1.前言
工業(yè)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)無垢運(yùn)行技術(shù)(運(yùn)行凈)是以不停車在線連續(xù)中性清洗為技術(shù)突破，彌補(bǔ)了常規(guī)水處理劑無清洗作用的技術(shù)不足，達(dá)到了水外理過程中同時(shí)且有連續(xù)清除系統(tǒng)中原有水垢微生物粘泥垢的效果，解決了提升循環(huán)水濃縮倍率后帶來的水垢形成問題，有效保障了循環(huán)水系統(tǒng)最大換熱效率的發(fā)揮，是現(xiàn)有水循環(huán)系統(tǒng)的水處理技術(shù)和化學(xué)清洗技術(shù)的全面更新產(chǎn)品。通過采用本產(chǎn)品，從而達(dá)到了系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行過程中無垢化清潔運(yùn)行的理想狀態(tài)。改變了傳統(tǒng)水處理僅對(duì)鈣、鎂離子作用的研究模式，該產(chǎn)品是與水垢分子發(fā)生作用為機(jī)理的,有別于阻垢劑與鈣鎂離子的作用，成為全新的革命性研究成果。
該項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于全部生產(chǎn)行業(yè)的所有類型循環(huán)水系統(tǒng):特別是大型火力發(fā)電、石油化工、煤化煉化、冶金制造、城市集中供熱等的冷卻、加熱、開路、閉路、間冷、凈環(huán)、濁環(huán)等全部類型循環(huán)水系統(tǒng);適用于系統(tǒng)組成材質(zhì)范圍為不銹鋼、碳鋼、低合金鋼、鑄鐵、銅、鈦、鋯材質(zhì):腐蝕速度符合《GB50050-2015工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);可徹底清除水垢(碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽型)銹垢、微生物粘泥垢;符合國(guó)家《GB8978--2002污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。
工業(yè)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)無垢運(yùn)行技術(shù)(運(yùn)行凈)的問世，徹底解決了循環(huán)水運(yùn)行期間的結(jié)垢問題，顯著提升生產(chǎn)效率，超高濃縮倍率下運(yùn)行的結(jié)果，帶來了巨大的節(jié)水收益，污垢的清除帶來換熱效率的提升，降低循環(huán)流量，減少大量電耗;實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)充水可全部使用工業(yè)、市政等中水;先進(jìn)的防腐蝕泄漏效果，極大降低了檢修費(fèi)用，顯著延長(zhǎng)系統(tǒng)服役期。本技術(shù)的效益亮點(diǎn)在于解決了上述問題的同時(shí)，客戶方除去藥劑成本之后還可獲得額外的大量節(jié)能收益。
2.運(yùn)行凈技術(shù)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)益的分析
2.1工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)
冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的任務(wù)，就是通過水循環(huán)的形式，冷卻各生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生熱量的裝置。
其工藝流程為:蓄水池的水通過循環(huán)泵進(jìn)入設(shè)備單元后，將各設(shè)備的熱量帶出設(shè)備單元，再進(jìn)入冷卻塔被空氣冷卻后，落入蓄水池的往復(fù)循環(huán)過程。
2.1.1節(jié)電量的計(jì)算過程
保有水量與流量關(guān)系:各行業(yè)常規(guī)比例關(guān)系，保有水量x1.6=系統(tǒng)循環(huán)量即16V=Q
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)公式:
系統(tǒng)蒸發(fā)量=環(huán)境系數(shù)x系統(tǒng)流量x系統(tǒng)溫差 即:E=kQ△t
現(xiàn)在計(jì)算，保有水量10000立方米的工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)各參數(shù):
已知:新系統(tǒng)時(shí)的設(shè)計(jì)參數(shù)t=10℃ N=2.5 Q=1.6V
k=0.0013(年平均氣溫10℃時(shí))
得出:E=00013x16000x10=208m/h
即該系統(tǒng)每小時(shí)的蒸發(fā)量必須保證208m才能保證生產(chǎn)的正常
運(yùn)行
當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有污垢存在時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)溫差Δt下降。
國(guó)內(nèi)目前運(yùn)行五年以上的系統(tǒng)，全年平均系統(tǒng)溫差Δt在5℃左右，為保證 生產(chǎn)，系統(tǒng)蒸發(fā)量E不允許變化，根據(jù)公式E=kQAt，保持蒸發(fā)量E不變化，必須增加系統(tǒng)流量Q來解決。
即 kQoΔto=kQ1Δt1; Q= QoΔto÷Δt=16000x10÷5=32000m/h
按耗電量=1650kwh/萬噸流量計(jì)算:
正常耗電量=1650x16=2640kwh
改變流量后的耗電量=1650x32=5280kwh
電耗增加=5280-2640=2640kwhx24小時(shí)x365天=2312.64萬度電/全年
按無垢化運(yùn)行最低節(jié)電量在80%以上計(jì)算:
節(jié)電量=2312.64x80%=1850萬度電/全年
按工業(yè)電0.65元/kwh計(jì)，節(jié)電效益=065x1850=1202萬元/全年
2.1.2節(jié)水計(jì)算
根據(jù)系統(tǒng)強(qiáng)制排水量=蒸發(fā)量÷(水濃縮倍數(shù)-1)-系統(tǒng)風(fēng)吹
即:B=E÷(N-1)-D
國(guó)內(nèi)各企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)，實(shí)際的濃縮倍數(shù)平均2.5倍
我們按無垢化運(yùn)行作業(yè)前N0=2.5，實(shí)現(xiàn)無垢化清潔運(yùn)行后N1=10
計(jì)算節(jié)水量:
B1-Bo=[E÷(No-1)-D]-[E÷(N-1)-D]=208/1.5-208/9=115.56m3/h
上述計(jì)算得出，每萬噸保有水量的系統(tǒng):
全年節(jié)水量=115.56m/hx24小時(shí)*365天=101.23萬m3/全年
按水價(jià)4元/噸計(jì)，節(jié)水效益=101.23x4=404.92萬元/全年
2.1.3環(huán)水減少排污量的計(jì)算
循環(huán)水減少的排污量=循環(huán)水節(jié)約的水量=101.23萬m/全年
按污水環(huán)保處理費(fèi)用8元/噸計(jì)，減排效益=101.23x8=809.84萬元/全年
2.1.4全年原有常規(guī)水處理藥劑費(fèi)用的計(jì)算
根據(jù)現(xiàn)有市場(chǎng)價(jià)格和行業(yè)特點(diǎn)，使用正規(guī)水處理專業(yè)公司的水處理藥劑等費(fèi)用，每萬噸保有水量每年費(fèi)用為100萬元。
2.1.5運(yùn)行凈藥劑成本的計(jì)算
全年用量36.5噸，單價(jià)4.8萬元/噸，全年175.2萬元
2.1.6運(yùn)行凈用于工業(yè)循環(huán)水的經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果
上述結(jié)果歸類，每萬噸保有水量的循環(huán)水系統(tǒng)，通過運(yùn)行凈技術(shù)實(shí)現(xiàn)永久無垢化清潔運(yùn)行后:
A.每年節(jié)電:1850萬度電，獲節(jié)電收益1202萬元
B.每年節(jié)水:101.23萬噸，獲節(jié)水收益404.92萬元
C.每年減排污水:101.23萬噸，減少環(huán)保處理費(fèi)809.84萬元
D.淘汰每年采購(gòu)的常規(guī)水處理藥劑，節(jié)約費(fèi)用100萬元
E.每年運(yùn)行凈藥劑用量365噸，藥劑成本支出175.2萬元
收支結(jié)果=總收益-總成本
=(A+B+C+D)-E=2516.76-175.2=2341.56萬元/每年
采用運(yùn)行凈后，每萬噸保有水量的循環(huán)水系統(tǒng)，可為應(yīng)用企業(yè)每
年帶來2341.56萬元的節(jié)能減排純收益。
2.2城市集中采暖熱力系統(tǒng)
集中采暖系統(tǒng)的任務(wù)是將熱量帶入千家萬戶，解決人們過冬取暖。
一網(wǎng):鍋爐將水加熱后，通過水的循環(huán)將熱量傳遞給各板式換熱器進(jìn)行放熱，放熱后的水再回到鍋爐進(jìn)行加熱的循環(huán)過程。
二網(wǎng):流經(jīng)板式換熱器的水，得到一網(wǎng)傳遞過來的熱量后，通過循環(huán)進(jìn)入各居民樓中的暖氣進(jìn)行室內(nèi)放熱，達(dá)到加熱室內(nèi)空氣溫度的取暖效果;放出熱量的水再回到板式換熱器進(jìn)行加熱的循環(huán)過程。
2.2.1節(jié)煤量(或節(jié)天然氣量)的計(jì)算:
供暖煤耗標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)不同地區(qū)有所不同。
國(guó)內(nèi)平均采暖期為150天，全季采暖每平米采暖面積，標(biāo)準(zhǔn)耗煤量為20kg標(biāo)準(zhǔn)煤。
根據(jù)我們已取得的數(shù)據(jù)分析，國(guó)內(nèi)平均采暖全季，每平米采暖面積已達(dá)27kg標(biāo)煤，超出正常標(biāo)準(zhǔn)7kg。
采暖系統(tǒng)煤耗量增加的主要原因，是系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)污垢，降低了系統(tǒng)熱交換效率，具體為:
A.一網(wǎng)鍋爐端結(jié)垢:產(chǎn)生同等熱量的燃料增加
B.用戶暖器內(nèi)結(jié)垢:熱量無法有效釋放，造成室溫下降;本該釋放的這部分熱量釋放給了暖器無污垢的用戶，導(dǎo)致室溫升高;使同一個(gè)集中采暖系統(tǒng)中，出現(xiàn)過冷用戶和過熱用戶現(xiàn)狀，熱平衡被破壞。熱力公司接到過冷用戶投訴后，只能采取加大整個(gè)系統(tǒng)供熱量，來滿足過冷戶的低室溫問題，隨著污垢的繼續(xù)增加，熱力公司所提供的熱量越來越大，暖器未結(jié)垢的用戶室溫也越來越高，造成了能源大量的浪費(fèi)。
清除污垢，就能解決采暖系統(tǒng)能耗增加的問題，可以恢復(fù)系統(tǒng)熱平衡，節(jié)約燃料。
系統(tǒng)內(nèi)污垢的分布與污垢量的多少，決定多耗燃料的大小。根據(jù)我們歷年來應(yīng)用運(yùn)行凈對(duì)國(guó)內(nèi)幾十家集中采暖熱力單位的清洗結(jié)果統(tǒng)計(jì)，二網(wǎng)每平方米采暖面積，清洗后每個(gè)采暖季可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3kg/m以上(天然氣2.37m/m)。
其中，具備變頻泵的二網(wǎng)系統(tǒng)，節(jié)電量有明顯的下降，而固定泵的節(jié)電量沒有變化。
上述結(jié)果歸類，實(shí)現(xiàn)永久無垢化清潔運(yùn)行后，二網(wǎng)每平方米采暖面積
至少可節(jié)能:
A.節(jié)煤:每平方米采暖面積，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤≥3kg/m2?年
B.或節(jié)約天然氣:≥2m3/m2?年
C.節(jié)電:每平方米采暖面積，每年可節(jié)電0.4度/m2?年
D.運(yùn)行凈藥劑成本，第一年29元/m第二年起每年0.36元/m2
按10年平均后，計(jì)算每年收支結(jié)果=10年總收益-10年總成本)/10
燃煤型集中采暖熱力企業(yè)=(10A+10C-10D)/10
=[3x0.87x10+0.4x0.65x10-(2.9+0.36x9)]/10=2.256元/m2?年
燃煤型集中采暖熱力企業(yè)=5.05元/m2?年
2.2.2集中采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果
采用運(yùn)行凈后，集中采暖熱力企業(yè)，每千萬平方米采暖面積:
燃煤型企業(yè)每年獲得節(jié)能凈收入2256萬元;
燃?xì)庑推髽I(yè)每年獲得節(jié)能凈收入5050萬元。
2.3火力發(fā)電廠冷卻循環(huán)水系統(tǒng)
火力發(fā)電廠的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，主要是將推動(dòng)汽輪機(jī)后的廢蒸汽，通過凝汽器冷卻后變成冷凝水。
其中，凝汽器將高溫廢汽通過凝汽器冷卻為冷凝水時(shí)，也就是水的氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)過程，這一過程液態(tài)將產(chǎn)生巨大的負(fù)壓，使廢蒸汽向冷凝水方向急速遷移。
因此，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的力除了鍋爐出來的高溫高壓蒸汽之外，還有廢汽冷卻為冷凝水的拉力(抽真空力)。這兩個(gè)合力，是推動(dòng)汽輪機(jī)總的力。當(dāng)凝汽器冷卻水側(cè)出現(xiàn)水垢、微生物淤泥時(shí)，廢蒸汽冷卻為冷凝水的傳熱效果變差，冷凝速度變慢，抽真空的自然負(fù)壓力也會(huì)減少，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的力也相應(yīng)下降，最終導(dǎo)致發(fā)電量的下降。
另外，凝汽器殼程出口的冷凝水與管程出口的冷卻循環(huán)水之間溫度差我們稱為端差，端差越小換熱效果越好。因此我們以真空度、端差這兩個(gè)重要指標(biāo)來衡量循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻效果。
當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢后，凝汽器真空度下降，端差上升，發(fā)電耗煤量也會(huì)上升，發(fā)電成本將會(huì)加大。
我們按300MW機(jī)組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。
各行業(yè)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，300MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)，凝汽器真空度每下降1kpa，標(biāo)煤耗上升3g/kwh;或凝汽器端差每上升1℃，標(biāo)煤耗上升1g/kwh。
2.3.1節(jié)煤量的計(jì)算
國(guó)內(nèi)運(yùn)行三年以上的火力發(fā)電廠300M機(jī)組，真空度比新運(yùn)行時(shí)平均下降1.5-3kpa，使用運(yùn)行凈后，真空度可提升至新運(yùn)行時(shí)的指標(biāo)，我們按提升1.5kpa計(jì)算，可節(jié)約標(biāo)煤4.5g/kwh，全年按75%的發(fā)電負(fù)荷計(jì)算:
每年節(jié)約標(biāo)煤=4.5g/kwhx300000kwh/hx24hx365天/1000000=8870噸/每年
按標(biāo)煤價(jià)870元/噸計(jì)，節(jié)煤收益=8870x870=771.7萬元/每年
2.3.2節(jié)水量的計(jì)算
運(yùn)行凈用于火力發(fā)電循環(huán)水時(shí)，采用脫硫系統(tǒng)工藝用水全部使用循環(huán)水，循環(huán)水全零外排工藝進(jìn)行，因此循環(huán)水除了蒸發(fā)和風(fēng)損外，無水的損失。
所以，使用運(yùn)行凈前循環(huán)水的排水量全部為節(jié)水量。
已知:300MW機(jī)組循環(huán)水全年平均Q=20000m3/h，△t=10℃ N=3 k=0.0013(年平均氣溫10℃時(shí))
得出全年平均蒸發(fā)量:E=kQ△t=0.0013x20000x10=260m3/h
節(jié)水量=E/(N-1)=260/2=130m3/h
全年節(jié)水量=130x24x365=113.88萬噸/每年
按水價(jià)4元/噸計(jì)，節(jié)水效益=113.88x4=455.52萬元/全年
2.3.3循環(huán)水減少排污量的計(jì)算
循環(huán)水減少的排污量=循環(huán)水節(jié)約的水量=113.88萬m3/全年
污水處理費(fèi)按8元/噸計(jì)，減排效益=113.88x8=911萬元/全年
2.3.4全年原有常規(guī)水處理藥劑費(fèi)用的計(jì)算
根據(jù)現(xiàn)有市場(chǎng)價(jià)格和行業(yè)特點(diǎn)，使用正規(guī)水處理專業(yè)公司的水處理藥劑等費(fèi)用，300MW機(jī)組循環(huán)水每年水處理費(fèi)用為100萬元。
2.3.5運(yùn)行凈藥劑成本的計(jì)算
全年用量73噸，單價(jià)4.8萬元/噸，全年350.4萬元
2.3.6運(yùn)行凈用于工業(yè)循環(huán)水的經(jīng)濟(jì)效益分析
上述結(jié)果歸類，300MW機(jī)組循環(huán)水，通過運(yùn)行凈技術(shù)實(shí)現(xiàn)永久無垢化清潔運(yùn)行后:
A.每年節(jié)標(biāo)煤:8870噸，獲節(jié)煤收益771.7萬元
B.每年節(jié)水:113.88萬噸，獲節(jié)水收益455.52萬元
C.每年減排污水:113.88萬噸，減少污水處理費(fèi)911萬元
D.淘汰每年采購(gòu)的常規(guī)水處理藥劑，節(jié)約費(fèi)用100萬元
E.每年運(yùn)行凈藥劑用量73噸，藥劑成本支出350.4萬元
收支結(jié)果=總收益-總成本
=(A+B+C+D)-E=2238.22-350.4=1887.82萬元/每年
采用運(yùn)行凈后，300MW火力發(fā)電機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)，可為應(yīng)用企業(yè)每年帶來1887.82萬元的節(jié)能減排純收益。
3.潛市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益分析
根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2016年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)推算，目前運(yùn)行凈技術(shù)可用于主要市場(chǎng)的領(lǐng)域及經(jīng)濟(jì)效益分析:
