影响蒸汽综合水耗的原因分析及对策

冯惠平

前言

蒸汽综合水耗是指锅炉单位蒸汽发生量所需的工业新水量，是反映热电系统考量节水效果、核算工序成本的重要指标之一。通过对蒸汽综合水耗数据的收集分析，能够反映出热电系统水资源利用效率，为查找系统缺陷、制定节水措施提供支持和帮助。

1　现状概述

莱钢能源动力厂热电系统分为四大生产区域，各生产区域各自独立。每个生产区域内均配置有燃气锅炉、背压式汽轮机以及独立的循环水、除盐水系统。生产区域主要负责高炉供风、汽轮发电、除盐水、软化水外供和工业用蒸汽外供任务。各区设备配置数量不同，使用的水源也不完全相同，这就导致能源动力厂蒸汽综合水耗呈现出不均衡性和波动性。通过对各区蒸汽综合水耗的对比、研究，总结出了几项影响蒸汽综合水耗的主要原因并制定了相应的处理措施。

2　影响水耗波动的原因分析

（1）影响蒸汽综合水耗波动第一原因就是工业新水水质。工业新水水质变化会直接影响到后续循环水补水率发生变化。当水质明显劣化时，工业新水消耗量明显增加。例如在2016年上半年莱钢地区降水量持续偏低，半年累计平均降水量35.5 mm，较2015年同期减少51.9 mm。水源地地下水位达到历史最低点，水质明显劣化，新水消耗量增加蒸汽综合水耗明显上升。经过2016年雨季以及一系列涵养水源措施后，2017年同期新水水质明显好转。下面分别选取了2016年和2017年同期数据对比可以看出，水质改善后，在其他条件基本相同的情况下蒸汽综合水耗下降了0.21 t/t。对比数据如表1所示。

表1　2016年与2017年5月份同期数据对比表

按照循环水浓缩倍数降低幅度理论计算（GB50050-2007，见图1），水质改善后该区域5月份减少了新水用量3.5万t。

图1　浓缩倍率与排污水量、补充水量关系

（2）其次是环境气温对蒸汽综合水耗产生影响。环境温度变化特别是夏季气温上升会导致汽轮机排汽温度升高。为了降低汽轮机端差往往需在夏季增开循环水泵增加循环量。循环量增加势必导致循环水蒸发损失增加，从而增加了工业新水使用量。选取2017年7月份某生产区水耗情况进行了对比。2017年7月莱钢地区气温均值为29.2℃，较2016年同期气温均值的27.3℃高出1.9℃（图2所示）。根据理论公式循环水系统的蒸发量随着气温每提高0.5℃，循环水蒸发量增加的百分率P1为0.02%。气温与补水率呈正相关关系，气温每升高1℃，补水率将增加2%。因此该区域当月循环水多补新水2.1万吨，导致当月实际完成情况比计划增加了0.02 t/t。

图2　2016年与2017年7月气温同比图

（3）循环水水质控制标准的高低会对蒸汽综合水耗带来影响。近年来，能源动力厂结合汽轮机大中修机会对凝汽器管束进行了更换，大部分机组都更换了不锈钢管束。在管束材质选取时需要考虑不同材质的不锈钢管对循环水水质的要求。根据《发电厂凝汽器及辅机冷却器管选材导则》（DL/T712-2010）规定，304不锈钢材质耐循环水中氯离子浓度不得超过200 mg/L，316材质氯离子浓度不得超过1000 mg/L。长期高氯离子浓度环境下运行，管束腐蚀速度非常快，管束泄漏问题将大量出现。由于304材质的不锈钢管价格低于316材质，如果仅仅考虑低价因素，势必导致在后期运行时循环水水质控制标准发生变化。经过试验，为保证304材质管束不发生大面积腐蚀，循环水浓缩倍率由4.5下降至3.4，循环水排污量大大增加。由于循环水排污量的增加导致蒸汽综合水耗上升。

（4）蒸汽外供量增加也对蒸汽综合水耗产生影响。由于莱钢能源动力厂担负着莱钢内部工业蒸汽保供的任务，存在蒸汽长距离输送的问题。当管网蒸汽压力降低时，通过汽轮机增加抽汽提高外供蒸汽量。外供蒸汽量增加，导致汽轮机凝结水量减少，除盐水产量增加，所以同等蒸汽产量前提，区域内工业新水用量增加。根据近年来经验，外供蒸汽量每增加1 t，新水消耗量平均增加2.2 t。

（5）系统内或外供能源介质管道出现泄漏也会增加蒸汽综合水耗。当发现水耗突然上升而其他外部条件未发生明显变化时，可以考虑是否存在泄漏问题。除了对管道进行检查外，还可以利用水平衡测试的方法，对生产区域内各工序进行测试，有助于泄漏点的查找。

3　降低蒸汽综合水耗的措施

影响蒸汽综合水耗的主要原因可以归结为工业新水用量上升，所以要降低水耗主要是控制新水的使用量。

首先是利用已有设备改善新水水质。将弱阳补水或者富余的软化水补充至工业新水中改善新水水质。依据莱钢近年来的经验，此措施在2016年水源地水质劣化时期起到了良好的效果，循环水排污量得到控制，蒸汽综合水耗未出现较大波动。

其次是调整循环水水质控制标准，降低循环水补水率。前期通过对循环水系统加硫酸的方式，将循环水pH值控制在（6.8～9.5）之间，钙硬+M碱度控制在（20.5～22）mmol/L。在水质劣化的时期将浓缩倍率由原来的2.8左右，提高到3.4左右，型钢区循环水补水率降低了10 t/万t左右，有效控制了蒸汽综合水耗的增加。

另外加强设备管理、动态控制循环水量也是重要措施之一。在选择汽轮机凝汽器、冷油器管束时充分考虑自身循环水控制标准，选择合适的材质降低运行风险。加强对内外部管道进行点巡检，管道泄漏点及时进行封堵减少浪费。同时根据生产运行情况及时调整循环水泵开启台数，保证循环水量在经济运行区间减少冷水塔蒸发损失。

最后实施资源“串级使用”减少外排，杜绝能源“高质低用”问题的出现。莱钢能源动力厂近年来通过除氧器乏汽回收、扩容器疏水回收、射水箱回水封闭回收等一系列措施使能源利用效率提高，节水效果显著。

4　结束语

降低蒸汽综合水耗不仅仅是为实现指标控制要求和降低蒸汽工序成产成本，它也符合国家节能减排环境保护的总体要求。通过对水耗的控制进一步降低对地下水的开采使用，保护了地下水资源的同时，还提高了企业能源综合利用效率，也为今后的节能改造项目提供指导和帮助。

[参 考 文 献]

[1]齐复东.电站凝气设备和冷却系统[M].北京:水电出版社，1990，5.

[2]张春雷.循环冷却水处理核心控制参数的研究[D].华北电力大学.2008.