，是1 個針對工業鍋爐爐內加藥處理的智能化、準確化和一體化的全自動干粉溶配及加藥裝置。

1.3 工業鍋爐智能固體加藥裝置的優勢

工業鍋爐智能固體加藥裝置具有以下5 點優勢：

（1）采用智能化儀表自動完成干粉溶配及加藥等過程，整個過程無需人工控制，可大大減少現場操作員的工作量，智能化程度較高。

（2）固體藥劑采用螺旋輸送機精確投加，投加量精確可調，保證藥劑配比穩定，穩定性較好。

（3）通過水質在線監測反饋的信號，實現加藥反饋精確控制，將可以有效地避免由于加藥量偏大或濃度不均導致的“鍋水pH、總堿度、溶解固形物”超標，準確化程度高。

（4）通過干粉加藥箱頂部混合電機和側壁電磁加熱線圈的創新設計，不僅可以使按比例調配的干粉藥劑能夠充分混合，還可以對易受潮的藥劑進行烘干，從而有效防止藥劑板結失效，實用性高。

（5）可以延長送藥周期，減少送藥的頻率，從而減少檢驗人員的工作量、降低檢驗耗材和車輛的成本，具有良好的經濟性。

2 工業鍋爐智能固體加藥裝置的現場應用

為了驗證工業鍋爐智能固體加藥裝置的實際應用效果，在福建省內選取1 臺工業鍋爐作為研究對象，對比不同加藥方案對工業鍋爐鍋水水質的影響。工業鍋爐智能固體加藥裝置現場安裝情況如圖3 所示。

圖3 工業鍋爐智能固體加藥裝置現場安裝圖

2.1 試驗方案

該鍋爐位于福建省龍巖市某飼料廠內，鍋爐型號為WNS4-1.25-SCI，燃料：生物質，額定負荷為4 t/h，額定蒸汽壓力為1.25 MPa。采用以下2 種試驗方案來驗證加藥系統的實際效果。

試驗方案1：分別在該工業鍋爐在未加藥、間斷式藥罐定時加藥與采用工業鍋爐智能固體加藥裝置3 種情況下，監測鍋水水質數據，考察3 種加藥方式對鍋水水質的影響。

試驗方案2：測試該工業鍋爐采用傳統液體投加方式和工業鍋爐智能固體加藥裝置2 種情況，在48 h 試驗周期內，每8 h取樣1 次并監測鍋水的水質變化。

2.2 結果與討論

表1 分別顯示了試驗方案1 中，工業鍋爐鍋水在未加藥、間斷式定時加藥與工業鍋爐智能固體加藥裝置的測試結果。

表1 采用不同鍋水加藥處理方式的水質監測結果

由表1 測試結果可知：

（1）當鍋水未加藥處理時，鍋水的酚酞堿度、全堿度均低于標準限值，不滿足《工業鍋爐水質》（GB 1576—2018）的標準要求，需要往鍋水中添加堿度。

（2）鍋水采用間斷式藥罐定時加藥方式，鍋水的酚酞堿度、全堿度與相對堿度遠大于標準限值，導致pH 也高于標準限值的12。這是由于加藥初期藥量偏大，短時間內導致“全堿度、鍋水pH、溶解固形物”超標。當鍋水pH＞12、全堿度超標時容易引起鍋爐的堿性腐蝕，不利于鍋爐的安全運行；而溶解固形物偏高則會增加鍋爐蒸汽帶水的傾向，影響鍋爐蒸汽品質，使鍋水水質難以達到《工業鍋爐水質》（GB 1576—2018）的要求。

（3）鍋水采用工業鍋爐智能固體加藥裝置方式，鍋水各項指標完全符合《工業鍋爐水質》（GB 1576—2018）的標準要求。

分析結果表明，上述3 種不同鍋水加藥處理方式中，只有工業鍋爐智能固體加藥裝置能滿足工業鍋爐的鍋水水質 《工業鍋爐水質》（GB 1576—2018）的標準要求，也能夠有效防止因鍋水未加藥造成的受熱面結垢及采用其他加藥方式造成的加藥初期藥量偏大的問題，工業鍋爐智能固體加藥裝置能夠連續均衡地根據鍋爐的實際水質狀況進行鍋內加藥，消除鍋內殘余硬度，準確度高。

傳統液體加藥與智能固體加藥裝置方式下48 h 內鍋水水質的變化情況見圖4。圖4 分別顯示了試驗方案2 中測試該工業鍋爐采用傳統液體投加方式和工業鍋爐智能固體加藥裝置2 種情況，在48 h 試驗周期內，每8 h 取樣1 次并監測鍋水的水質變化。

圖4 傳統液體加藥與智能固體加藥裝置方式下48h 內鍋水水質的變化情況

由圖4 可知，傳統液體加藥方式后的鍋水的酚酞堿度、全堿度、pH 與溶解性固形物分別為（7.43±2.36）mol/L、（9.02±2.35）mol/L、11.5±0.37 與（1.95±0.70）×103mg/L，工業鍋爐智能固體加藥系統的酚酞堿度、全堿度、pH 與溶解性固形物分別為（4.60±0.71）mol/L、（5.78±0.88）mol/L、11.2±0.14 與（1.30±0.25）×103mg/L。2 種加藥方式獲得的鍋爐水質均符合《工業鍋爐水質》（GB 1576—2018）的標準要求。

分析圖4 結果可知，相較于傳統液體加藥方式，固體加藥裝置的水質能保持在更低的數值，說明固體加藥裝置可以將鍋爐維持在更低限的指標下運行，節省藥劑的使用量，節約成本，更加科學合理的投藥。且固體加藥裝置的標準方差更小，說明固體加藥裝置的穩定性更好。

3 結語

本文研發了1 種新型工業鍋爐智能固體加藥裝置，可實現干粉自動加熱混合、干粉定量投加、自動配藥和反饋精確控制加藥等功能，確保經加藥處理后的鍋水能夠滿足《工業鍋爐水質》（GB/T 1576—2018）的標準要求，且具有節省藥劑的優點。該裝置準確性、穩定性較好，對優化現有工業鍋爐爐內加藥方法，提高水質監測合格率具有重要參考價值。