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1、4t/h锅炉蒸汽凝结水回收工艺的可行性兰州润滑油研究开发中心中试研究所二一二年二月目录1前言2回收凝结水的意义3凝结水回收系统4凝结水回收设备5凝结水闭式回收方案6经济效益分析 7参考资料1前言蒸汽凝结水是含有热能的高品质锅炉用水，含有的热量可达蒸汽总热量的20%30%，凝结水的品质远远高于软化水，接近纯水。回收利用蒸汽凝结水，可明显减少锅炉燃料消耗，减少软化水用量， 降低蒸汽生产成本，改善锅炉水质及其结垢状况，是锅炉节水、节能最有效的措施。近几年，面对能源供求紧张的严峻形势，许多大型企业对蒸汽凝结水的回收利用已十分重视，但因回收效果不理想，也有多数企业仍处于徘徊观望状态。因此，如何有效的处理
2、和利用蒸汽凝结水，如何达到蒸汽生产效益的优化是一个值得加强技术进步、改进管理的问题。蒸汽凝结水是经过去离子处理的高温水，回收凝结水的收益包括：1）回收含能洁净的宝贵水资源；2）回收凝结水的高温热量，用于锅炉补给水，可降低蒸汽的燃料消耗，可降低锅炉补水的处理成本，减少企业水资源消耗，保护环境；3）据很多企业运行证实，回收凝结水可提高蒸汽系统效率20%；4）回收凝结水是蒸汽系统优化中最基本的一步，是最容易看到成效的一步，也是比较容易实现的一步。研发中心特油车间4吨/小时水煤浆锅炉改造扩能项目建设于2009年3月底完工，在点火成功后3年多来运行稳定，满足了车间生产四季需要和办公楼的冬季取暖。但生产和
3、供暖的蒸汽均为一次性使用，没有采取蒸汽凝结水回收措施而直接将蒸汽凝结水排放进市政污水管网，造成热能和水资源的浪费。本报告旨在分析综述目前工业锅炉蒸汽凝结水的回收工艺和技术，为我研发中心特油车间蒸汽凝结水回收工艺可行性改造方案提供供热节能的依据，达到选择方案体现技术先进，工艺成熟可靠，投资运行成本低之目的。2回收凝结水的意义蒸汽的热能由显热和潜热两部分组成，通常用汽设备只利用蒸汽的潜热和少量的显热，释放潜热和少量的显热后的蒸汽还原成高温的凝结水，凝结水是饱和的高温软化水，其热能价值占蒸汽热能价值的25%左右，而且也是洁净的蒸馏水，适合重新作为锅炉给水。因此，采取有效的回收系统，最大程度回收系统的
4、热能和软化水是非常必要的，它不但可以节能降耗，也可以消除因二次闪蒸汽的排放而对厂区环境造成的污染，无论是在经济效益还是社会效益上都有十分重大的现实意义。凝结水是蒸汽释放潜热后的产物，蒸汽潜热利用完后，就变成了含有蒸汽显热的高温水，大多数用汽设备是利用蒸汽的潜热，排出的是蒸汽凝结水。因此，蒸汽凝结水的价值体现在水质和热能两个方面。（1）凝结水水质 凝结水的产生过程实际上就是一个蒸馏的过程，凝结水实际上就是蒸馏水，只是在蒸汽和凝结水输送过程中存在一定的铁污染（管道和设备腐蚀后带入的铁锈），非正常情况下被加热介质（一般是物料）的泄漏污染。因此，凝结水的洁净程度很高，通过对物料、铁的处理后，其水质完全
5、满足除盐水的水质指标，可以满足绝大多数场合的用水要求。（2）凝结水热能 凝结水的热能为凝结水在排放温度下的热焓，具有实际意义的热能是凝结水在排放温度下焓与新鲜水的焓的差值。这部分凝结水含有可加以利用的显热, 在使用蒸汽压力为 0.1 1.5MPa 时, 这部分显热占整个蒸汽热量的 15.6%30%, 使用蒸汽压力越高, 排放的凝结水热能价值越大, 见表 1。 而且凝结水又是高净度的水, 如果不加以回收利用而排放或作为普通水回收, 则既造成环境热污染, 又造成热量和软水的浪费。因此除非凝结水受到污染, 应尽量将其作为锅炉补水加以回收利用。表 1 蒸汽压力与排放的凝结水热能关系饱和压力/MPa0.
6、10.20.30.40.50.60.81.01.5显热占总热的比例/%15.618.620.622.123.324.326.827.530.3（3）锅炉排污次数主要取决于锅炉给水的溶解性总固体（TDS）质量分数，给水的溶解性总固体（TDS）质量分数越高，锅炉排污次数越多。凝结水是理想的锅炉用水，这是由于其溶解性总固体质量分数很低，通常不超过2010-6,这样的水质对减少锅炉结垢，降低锅炉锈蚀都很有意义。由此可见，回收凝结水作为锅炉给水可以减少锅炉排污次数，从而节省燃料以及水的用量。凝结水回收是蒸汽热力系统循环中的一个重要环节,从系统节能的观点出发, 凝结水回收利用的好坏直接影响蒸汽热力系统总的
7、能源利用效率。主要体现在如下方面:（1)热能价值 凝结水具有蒸汽热能(焓值)的20%左右,相对于一个不回收凝结水的系统来讲,凝结水回收改造的节能潜力大于热力系统中的其他环节。（2)工艺平衡 凝结水回收系统的完善设计可以弥补疏水阀选型不当而造成的用汽设备蒸汽泄漏 3%左右,减少高温饱和水的闪蒸损失5 % -10%。（3)热平衡 回收凝结水余热用于热力除氧,减少热力除氧器的新蒸汽使用量,减少了高品位蒸汽的消耗量。回收凝结水到锅炉可以节省锅炉燃料,一般来说,给水温度每上升 6,就可以节省燃料1%;凝结水回收有利于锅炉排污量减少, 降低排污热损失,提高锅炉热效率。（4)水平衡 凝结水做锅炉给水可减少软
8、化水处理量,节省软化水处理费用。3凝结水回收系统凝结水回收是整个蒸汽系统中一个“承上启下”的环节，它将疏水系统疏出的饱和凝结水收集起来，通过重力自流回水、背压回水和加压回水等方式，经由凝结水回收管网将它们输送到设计指定的地点或集水罐，进行取热和精处理， 最终送至锅炉给水系统使用。传统最早的蒸汽凝结水简易回收流程如图1所示。 图1 凝结水回收示意图凝结水回收过程需要注意的技术问题有：（1）选择实际应用工况下的回收方式：凝结水回收方法一般分为重力自流回水、背压回水、加压回水三种方式。 疏水点和回水集中点要有一定的高度差，适用于较小区域且有高度差的凝结水回收系统。采用重力自流回水时，应满足的条件是：
9、凝结水排出点与凝结水箱入口之间的高度差所具有的势能必须能克服管道系统的阻力及凝结水箱的压力； 背压回水：背压回水是利用蒸汽加热后所剩余的压力来进行回水；适应于蒸汽压力较高、有一定余压的疏水点的回水。该系统具有投资少、热损失少等优点，缺点是回水管道直径大，适应负荷变化性能差，运行不稳定等，同时对疏水阀的性能要求高，且输送距离受到限制。采用背压回水应满足的条件是：蒸汽疏水阀的实际工作背压应小于蒸汽疏水阀的最高工作背压； 加压回水：加压回水是利用泵对凝结水进行加压，以克服系统阻力；其适应范围很广，尤其适应于蒸汽压力低、余压低的用户；该系统具有运行稳定、适应负荷变化能力强、回水管道直径较小（无水击）等
10、优点；缺点是设备投资大、有一定热损失。（2）水的平衡：凝结水回收使用后，使被代替的某一级其它来源的水的消耗减少，打破了原有的水平衡，进而影响全系统的水消耗量和水处理的运行方案。因此，凝结水使用后，生产系统务必重新制作系统水平衡。（3）热的平衡：随着凝结水的回收应用，其热能带入全厂能量系统循环，该部分的热能如能合理利用，可相应减少全厂的热能消耗，处理不好，该部分热能会带来负效益。特别是凝结水处理系统要求凝结水降温时，围绕凝结水降温的热平衡是凝结水是否能发挥最大效能的关键。（4）压力的平衡：建立全厂凝结水回收系统管网时，不可能每个用汽设备的凝结水单独向会水点输送，往往采用各分散用户的凝结水向同一凝
11、结水母管输送，最终导致全厂凝结水管网非常庞大和复杂。若凝结水回收系统各分支点的压力不相互匹配，凝结水管道的选择不合理，会形成相互顶牛和水击现象，导致部分凝结水不能回收，这是造成凝结水回收率不高的主要原因之一。（5）经济的合理性：国标GB/T12712-91供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求中规定，凝结水的回收率60%为合格，80%以上为优秀。具资料报道我国多数工厂疏水点和回收点通常比较分散，蒸汽系统的凝结水回收率约为30%；同时存在高质低用现象，凝结水代替了软化水、循环水及新鲜水等，凝结水的效益没有最大化。按凝结水回收系统是否与大气相通, 可将其分为开式系统和闭式系统。3.1 开式系统
12、开式回收系统的凝结水送入开放的与大气相通的集水罐或区域集水罐, 开式系统的优点是设备简单、 投资少、 操作方便, 其缺点是凝结水产生二次蒸汽造成热损失和热媒损失, 增加锅炉燃料和软水的消耗量, 同时还会溶入空气而造成系统腐蚀。 当使用蒸汽压力在 0.5MPa 时, 二次蒸汽造成的热损失达 40%以上, 而且随着用汽压力增加, 热损失和蒸汽损失增加, 见表 2。 而且出于防止汽蚀的原因, 开式系统回收凝结水温度一般在 75以下, 此时热损失更大。表2 开式系统蒸汽压力与热损失关系蒸汽压力/MPa0.20.30.40.50.60.81.01.5蒸汽损失%3.86.38.29.811.113.415
13、.218.9热损失/%2030364144505360开式凝结回收系统存在的主要不足有：（1）凝结水自然冷却，损失大量的凝结水热，同时也损失部分凝结水；大量的疏水阀漏汽和闪蒸二次汽对空排放，这部分浪费约占凝结水总量的520%，总热量的2060%。（2）使用开式方法回收凝结水，要对锅炉补充较多的软水。软水需求量大，软水生产频繁。（3）凝结水冷却时，闪蒸出的蒸汽溢出空气中，对周围环境有热污染；溢出蒸汽漂浮在锅炉房周围的环境中，破坏整体净化厂房、车间外观形象；闪蒸汽的排放，在冬天热雾漫天，夏季热浪逼人，即对环境造成严重的热污染，又可能烫伤人员，存在安全隐患。（4）开式凝结水箱直通大气，原本已除氧的凝
14、结水会再次溶氧，不仅使水箱和凝结水管路因氧腐蚀而缩短寿命，还会增大除氧成本。回收的凝结水再次被溶解空气中的氧气，二氧化碳等杂质，增加后处理费用。将高品质的凝结水按低品位的水用本身就是一种浪费。（5）二次蒸汽造成潮湿的环境加重了金属设备的腐蚀，电气设备老化，形成间接损失。 开式凝结水箱有排汽口与大气直接相通，凝结水进入水箱后就会因压力下降而产生大量二次闪蒸汽，由于汽化潜热的存在，二次汽携带大量高品质热能排到大气中，使凝结水温度迅速下降，造成大量能源和水资源浪费，这样大量蒸汽排放到大气中，不仅影响单位形象，还会造成热污染；放置在地下室，会更无法处置。开式凝结水箱因为凝结水泵易气蚀，故容积都做的很大
15、，以便凝结水在水箱中停留足够长的时间，使温度充分降下来，这样凝结水会降到更低的温度，使热能进一步浪费，且水箱和水泵分开布置，占地面积大。开式回收设备的弊端，还体现在凝结水本身是汽水两相流，高温的凝结水极易造成增压水泵的气蚀破坏，由于无法解决凝结水泵气蚀破坏，所以只能将水箱与大气相通，将二次汽放掉，使凝结水充分降温，将能源浪费，只能将很少的水和热能回收。一种简单的开式凝结水回收流程见图2所示。 图2 开式凝结水回收流程目前国内的企业的凝结水回收基本采取开式水罐、水箱等，为减少闪蒸二次汽（凝结水温度高，进到开式系统压力降低，大量的显热变成潜热，形成二次汽化）的排放。有的企业采用掺水降温，降低水质和利用价值，还有的企业专门上一台冷凝器，用循环水对闪蒸二次汽进行吸收，然后再通过凉水塔将热量排放掉，为浪费这部分能源，还要上设备和花费新的能源。3.2 闭式系统闭式回收系统中, 凝结水收集箱及其管路设备均处于恒定压力下, 凝结水不与
