[原创]余热发电系统除垢 “小”问题里有大文章

  自新型干法水泥推广应用以来，十多年间，余热发电系统已经基本成为国内水泥窑标配，不仅仅帮助企业大幅降低了生产成本，更重要的是为推动行业节能降耗发挥了关键性作用。

  数据显示，以5000t/d新型干法水泥熟料生产线配套9MW纯低温余热发电系统计算，每年发电量就可以达到5659 万kWh。然而，随着对余热发电系统研究的深入，系统运行过程中某些“小”问题却值得业内深思。

  现有水泥窑余热发电系统一般采用闭式循环冷却水系统，由于水中含有大量矿物质，以水做为热交换工质，结垢问题在所难免。研究结果表明，由于水垢的质地比较致密，大大降低了传热效率，0.6 毫米的薄垢就可使传热系数降低 20％，如若不能及时消除，将大幅降低余热发电效率，造成水泥企业不必要的经济损失。

  出于提高热工交换效率的需要，近年来防垢技术和除垢技术被广泛研究，并取得了长足的进步，然而水垢问题却并没有得到彻底解决。

  传统的解决办法多为化学投药、化学清洗等（常用缓蚀剂和阻垢剂有六偏磷酸钠、硫酸锌、钼酸钠、HEDP羟基亚乙基二磷酸、聚丙烯酸……），在一定程度上能够有效去除设备中的水垢，但这些传统的处理方法也存在弊端。

  一方面，既对环境和地下水源造成污染，又对设备起到不必要的化学腐蚀，导致寿命缩短；另一方面，传统除垢、防垢模式不但需要运行费用，还需要专人调试操作，同时并不能根本消除水垢现象。有鉴于此，业内需要一种新的除垢方式，即能达到极佳的除垢效果，又能避免环境污染，同时降低运行、管理费用。

天津健威泽节能环保技术发展有限公司总工程师于海(左)与中国水泥网记者交流

  天津健威泽节能环保技术发展有限公司（以下简称：天津健威泽）总工程师于海表示，天津健威泽很早就意识到传统化学除垢法存在的弊端，并开始着手与相关的技术产品研发工作。

  资料显示，从2007年开始，天津健威泽公司开始研发JWZ-NAC纳米阻垢球粒材料，至2014年11月份完成工业应用实验历时七年之久。经实验室试验、工业试验和工业应用，不断完善，技术趋于成熟，现已成功应用于电站冷却水、供暖热交换水系统、电热水器、大型空调系统的防垢、阻垢和灭藻，可使冷却水和热交换水系统在无垢状态下运行，有效的提高冷却和传热效果。

天津健威泽公司开始研发JWZ-NAC纳米阻垢球粒材料

  于海介绍称，纳米阻垢球粒材料以天然含硼原料为主与其他材料复合而成，是一种可改变碳酸钙（镁）结晶环境而使水中的碳酸钙（镁）以文石或球霰石形态结晶的复合材料，具有很好的防垢阻垢效果。

  在阻垢球粒的作用下，水体系的 pH 值、表面张力等条件发生改变，能抑制水中的（Mg） CaCO₃ 在析出结晶过程中生成方解石晶核，使从水析出的晶粒中形成硬垢的方解石晶粒所占比例减少，文石、球霰石晶粒所占的比例增加，阻止方解石晶粒聚集形成坚实的硬垢，使文石、球霰石聚集形成软垢体从而不使垢附着于管壁、器壁。此外，经JWZ-NAC纳米阻垢球粒材料激活的水还有除垢效果，能将已附着于管壁、器壁的旧垢渐次变得松软、逐步剥落，直至逐渐去除积垢。

  据于海提供的信息显示，某水泥有限公司一条2500t/d熟料生产线，配套5.0MW双压补汽式余热电站，循环水采用常规闭式循环系统。2014年8月28日投用了健威泽公司的专利产品JWZ-NAC-X-Ⅲ-2000型阻垢器后，通过半年左右的运行，该阻垢器达到了在不增加循环水泵电负荷、不投药、不需要人工操作和维护的条件下取得了比投药法更佳的阻垢、阻绿藻的效果。

  按照投药法防垢缓蚀每年运行成本约7～13万元计算，2～4年内就可收回装设JWZ-NAC阻垢器所需要投资。与此同时，相比于看得见的经济效益，由纳米阻垢器带来环境效益实际上更为重要，目前全国主要流域的I~III类水质断面占64.2%，劣V类占17.2%，水污染控制迫在眉睫，纳米阻垢器的出现，无疑为水泥企业水资源循环利用铺平了道路。

阻垢器现场安装图及实物

  事实证明，纳米阻垢器可完全取代原有水系统的加药阻垢、杀菌、灭藻装置和胶球清洗系统，并带来显着的使用效果。首先，由于原有加药系统不再运行、也不再需要投放任何药品，有利于水质及环保；其次，纳米阻垢器的运行不再需专设管理人员，因此其即节约人力、物力从而降低运行成本；再次，纳米阻垢器阻垢性能的连续性及稳定性，使被通水设备不需频繁定期停机清理，从而提高主生产系统运转率，进而提高工厂经济效益；最后，纳米阻垢器系列产品不与水体中任何物质发生化学反应，只改变水中产生硬垢的晶体物质生长方式及结构，对水质无再污染，安装、运行、管理方便，不需额外增加动力，运行稳定、安全、可靠。

天津健威泽节能环保技术发展有限公司研发中心

  于海：“只有不断的技术创新才能满足日益严格的环境要求，才能促进行业发展，有基于此，纳米除垢器得以研制成功。”而作为一家技术创新型企业，天津健威泽对水泥余热发电系统的研究并不仅限于此。资料显示，该公司推出的水泥窑旁路放风余热发电技术已经可实现生产低碱水泥的同时吨熟料发电量45～60kWh/t，远远高出现有30kWh/t的业内平均水平，大幅度提升了水泥企业效益；同时推出的新型保温材料，纳米高效隔热材料也做到了：抗压抗折强度接近于一般硅酸钙版而保温性能提高65%以上、耐温性能达到1000℃以上。

  未来，在工业4.0背景下，水泥行业技术升级空间依然巨大。于海告诉中国水泥网记者，天津健威泽将继续在余热发电、水泥窑协同处置固体废物、汽车发动机尾气余热回收制冷供热、太阳能发电供热等相关领域加大技术及研发资金投入，以产业服务商的角色，为相关行业转型升级提供帮助。