???? 蒸汽鍋爐每日的蒸汽消耗量根據(jù)煉化企業(yè)的規(guī)模而有所不同，其消耗量在石油煉化企業(yè)能源消耗中僅次于燃料消耗。因此，做好蒸汽鍋爐的節(jié)能降耗具有重要意義，也是企業(yè)降本增效、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段之一。
蒸汽鍋爐是石油煉化企業(yè)必備動(dòng)力設(shè)備之一，承擔(dān)著石油煉制過(guò)程中伴熱、吹掃、汽提、消防等項(xiàng)工作。蒸汽鍋爐每日的蒸汽消耗量根據(jù)煉化企業(yè)的規(guī)模而有所不同，其消耗量在石油煉化企業(yè)能源消耗中僅次于燃料消耗。因此，做好蒸汽鍋爐的節(jié)能降耗具有重要意義，也是企業(yè)降本增效、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段之一。
山東某公司現(xiàn)有科研工業(yè)放大實(shí)驗(yàn)裝置3套，加熱爐9臺(tái)，其中蒸汽鍋爐產(chǎn)汽約150t/d。為了提高鍋爐熱效率，減少燃料消耗，增加企業(yè)效益，公司在蒸汽鍋爐上應(yīng)用了新型功能性合金材料節(jié)能器，該技術(shù)突破了傳統(tǒng)的傳質(zhì)、傳熱效率，降低鍋爐排煙溫度等提高鍋爐效率的手段，通過(guò)激發(fā)能量場(chǎng)對(duì)鍋爐進(jìn)水進(jìn)行物理化處理，處理過(guò)的水可大幅度提高熱交換率和蒸發(fā)率，并兼顧除垢、阻垢功能，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。該技術(shù)獨(dú)辟蹊徑，具有很強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新性，在節(jié)能降耗方面起到很好的示范作用。
1、節(jié)能器工作機(jī)理
鍋爐節(jié)能水處理器的核心部件運(yùn)用了特殊配方和加工工藝制造的功能型合金材料，該核心部件中的電子處于亞穩(wěn)定態(tài)，在縝密設(shè)計(jì)的環(huán)形交錯(cuò)磁路引導(dǎo)的永久磁場(chǎng)作用下，合金材料內(nèi)部電子在激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間不斷躍遷，電子由激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)時(shí)所釋放出的能量在反射壁的作用下，在工作區(qū)形成很強(qiáng)的激發(fā)能量場(chǎng)，而通過(guò)節(jié)能器的水分子在此能量場(chǎng)的作用下產(chǎn)生共振內(nèi)能，水分子運(yùn)動(dòng)速度增加，活性大幅增強(qiáng)，水分子團(tuán)簇中的弱氫鍵在激發(fā)能量場(chǎng)的作用下瞬間彎曲、斷裂，而交錯(cuò)磁場(chǎng)的極化作用又抑制了小團(tuán)簇之間的再度結(jié)合，使流經(jīng)節(jié)能器的水最終被分解為7～9個(gè)高活性水分子組成的穩(wěn)定的小分子團(tuán)簇。在HUV分子分析儀拍攝圖片中可以清晰看到水分子在處理前后的變化。
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節(jié)能器處理后的水分子具有很高的活性，分子運(yùn)動(dòng)速度快，分子間作用也更為頻繁，同時(shí)水分子團(tuán)簇直徑更小，團(tuán)簇中氫鍵角度的改變和經(jīng)極化后氫鍵趨向脆弱，使水的物理熱運(yùn)動(dòng)特性和化學(xué)反應(yīng)性遠(yuǎn)強(qiáng)于普通水。
2、節(jié)能原理
2.1 直接節(jié)能
氣態(tài)的水蒸氣是由單個(gè)水分子組成，液態(tài)的水分子團(tuán)簇變成氣態(tài)的單個(gè)水分子過(guò)程中，不僅要消耗水分子由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)所消耗的熱能，還有很大一部分熱能被消耗在破化、分離水分子團(tuán)簇的氫鍵過(guò)程中。由于分離氫鍵需消耗大量的熱能，在雜質(zhì)較多、水分子團(tuán)簇較大時(shí)，破化、分離水分子團(tuán)簇氫鍵消耗的熱能甚至遠(yuǎn)超過(guò)水分子態(tài)勢(shì)改變時(shí)所消耗的熱能。
??????? 自然界中氫鍵的作用維持了水的穩(wěn)定，由于經(jīng)過(guò)節(jié)能器處理后的水弱氫鍵數(shù)量要大大少于普通水，剩余的弱氫鍵脆弱性較高，破化、分離弱氫鍵，使水分子團(tuán)簇變成單個(gè)水分子時(shí)所消耗的熱能比普通水要低得多；同時(shí)經(jīng)節(jié)能器處理后的水在物理熱運(yùn)動(dòng)過(guò)程中更具活性，熱傳導(dǎo)系數(shù)大為提高，熱能利用更為有效。綜合作用下，使得經(jīng)節(jié)能器處理后的水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)所吸收的熱量大為降低，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，在循環(huán)條件下相比普通水沸點(diǎn)降低0.4℃，在除鹽水條件下水的蒸發(fā)速率提高4.6%，直接節(jié)能效果非常明顯。
2.2 抑垢節(jié)能
鍋爐水的某些雜質(zhì)在高溫、高壓和蒸發(fā)、濃縮的作用下，有一部分從爐水中析出并附著在鍋爐受熱面，在受熱面上形成一次水垢。其它不在受熱面上附著的析出物，大部分通過(guò)連排、定排排出鍋爐，部分析出物隨著爐水的循環(huán)粘附在受熱面上形成二次水垢。水垢的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬的導(dǎo)熱系數(shù)小幾百倍，由于熱阻大，導(dǎo)熱效率低，不僅會(huì)使鍋爐熱效率降低，而且由于受熱面上結(jié)有水垢?jìng)鳠岵涣迹瑢?dǎo)致?tīng)t管壁局部過(guò)熱，造成爐管因受熱不均而鼓包，嚴(yán)重者會(huì)引起鍋爐爆管。
清除水垢要停爐、藥洗等，不但消耗人力、物力，還會(huì)對(duì)鍋爐造成機(jī)械損傷和化學(xué)腐蝕。水垢的成分有很多種類，90%以上由堿土金屬類水垢組成，分一次結(jié)垢和二次結(jié)垢。一次結(jié)垢是碳酸鹽類物質(zhì)在爐體上沉積而成，主要是碳酸鈣（CaCO 3）和碳酸鎂（MgCO 3），見(jiàn)化學(xué)方程式（1）、（2）；二次結(jié)垢是一些堿金屬類水渣物質(zhì)附著在一次結(jié)垢體上而形成的，主要是氫氧化鎂（Mg(OH)2），見(jiàn)化學(xué)反應(yīng)式（3）。
如化學(xué) 方 程 式（1）、（2）、（3）可知，在水分子化學(xué)反應(yīng) 性 增 強(qiáng) 后，方 程 式（1）、（2）更趨向于向逆方向進(jìn)行，而且活性水可以容納更高的離子濃度，使水中的鈣、鎂元素以可溶性的碳酸氫鹽化合物存在，即以Ca 2+和Mg 2+離子形式存在，而不是形成不可溶的碳酸鹽類化合物沉積在爐體中形成一次水垢，沒(méi)有了附著層，二次水垢也沒(méi)有存在的基礎(chǔ)，可從根本上抑制水垢的形成，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。
2.3 除垢節(jié)能
由于經(jīng)過(guò)節(jié)能器的活性水的分子團(tuán)簇變小，滲透力增強(qiáng)，水分子偶極距發(fā)生偏轉(zhuǎn)、增大，其與鹽類正負(fù)離子吸引力增大，使得受熱爐膛、管壁上原有的舊垢逐漸開(kāi)裂、疏松、變成松軟的泥狀物質(zhì)自行脫落，輕松達(dá)到清除舊垢的目的。
3、節(jié)能改造
3.1 改造方案
本節(jié)能器結(jié)構(gòu)分為平板式和芯棒式，結(jié)構(gòu)重量根據(jù)鍋爐型號(hào)及給水流量不同而異，公司現(xiàn)有蒸汽鍋爐為1.0MPa低壓蒸汽鍋爐，因此本次節(jié)能技術(shù)改造采用了芯棒式結(jié)構(gòu)的節(jié)能器，該節(jié)能器尺寸為0.6m×1m（直徑×長(zhǎng)），安裝示意如圖2所示。
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本次節(jié)能器技術(shù)改造增加了3個(gè)閥門(mén)，1套節(jié)能器，3m給水管線，施工周期為2天，占地較少。安裝使用時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①連接管道焊接結(jié)束后，將管道清理干凈后，再與節(jié)煤器連接。②中低壓鍋爐安裝時(shí)，不得將雜物掉入產(chǎn)品內(nèi)部，用壓縮空氣或水沖洗干凈；如用水沖洗應(yīng)盡快投運(yùn)，以免氧化腐蝕。③焊接最好使用氬弧焊接，否則一定要將焊渣清理干凈。④高溫高壓鍋爐應(yīng)進(jìn)行水沖洗，直至水質(zhì)清晰透明，方可投運(yùn)。
3.2? 運(yùn)行情況
鍋爐節(jié)能器技術(shù)改造施工完成后，節(jié)能器運(yùn)行期間按照使用說(shuō)明進(jìn)行日常巡檢、排污等工作，由于該設(shè)備無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，日常維護(hù)量非常小，根據(jù)廠家的建議，鍋爐節(jié)能器排污周期為每周一次。圖3為鍋爐節(jié)能器技術(shù)改造施工完成后第一周鍋爐水排污時(shí)除垢效果對(duì)比。
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可以看出，自左至右依次為開(kāi)始排污時(shí)、排污結(jié)束時(shí)、脫鹽水的水樣，脫鹽水經(jīng)過(guò)鍋爐節(jié)能器后，水質(zhì)得到了明顯改善，有雜質(zhì)析出，節(jié)能器具有明顯的抑垢、除垢效果。
3.3 節(jié)能分析
為鍋爐節(jié)能器投用前一個(gè)月A、B鍋爐運(yùn)行參數(shù)，期間2臺(tái)鍋爐共發(fā)汽2814t，消耗新鮮水4587m3，消耗天然氣220870Nm3，平均噸汽耗水1.6 3 m3，平均噸汽氣耗78.49Nm3。
為鍋爐節(jié)能器投用后一個(gè)月A、B鍋爐運(yùn)行參數(shù)，期間2臺(tái)鍋爐共發(fā)汽3522t，消耗新鮮水4755m3，消耗天然氣267214Nm3，平均噸汽耗水1.3 5 m3，平均噸汽氣耗75.87Nm3。
從鍋爐節(jié)能器投用前后運(yùn)行數(shù)據(jù)分析可得出，使用鍋爐節(jié)能水處理器后，噸蒸汽耗用天然氣量下降了2.62Nm3，節(jié)能效果達(dá)到3.34%，噸蒸汽耗用新鮮水下降0.28 m3。
3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析
山東某公司屬于實(shí)驗(yàn)型裝置，裝置規(guī)模較小，蒸汽耗量較低，A、B鍋爐年產(chǎn)汽約3萬(wàn)t左右。新型功能性合金材料節(jié)能器全年節(jié)約燃?xì)?.86萬(wàn)Nm3，年節(jié)約新鮮水0.84萬(wàn)t，按照目前工業(yè)燃?xì)馐袌?chǎng)價(jià)4元/m3，新鮮水目前市場(chǎng)價(jià)3.5元/t核算，新型功能性合金材料節(jié)能器全年可節(jié)約生產(chǎn)成本34.38萬(wàn)元。
4、結(jié)語(yǔ)
新型合金材料節(jié)能器能增強(qiáng)水分子運(yùn)動(dòng)速度，提高水分子活性，降低水表面粘力，抑垢、除垢效果明顯。并且施工簡(jiǎn)單，投資少，節(jié)能效果顯著，具有良好的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益。