清河林区集中供热节能减排技术集成示范工程

                        

 

                        ——创建碧水蓝天美丽城镇                                 

                         

                           中华环保联合会能源环境专业委员会副会长兼专家组组长

                                通河昱真供热有限公司董事长王雅珍

                         

 20133月上海昱真水处理科技有限公司董事长、中华环保联合会能源环境专业委员会副会长兼专家组组长、北京联合大学教授王雅珍应邀来到黑龙江省哈尔滨市通河县清河镇,对清河林业局供热采暖设备和运行情况进行考察。经林业局领导、有关部门介绍和实地调查、分析,王雅珍教授对该地情况有了比较明确的认识和判断:清河镇供热由两家私人公司负责,共有6个小型燃煤锅炉房。在仅3.7平方公里的林业局办公区和居民区内,有6只烟囱向空中散发着浓重的黑烟和灰尘,刺鼻的煤焦油味让路人难以忍受;王雅珍教授在室外考察了一个多小时,银白色的头发上落了一层黑灰渣,鼻孔里也是黑的。当地居民阳台外面落满了灰尘,供暖期间不敢开窗,不敢在室外晾晒衣物。空中的煤灰烟尘经常落入路人的眼睛里。百姓戏称:“医院最拿手的医术是翻眼皮!”(清洗就医者眼中的灰渣)。

清河镇自来水铁含量较高(自来水含铁量原松花江水1.305mg/L,现深井水9.405mg/L),供热设备和管网内结满了锈垢,供热效能低下,采暖温度严重不达标,影响居民正常生活。

清河镇有12000多户居民,平均气温比哈尔滨低23度,供热采暖期6个月。鉴于供热情况和环境现状对当地民生影响较大,在清河投建集中供热工程对全国中小城镇来说,具有较强的典型性和代表性。因此,年已7旬的王雅珍教授决定,在清河投建集中供热工程,废除了六座小锅炉房,拔掉了六座烟囱。把她本人30年来自主研发的多项技术、设备和积攒的科研成果收入全部投到清河,打造全国供热采暖领域节能减排技术集成的示范工程,创建碧水蓝天美丽城镇。

在清河集中供热系统主要应用了王雅珍教授自主研发的五项技术:

第一项技术是投建YZ型软化沉淀器代替钠离子交换器和除氧器,防止地下水和江河湖水发生盐污染。

第二项技术是投加供热采暖水系统专用药剂YZ-101防腐阻垢剂。该药剂拥有13种功能,彻底解决供热采暖水系统的防垢、防腐、防失水问题。

第三项技术是对一次网和二次网13套独立的水系统分别安装一台YZ型立式扩容式除污器。该除污器运行中基本不消耗动能,可以截留水系统中的建筑垃圾、轻质垃圾和微粒垃圾。达到净化水质,确保循环水为清澈透明的茶色,防止设备结垢、腐蚀等多种功能。

第四项技术是投建了YZ型旋流混合式脱硫除尘降硝塔。在运行操作简单、运行费用最低的前提下,达到烟囱排放烟尘浓度94.5mg/m3(此数值远低于实际除尘率。设计除尘率≥98%,烟尘浓度应该≤30mg/m3。但是,由于工期短,天气冷,制作的脱水板不硬化,故没有安装脱水板,2014年夏季要安装特制脱水板,由于没有脱水板,在烟囱测试处烟气中含有微小水珠,而水珠含尘,故测试值偏高。待安装好脱水板后烟尘浓度应该≤30mg/m3)SO2浓度87.82mg/m3,氮氧化合物浓度70.47mg/m3的多功能作用。使燃煤锅炉达到燃气锅炉的排放水平。是净化烟气,防止大气污染,防止发生灰霭的有效措施。

目前在全国脱硫除尘领域,一般在室外都设置一个庞大的循环水池,脱硫除尘水浓缩到一定程度排放,造成含硫废水二次污染环境。由于冬季水池结冰,水池和脱硫塔的维修量都大。王雅珍教授研发的YZ型旋流混合式脱硫除尘降硝塔在室内室外都不设置循环水池,全部脱硫除尘降硝废水排放到锅炉渣槽,作为渣槽的补充水,废水全部利用,没有二次污染问题,尤其适用于极寒地区的脱硫除尘降硝。 

第五项技术是实现了全国首例锅炉房废水真正零排放。在热源厂室外和室内都不设置循环水池。全部锅炉排污水、除尘脱硫降硝废水和其它废水全部进入锅炉渣槽,在渣槽内浓缩,析出以碳酸钙和硫酸钙为主的固体,固体和炉渣去烧砖。

第六项技术是脱硫除尘降硝设备成本低、运行费用全国最低(最低运行费用可以降低到零)、运行操作最简单。

    

     一、投建清河集中供热主要工作内容

     2013628日王雅珍教授代表上海昱真水处理科技有限公司与清河林业局签

订了集中供热工程项目,施工人员75日进驻施工现场。经过三个多月紧张工作,于1024日开始供热。主要任务是:

    1拆除六座老式锅炉房及其烟囱,投入巨资建造一整套先进的集中供热系统

    清河林业局原有6座供热锅炉房,将“地暖”和“挂暖”混供,根本无法保证“挂暖”的供热质量。昱真公司废弃了全部旧锅炉,投建了拥有246MW热水锅炉的集中供热热源厂(采用昱真技术,供热面积可覆盖180m2), 投建4000m×2一次管网,改进新增了2300m×2的二次管网,投建7个换热站,站内将地暖和挂暖分开,拥有5套挂暖水系统和7套地暖水系统。由于挂暖和地暖分家,新增和改造2400m×2的二次管网。另外,改造了4套小型2次换热系统,总计16套二次换热水系统。

    清河林业局原有6个锅炉房,昱真公司选择原5号锅炉房地址建成集中供热热源厂和中心换热站。原6号锅炉房地处清河镇最东部,未采用。重新建造了东方换热站和月牙湖换热站来覆盖原6号锅炉房的供热面积。其余4个锅炉房内均改建设置了换热站 。                                         

    2.建造安装YZ型软化沉淀器(专利号:ZL201220197079.8)投加拥有13项功能和作用的YZ-101防腐阻垢剂,取代钠离子交换器和除氧器,做到水系统设备和管网彻底防垢、防腐、防失水

    在热源厂建造了一台YZ型软化沉淀器,设置YZ型微电脑流量加药器,实现自动投加YZ-101防腐阻垢剂,取代了钠离子交换器和除氧器。此套水处理系统为一次网、锅炉和二次网水系统提供补水。7个换热站的12套水系统都安装了“一补二”自动补水装置。

    

                          上 图1YZ型软化沉淀              上图2YZ型微电脑流量加药器

                         

 3.践行“垃圾箱”原理,安装《YZ型立式扩容式除污器》(专利号:ZL201020123072.2)       

    在一次网水系统投建了一台直径2800mmYZ-2800A/DN700立式扩容式除污器,净化一次网水系统。在7个换热站内的12套独立的二次网水系统,每套水系统分别安装一台立式扩容式除污器,型号为YZ-1000A/DN250YZ-1200A/DN300YZ-1200C/DN300YZ-1600C/DN350 等。总计13台没有运行阻力的除污器,它们确保了循环水澄清透明、干干净净。

 

 

 

 

                                 

 

 

 

 

 图3:一次网安装的YZ-2800C/DN700立式 扩容式除污器  图4:中心换热站2YZ型 除污器(图中白色容器)     

                       

 

     4.建造《YZ型旋流混合式脱硫除尘塔(专利号:ZL201320541062.4),保护大气环境,防止地下水和江河湖水发生二次污染

     集中供热锅炉房内拥有两台46MW 的热水锅炉。每台锅炉的烟气经省煤器、空气预热器、多管除尘器、引风机后进入YZ型旋流混合式脱硫除尘降硝塔。检测中心测试达到除尘率≥94.5%,脱硫率≥85.3%,脱硝率≥69%。黑龙江省环境保护科学研究院检测中心测试结果详见附件1

     5、将全部废水引入锅炉渣槽回收利用。做到全国首例锅炉房废水零排放。室内外均没有脱硫除尘循环水池。

5YZ型旋流混合式脱硫除尘塔 

 

    二、用YZ型软化沉淀器投加YZ-101防腐阻垢剂取代钠离子交换器和除氧器。在有效保护地下水、江河湖水的前提下彻底解决供热系统的防垢、防腐、防失水问题,达到节能、节水、节省资源和减排环保双效能

     1工业给水领域水处理理念和方法不当,导致中华大地发生严重的盐污染,使人类患高血压、心脏病和增加患癌症的几率

目前我国供热采暖领域基本都是采用钠离子交换器和除氧器对给水和补水进行水处理。这种水处理方法和理念是错误的,浪费能源,严重污染地下水和地表水,导致供热设备发生严重腐蚀

王雅珍教授在1985年发现钠离子交换再生废液严重污染地下水和江河湖水后,预测不久的将来中国人没有水喝。从1987年她开始研究取代钠离子交换器的水处理药剂和设备。到1989年先后研发出系列拥有“六防”功能的防腐阻垢药剂,可以完全取代钠离子交换软化水和除氧水。

    自1985年GB1576-85《低压锅炉水质标准》公布以后,我国的地下水就开始加速盐污染。仅全国供热采暖领域采用钠离子交换法制取软化水作锅炉补水,每年有大约2000多万吨的食盐排入地下。全国从南到北的工业蒸汽锅炉,为了制取钠离子交换软化水作补水,每年也要排放到地下2000多万吨食盐。全国火力发电厂阴阳离子交换再生废液和反渗透浓水排到中和池后又形成远大于2000多万吨的食盐,也排入江河或渗入地下。由此可见,我国地下水和江河湖水正遭受着严重的不可逆的盐污染。这些循序渐进的盐污染,无疑使地下水、地表水盐污染从慢性污染发展到急性污染。最终导致国人没有合格的饮用水喝。

例如:北京市自来水中的 Cl-在1985年以前为≤20mg/L,至1987年上升到27mg/L (局部使用自备井的十八里店乡和小红门乡的井水中 Cl-在87年已升为100~250mg/L),1989年时已升到≥50mg/L,1990年,仅一年时间,Cl-就上升到≥100mg/L~300mg/L。钠离子与氯离子是同步增加的,每增加1mgCl-,就等于水中增加了0.65mg钠离子。在北京市每制取1立方米钠离子交换软化水,就要排到地下1.75公斤至2.5公斤左右的食盐。在山西、内蒙、山东等地基本都是每制取一吨软化水,就有2公斤左右的食盐被排放到地下,造成地下水永久性盐污染。

从1985年开始推广使用钠离子交换器。到1989年,北京市内饮用机井水的水质含盐量都大于500mg/L,已经没有一眼合格的饮用水机井了。北京作为首都,地下水的含盐量之高,已经令人瞠目结舌,至于其他地方,特别是人口密集、工业发达地区,地表水不是十分丰富的地区,地下水的盐污染何等严重,也就可想而知了。

2007年,大港油田饮用水机井已打到800多米深,廊坊饮用水机井已打到1000多米深,首钢饮用水机井甚至打到1800多米深……多么可怕又令人震惊的现实!

 2010年9月10日新华网报导:

由于地下水占到全国水资源总量的1/3,全国有近70%的人口饮用地下水,因此地下水也是重要的饮用水水源。中国地质调查局的相关专家在国际地下水论坛发言:全国有90%的地下水都遭受了不同程度的污染,其中60%污染严重。北京大学城市与环境学院一位主要研究地下水和土壤污染及其修复的专家介绍,据有关部门对118个城市2~7年的连续监测资料,约有64%的城市地下水遭受了严重污染,33%的城市地下水受到轻度污染,地下水基本清洁的城市只有3%。根据中国地质环境监测院公布的信息,目前,我国地下水污染呈现由点到面、由浅到深、由城市到农村的扩展趋势,污染程度日益严重。尤其是深层的地下水一旦被污染,治理起来需要千年的时间。

因为食盐对地下水和江河湖水的污染基本是永久的、无法治理的、不可逆转的。我们必须从污染源头上堵截、治理和改变水处理方法,才能缓解地下水和江河湖水的盐污染。保护水体免遭盐污染的核心问题是编制科学的工业给水的相关标准。废弃和修改老的、过时的、不科学的相关水质标准,是保护水体最科学、最经济的方法。

为中华民族保住水源不再被污染已刻不容缓了!

   2、供热采暖停用期间设备腐蚀严重,是运行期的4—5倍,致使大量资源浪费

供热停用期间,水系统设备和管网腐蚀加重,是运行期间的4—5倍。由此造成资源大量浪费,设备维修量倍增。加重了供热单位的负担。很多供热水系统仅运行两年就发生管网泄露事故,严重的在运行5、6年以后就需要更换。为了减少设备运行事故,要求我们不但要做好运行期间的设备防腐工作,更重要的是做好停用期间的设备防腐工作。

   3供热采暖领域需要全方位的防垢、防腐、防失水技术取代钠离子交换器和除氧器

    王雅珍教授从1987年她开始研究取代钠离子交换器的水处理药剂和设备。到1989年先后研发出系列拥有“六防”功能的防腐阻垢药剂,可以完全取代钠离子交换软化水和除氧水。

 2005年王雅珍教授研发出YZ型软化沉淀器(专利号201220197079.8)。该设备可以应用于供热采暖一次网、二次网水系统,工作压力≤1.3MPa的蒸汽锅炉给水系统,中央空调冷却水和冷冻水补水系统,工业冷却循环水水系统。完全可以代替钠离子交换器和除氧器。

例如,黑龙江省鸡西市麻山地区水质硬度12毫摩尔/升,碱度10毫摩尔/,由于水质恶劣,钠离子交换器无法保证锅炉安全运行鸡西热力总公司2008年委托王雅珍教授为麻山锅炉房设计了一台YZ型软化沉淀器,至今已安全经济地运行年。

如果在全国范围内采用本项技术,每年可以减少4000多万吨食盐的排放,在广泛保护地下水的同时,还可以节能10%20%以上,节水30%1倍以上,延长设备使用寿命几倍以上。

    目前王雅珍教授研发的水处理药剂和设备已经覆盖了全国10%以上的集中供热水系统。水处理技术获得了国家多个部委的肯定和推荐。

    例如,20086月份国家发展和改革委员会发布了2008年第36号公告,即《国家重点节能技术推广目录(第一批)》,在被推广的九个行业总计50项重点节能技术和产品中,王雅珍发明的产品和技术是在工业给水领域中唯一被推荐的重点节能产品和技术。

王雅珍教授研发的YZ型防腐阻垢剂是编制北京市地方标准DBJ01-619-2004《供热采暖系统水质及防腐技术规程》过程中,经过2年严格筛选唯一过关并唯一被该标准推荐的水处理药剂。王雅珍的“三道防腐线”理论被写入了该标准的第17页。

2010年5月下旬,住建部和科技部联合发布了建科研函【2010】74号:关于印发《既有建筑节能改造技术推广目录》的通知,在总计推广的68项技术中,王雅珍研发的技术列为第65项。

     供热采暖领域需要全方位的防垢、防腐、防失水技术。供热运行中80%以上的事故都与没有做好“三防”工作有直接的关系。

     王雅珍教授研发的YZ-101防腐阻垢剂是无机药剂与有机药剂的融合体,不但防垢,还能清除掉水系统中的污物。原水加药处理的水质硬度最高是65.27mmol/L,该水质的含盐量是一般中水的1020倍,硬度是一般中水的6倍左右。

    例如,河南中原油田供热处以50度的地热水为水源、热源,水中各种成份为氯根:12003.37mg/l,硫酸根:1267.99 mg/l,碳酸氢根:176.96 mg/l,钙离子:845.69 mg/l,镁离子:275.79 mg/l,总硬度:65.27mmol/L,钠+钾离子:7003.50 mg/l,矿化度:21555.3mg/l2005年在5个锅炉房投加10YZ-101防腐阻垢剂试用,不但除净了锅炉内的老垢、老锈,还为锅炉和管道育好了保护膜,并有效防止了失水。由于效果很好,2006年扩大使用,20072009年在700多万平方米供暖面积上广泛使用。

    这说明YZ-101防腐阻垢剂的防垢范围非常宽,防腐能力非常强,而且不会产生任何后遗症。是全方位的防垢、防腐、防失水技术。该药剂投入水系统后,可以在15天时间内(一般用39天)除净水系统设备和管网上的碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢、油垢、锈垢和污物,同时为设备育好保护膜,逐渐杜绝机械失水和杜绝人为失水。    

     清河自来水中含铁量高,没有进行水处理,新锅炉运行两年就发生腐蚀穿管事故。老管网中存在大量铁锈,散热器中存在大量锈垢。在运行中必须除掉水系统中的全部锈垢,并为设备和管网育好保护膜,才能完成防垢、防腐的工作。

                                       

                                     

                                     

                              图9:左图在比乐大街

                              拆除的直径∮300的旧

                              管子,锈垢堵塞率

                               ≥80% 。

                               图10:右图埋在地下

                               没有做防腐和保温的

                               二次网水管。  

  

    昱真公司采用投加YZ-101防腐阻垢剂的水处理方法。运行初期15天用药剂的投加量控制循环水为黑色,PH值在1010.2,在39天时间内可以基本除掉水系统中的老垢和老锈;运行的1630天控制循环水为澄清透明的棕色至深棕色,PH值在9.710.0,继续完成除垢除锈工作;运行一个月以后,始终控制循环水为澄清透明的茶色至棕色,PH值在9.59.7。由于除净了老垢老锈,改善了换热效果,使暖气热了,因此减少了人为失水。由于水有颜色,阻止了人为失水。

      YZ-101防腐阻垢剂具备13项功能和作用:防腐、阻垢、除垢、除锈、育保护膜、防人为失水、湿法停用保护、杀菌、灭藻、除生物粘泥、修复和凝聚、网扑作用。内含“三道防腐线”和“四道节能线”。其优异的防腐功能,可以延长设备使用寿命35倍。“四道节能线”,可以达到节能20%-50%,节水1倍以上。

    王雅珍教授创立的“三道防腐线”理念得到了国家和北京市地方标准的认可,她在1998年写的论文被摘录到北京市地方标准DBJ  01-619-2004《供热采暖系统水质及防腐技术规程》中的第17:“使用固体防腐阻垢剂后一般不再除氧就能有效地防腐。它有以下三种功能:1)由于除垢除锈,就等于除掉了电化学腐蚀的阴极,从而阻止了电化学腐蚀;2)含有几种育膜剂,在铁的表面生成一层黑亮的保护膜,可阻隔氧和二氧化碳的腐蚀;3)它是碱性药剂,能迅速提高水的pH值。当pH值≥10时,铁处于钝化区中,腐蚀最小。防腐阻垢剂在使用实践中证明是集中供暖系统的一种简单而行之有效的水处理方法。”经过2年科学、严谨的考察、测试,北京市地方标准DBJ 01-619-2004确认:“防腐阻垢剂在使用实践中证明是集中供暖系统的一种简单而行之有效的水处理方法。”

    例如,北京东郊热源厂(原名北京花家地供热厂)从1993年开始使用王雅珍教授的水处理技术,至今已做到在230万平方米供暖面积内从6台29MW热水锅到21个换热站再到用户,全部水系统20年没有花费维修费用。几十组不锈钢板式换热器内干干净净,16年没有拆洗过,创造出供暖行业的奇迹。

    王雅珍教授研发的YZ-101防腐阻垢剂,为设备和管网育好保护膜,让设备和管网光光亮亮、将循环水净化的澄清透明。运行期育好保护膜的设备和管网在停用期可以抵抗各种腐蚀。投加了YZ-101防腐阻垢剂的水在停用期间水中不会滋生生物粘泥,不但节能还有效地延长了设备使用寿命。

    YZ-101防腐阻垢剂 拥有“四道节能线”, 可以节能20%50%。济南南郊热电厂的实践和应用鉴定就是很好的例证。

20071月济南南郊热电厂以《YZ-101防腐阻垢剂替代热力除氧在热水锅炉中的应用》为题,召开了鉴定会,与会七个专家的鉴定充分肯定了YZ-101防腐阻垢剂拥有四项节能功能。鉴定号为济科鉴字[2007] 第8号。鉴定评定原文如下:   

“⑴ YZ-101防腐阻垢剂能在半个月内基本除掉整个水系统中的老垢、老锈,一个月内除净老垢、老锈,仅此一点平均节能20%以上。 

    ⑵ YZ-101防腐阻垢剂拥有优异的防人为失水功能。由于防止人为失水1倍至几倍以上,大幅节能。

    ⑶ YZ-101防腐阻垢剂除掉了整个水系统中的垢、锈,使水系统的运行阻力减少,水力平衡得到改善,整个管网恢复到运行初期的水平,故也显著节能,一般节能幅度在5%~15%。

    ⑷ 由于除掉了水系统中的垢、锈,使金属导热效果好,锅炉钢板不过烧,这样在炉膛内少结灰垢,从而达到节能(节能效果约在5%~10%)。

   使用YZ-101防腐阻垢剂后,四道节能线可总计节能20% 50%。”

 

    三、 供热采暖水系统90%以上的除污器效能低下,导致设备结垢及设备和管网发生垢下腐蚀必须安装实用高效的除污器

供热采暖水系统中的污物分三类,一类是建筑垃圾,一类是轻质垃圾,还有一类是细小微粒垃圾。设计院设计的除污器和各单位已使用的除污器一般都是直通过滤式、Y字型、旋流式、角式,这些除污器运行初期只能截留建筑垃圾、轻质垃圾,不能截留对水系统危害最大的细小微粒垃圾,不仅水质得不到净化,水系统设备和管网产生电化学腐蚀,而且运行阻力大,浪费动能,浪费资源。

    在供热采暖运行状态下,王雅珍教授研发的YZ-101防腐阻垢剂可以在15天时间内除净水系统设备和管网的污物。进而要求必须将除下来的污物排出水系统,只有让循环水干干净净、澄清透明,才可能真正做好防垢防腐工作。

2000年以前,王雅珍教授将锅炉的下联箱作为收集水系统污物的“垃圾箱”,为此,她发明了锅炉“三开三关走三圈排污法”,保证了锅炉和水系统安全运行。2000年时,有个别单位的水系统发生了污堵现象。经实地考察,发现,从1998年开始,锅炉生产厂家为了节约钢材,生产的热水锅炉下联箱直径从≥400mm缩小到≤100~300mm。这样一来,锅炉下联箱就不能充当水系统的“垃圾箱”了。

    设计院设计的除污器和各单位已使用的除污器一般都不适用于供热采暖水系统。为此,王雅珍教授从2000年开始研发在基本不消耗动能的前提下能截留任何污物的除污器。经过五年的研发与实践,YZ型立式和卧式扩容式除污器批量投入了使用。该设备进出口压力一致,在基本不消耗动能的前提下,截留任何污物,尤其能够截留微粒污物,确保循环水清澈透明。

除污器是节水型设备,分立式和卧式两大类。可以做到减少设备事故率,提高用户的经济效益和社会效益。这项技术2012年获得国家推广。

国家质量监督检验检疫总局于2012年1月公布了2012年第5号关于《2011年高耗能特种设备节能技术与产品推广目录》的公告,在总计被推广的二十一项节能技术与产品中,昱真公司水处理技术和YZ型扩容式除污器被列为第十一项。

昱真供热公司在清河集中供热水系统共安装了13套YZ型扩容式除污器。一次网回水系统安装了一台直径2800mm的YZ-2800C型立式扩容式除污器。在每个二次网水系统分别安装一台直径从1000mm至1600mm的除污器。

根据近一个采暖期的监测,除污器运行效果很好,全部水系统干干净净、呈现澄清透明的茶色。