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樹脂除氧替代傳統除氧器節水節能防腐效益

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樹脂除氧替代傳統除氧器節水節能防腐效益

發布日期:2016-07-13 00:00 來源:http://www.fanqian360.com 點擊:

 氧化還原樹脂除氧器運行成本計算


    1、以宇神牌06B型為例計算除氧成本


  (1)消耗肼費用:1Kg80%肼價格17元,出無氧水60噸


         17/60=0.28元/t


  (2)設備費以0.7萬元/t計,一年運行7920小時,折舊費10%


         7000×10%/7920=0.09元

      06B型樹脂除氧成本為0.28×0.09=0.37元/t


   2、以宇神06C型為例計算平均1 kg再生劑生產10噸脫氧水,再生劑成本以3.0元/kg    再生劑費用=3.0/10=0.30元/t


    設備價以40000元/噸,10%折舊率4000×10%/7920=0.05元/噸


     0.25+0.05=0.35(元/t)


   3、樹脂除氧器平均運行成本=(0.35+0.37)/2=0.36元/t


  (一)、替代熱力除氧


   1、 熱力除氧成本


   熱力除氧自耗蒸汽占鍋爐出力的18%,進水溫度以12℃計, 加熱到105℃1000kg軟化水消耗蒸汽量計算, 查表105℃蒸汽汽化潛熱為536kCal,(105-12) ×1000/536=175kg, 即降低鍋爐出力17.5%


    盡管用于除氧的蒸汽熱量大部分可回收,但有5%蒸汽排到空氣中。

    生產脫氧水消耗蒸汽量175kg×5%=9 kg

    蒸汽排放費:9kgχ0.16元/kg=1.44元/t。

    9kg無氧軟化水或無氧脫鹽水以10元/噸計,0.009×10=0.09元


    框架折舊費:熱力除氧的無氧水溫105℃相應的飽和蒸汽壓為0.123Mpa,除氧器必須高位布置,應高出鍋爐給水泵入口12.3米,才能防止高溫脫氧水在鍋爐給水泵入口處汽化,單層鍋爐房需建專用鋼筋水泥框架,一臺放置出力為30t/h熱力除氧設備的框架造價30萬元,設備折舊率以5%計,每年運行330天計,因水泥框架折舊增加脫氧成本B=10000×5%/7920=0.06元/t。


    降低鍋爐出力增加成本:熱力除氧平均自耗蒸汽計算


     鍋爐房投資以每噸鍋爐出力12萬元計算,鍋爐折舊率以5%計,脫氧水增加成本D=120000×15.86%×5%/7920=0.12元/t。


熱力除氧器折舊費計算:折舊率以5%計,熱力除氧器價格以2000元/t出力計,每噸脫氧水承擔的折舊費E=2000×10%/7920=0.01元。


    熱力除氧總成本Q1=A+B+C+D+E+F=1.44+0.09+0.06+0.12+0.02=1.73元。


    2、代替熱力除氧節能效益(宇神牌氧化還原樹脂除氧器脫氧成本以0.36元/噸計,設備價格以6500元/噸出力計,鍋爐每小時以7920小時計(330天) 

 采用宇神06A型氧化還原樹脂除氧器代替熱力除氧每年節能、節水效益為W,W=(Q1-Q0)×7920=(1.72-0.36) ×7920=1.20元×7920=10771.2元。

    3、回收技改資金時間


    以除氧器出力計平均價6500元/t,投資回收時間Y年,Y=6500/9504=0.6年,即7個月可收回替代熱力除氧投資。


    (二)、替代真空除氧器


    真空除氧器屬于中溫除氧。原理也是根據亨利定律,把水上方抽成真空,水中溶解氧就向真空擴散,達到除氧的目的,國內采用的抽真空裝置一般為水流噴射泵,真空度只能達到0.06Mpa,要達到好的除氧效果,必須把水上面的水蒸汽壓提高到0.04Mpa,與此飽和水蒸汽壓相應的水溫為60℃,因此,采用真空除氧器對鍋爐補給水除氧,要使水中殘余氧含量<100ppb,水溫必須≥60℃。


    1、 真空除氧器運行成本

電費:真空除氧器需用四臺泵,一臺射流真空泵,使除氧器產生0.06Mpa真空度;一臺軟化水噴淋泵,使軟化水在真空中噴霧除氧;一臺引水泵,把真空除氧器中脫氧水吸出;一臺鍋爐給水泵,把無氧水送入鍋爐。平均生產一噸脫氧水耗電2度,電費以0.50元/度計,脫氧水電費:A=0.5×2=1.00元。


    折舊費:出力為20t/h真空除氧器價格16萬元,平均每噸出力8000元,折舊率為10%,每年運行以330天計,折舊費B=8000×10%/7920=0.10元/t。


因加熱水占用鍋爐出力的費用:軟化水溫度平均以12℃計,每噸水加熱到60℃需消耗蒸汽W  kg.,100℃蒸汽熱焓△Hg為639千卡/kg。


    W=(60-12)×1000/△Hg=75kg蒸汽/t脫氧水:降低鍋爐出力7.5%,每噸出力鍋爐投資以12萬元計, 折舊率以5%計, 每年運行330天計

C=(120000χ10%χ7.5%)/7920=0.11元/t

真空除氧成本Q=A+B+C=1.00+0.10 +0.11=1.21元/t。

 2、替代真空除氧的節能效益

國產真空除氧器,除氧性能不穩定,射流泵長期使用,真空度達不到指標,射流真空泵連續使用,水溫升高,也會造成真空度下降。真空除氧器生產脫氧水殘余氧含量一般在100-200ppb,達不到GB1576-2001工業鍋爐水質標準的要求,達不到防溶氧腐蝕效果。替代真空除氧的節能效益 (Q2-Q0)×7920=(1.21-0.36) ×7920=0.85×7920=6732(元/t出力)。


     3、 回收技改投資時間


     Y=6500/5940=1.1年,即1年零1個月收回收技改投資.

(三)、替代解吸除氧器

   解吸除氧器工作原理是水中溶解氧與碳反應生成二氧化碳,反應方程式如下:


         C  +  O2   →  C O2

     為了把水中溶解氧解吸出來,必須把軟化水在無氧氮氣體中噴淋霧化,水中溶解氧解吸出來,進入氮氣,含氧氮氣與碳子篩在高溫除氧反應器中反應生成二氧化碳,氮氣變成氮氣和二氧化碳的混合氣體,軟化水在這種混合氣體中噴淋,二氧化碳溶入軟化水中,這樣,水溶解氧轉變成溶解的二氧化碳,降低了水的PH值,達不到GB1576-2001規定的PH值≥7的要求,增中了水的腐蝕性,美國雷聲公司研究報告結論:


    水中溶解氧對金屬腐蝕速度在有二氧化碳存在條件下,要快18倍,因此,采用解吸法除氧沒有解決鍋爐的腐蝕。僅僅是把溶氧腐蝕轉變成溶氧與二氧化碳的綜合腐蝕, 而且是更嚴重的腐蝕.


   解吸除氧成本計算:


    電費:以北京海淀捷源公司JYX-4型解吸除氧為例,額定出水量4t/h(與4t鍋爐配套),除氧泵為IS50-32-200功率為5.5kw,電加熱高溫除氧反應器功率為2.5kw,共8kw,每噸脫氧水耗電2kw,電費A=2×0.5=1.00元。


    碳分子篩消耗:水中溶解氧含量以8mg/L計,根據化學反應方程式計算每噸脫氧消耗碳分子篩3克,利用率以80%計,實際消耗3.75克,3094碳分子篩45元/kg,B=3.75×0.045=0.17元。


    折舊費:解吸除氧器平均價格以出計為5000元/t,折舊率以5%計,C=5000×5%/7920=0.03元。

解吸除氧總成本Q3=A+B+C=1.00+0.17+0.03=1.20元。


    替代解吸除氧器每年節能費G=( Q3-Q0)×7920=(1.20-0.36) ×7920=0.84χ7920=6652.8元。

    投資回收時間Y3,Y3=6500/6652.8=0.98年,即一年節能效益可收回替代解吸除氧投資. 


    (四)、替代海綿鐵粒除氧器


   海綿鐵粒除氧原理:水中溶解氧與海綿鐵粒反應,生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵而被除去。

   為了加快反應速度,把廢鋼鐵融化加入少量鈷通入氮氣,制成多孔粒狀海綿體?;瘜W反應方程式如下:

    (1)    O2     +     2Fe       +   2H2O    →     2Fe(OH)2  

   (2)   O2     +    4Fe(OH)2   +   2H2O    →     4Fe(OH)3   

   由化學反應方程式可知,除氧反應生成鐵的氫氧化物膠體,阻礙了溶解氧與鐵反應,因此,要定期用高壓軟化水反沖洗,配置一臺IS100-80-160高壓泵,功率15kw,反洗強度為27L/m2.s,反洗30分鐘(或用真空泵吸進空氣,反洗強度可降低到15L/ m2.s),每天反洗一次,洗去海綿鐵粒表面的鐵膠體,由化學反應方程式(1)還可知,除去8mg  O2生成Fe2+  28mg。軟化水中含鐵離子,軟化水經除氧后帶黃色,進入鍋爐鐵離子會在鍋爐管內壁生成鐵垢,鐵垢導熱系數比鋼鐵小8倍,不但造成鍋爐熱效率降低,而且給鍋爐安全運行造成隱患(尤其是燃氣鍋爐),因此,為了鍋爐安全運行GB1576-2001標準中規定鍋爐給水中鐵含量≤0.3mg/L,海綿鐵除氧必須再加軟化器除鐵,組成海綿鐵除氧除鐵裝置,水溫保持在8℃以上,殘余氧含量才能≤100ppb,對于我國東北、西北地區冬季水溫接近0℃,不適合使用。以武漢水利電力大學河南安陽長城水處理設備廠生產的ZGY-1200-1型組合式除氧除鐵器為例,該除氧器出力17t/h,分上下兩室,下室內裝填海綿鐵粒層高900mm,海綿鐵粒重6.5t,上室裝填001×7陽離子交換樹脂層高900mm,體積為707L,重350kg,采用低速逆流再生(2m/h),鹽耗量為80g/L,再生鹽中加1.5%Na2SO3,把Fe3+還原成Fe2+,防止Fe3+對001×7陽離子交換樹脂的污染。樹脂對Fe2+工作交換容量400moL/m3。

   1、海綿鐵粒除氧成本


    除鐵費用


    除鐵設備再生一次可除去0.4×707=282.8mol  Fe2+,除氧后水中產生與溶氧等當量Fe2+,水中Fe2+濃度,溶氧含量以8mg/L計即1mol/t,可產無鐵脫氧水282.8t


 A,電費,鹽泵功率2.2kw,鹽液濃度4-5%,1.5 m3鹽水,以2m/h流速打入除鐵器中,在一個除鐵周期中鹽泵電費為D1=2.2×0.5=1.00元;


 B軟化器再生費用,工業鹽0.7元/kg,再生水平以80g/L樹脂計,鹽費D2=0.7×0.08×707=0.7×56.56=39.59元


 C, 軟化器反洗自耗水以5%計,自耗水費D3=282.8×5%×5=70.7元;


 D, Fe3+還原費,由于Fe3+使陽離子交換樹脂中毒,因此需加亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉還原Fe3 相當于再生用鹽量2%,亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉平均價以4元/kg計,還原劑費用D4=4×0.08×707×2%=4.52元


 除鐵費D=( D1+D2+D3+D4)/282=(1.0+39.59+70.5+4.52)/282.8=115.62/282.8=0.41元/t。


 反沖洗鐵膠體消耗水費:水費仍以5元/t計算,?1200海綿鐵除氧器,截面積1.13m2,反洗強度為27升/m2。秒,連續運行五天反洗時間累計為60分鐘,反洗用水量q=27×60×60×1.13=109.8t。120小時生產脫氧水2040t,自耗水=109.8/2040=5.4%,  

 反沖水費=5.0×5.4%=0.27元/t


    海綿鐵粒消耗費用:水中溶解氧含量以8克/ m3根據反應式計算除去8克氧消耗海綿鐵28克(1mol),海綿鐵利用率以50%計,價格以10000元/t計,B=28×2×10/1000=0.56元/t。


    電費:15kw反沖洗泵,運行半小時,全國平均電費每度以0.5元計,出力17t/h海綿鐵除氧器一個沖洗周期內,每噸脫氧水承擔電費C=15×0.5×0.5/2040=0.01元。


    設備折舊費:設備價以2000元/t出力計,折舊率以5%計,每年運行330天計E=2000×10%/7920=0.025元/t脫氧水,


    海綿鐵除氧總成本Q4=①+②+③+④+⑤=0.41+0.27+0.56+0.01+0.025=1.28元。

 2、替代海綿鐵粒除氧節能效益


    替代海綿鐵粒除氧每年每噸出力產生的效益(Q4- Q0)×7920=(1.28-0.36)×7920=0.92×7920=7286.4元;


    3、技改費回收時間


    Y=6500/7286.4=0.89年,即11個月收回投資。


    (五)替代加藥除氧


    加藥除氧是在水中加入還原劑,把水中溶解氧還原。常用還原劑有亞硫酸鈉,與溶氧反應生成硫酸鈉:

     2Na2SO3  +  O2  →2 Na2SO4

    或加聯氨生成水和氮:

           2N2H4   +  O2  →2H2O  +N2↑

    加藥除氧共同缺點是污染水質.鍋爐給水中帶進有害雜質,增加爐水含鹽量,加快電化學腐蝕,增加爐水排污水量,增加熱損失和水損失。另一缺點是增加藥品消耗,所加除氧還原劑一般要過量30%,僅用作熱力除氧后二次除氧,如發電廠在熱力除氧后水中殘余氧含量在0.03~0.05mg/L的水中加入聯氨,并過量,使爐水中聯氨保持在10 mg/L,以保證超高壓鍋爐爐水中殘余氧含量為≤0.007mg/L。工業鍋爐加藥除氧常用亞硫酸鈉,亞硫酸鈉與氧反應生成硫酸鈉,除氧后水中硫酸鈉與水中鈣離子生成硫酸鈣沉積在鍋爐內壁生成硫酸鈣水垢,硫酸鈣垢不能用化學酸洗清除,給鍋爐維修增加困難。剩余亞硫酸鈉與鈣離子生成亞硫酸鈣水垢,亞硫酸鈣垢在高溫下分解為二氧化硫和氧化鈣,造成二氧化硫對鋼鐵的腐蝕,反應如下:


 CaSO3  →  CaO   +  SO2 ↑


    因此,目前,國外發達國家,鍋爐給水除氧己不用亞硫酸鈉,用聯氨,碳酰肼、等有機還原劑.但這此還原劑價格高。除氧成本在1元/t以上。


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