蒸汽凝結水閉式回收技術的應用

2.目前的現狀及存在的問題

眾所周知，蒸汽鍋爐是我國耗能耗水的大戶。目前國內擁有工業鍋爐約100萬臺，其中蒸汽鍋爐占有相當大的比例，但是蒸汽熱力系統的能源利用效率還很低，僅為國際先進水平的一半左右，由此浪費掉的燃料資源相當于全年蒸汽供熱系統總能耗的四分之一。此外，在蒸汽供熱系統中有半數以上的凝結水沒有經過完全回收和充分利用，每年浪費數以億噸的水資源。

蒸汽的熱能由顯熱和潛熱兩局部組成，通常用汽設備只利用蒸汽的潛熱，釋放潛熱后的蒸汽復原成同溫度的飽和水，即擁有顯熱的凝結水。用汽設備使用的蒸汽壓力越高，排放的凝結水熱能價值也就越大，據統計，不同壓力下蒸汽產生的凝結水所含有的余熱可占到蒸汽總熱量的15%～30%，是一種數量可觀、品質優良的理想余熱資源。目前我國很多企業凝結水回收率很低的原因主要有以下幾個方面：

（1）由于蒸汽疏水閥選型、安裝有誤以及疏水閥本身質量等問題，致使間接用汽設備無法正常疏水，或影響加熱，或漏汽嚴重；

（2）沒有很好地解決高溫凝結水的泵送汽蝕、水擊、氣堵等問題，即使勉強用開放式方法回收，閃蒸降溫的損失也十分嚴重；

（3）不同用汽設備產生的凝結水壓力不同而出現的上下壓共網問題得不到妥善

解決，使得各蒸汽用戶不得不選擇單獨排放，從而造成了凝結水資源不能進行大規模綜合利用的局面。

為了解決上述問題，近年來凝結水的閉式回收技術得到了越來越多的重視，相關的產品和設備不斷涌現，但從整體來看，這項技術仍處于初級的分散開展的階段，尚未得到全面的系統性應用

3.根本原理及系統流程

3.1凝結水閉式回收系統的特性

凝結水閉式回收技術的關鍵在于凝結水回收的過程始終在閉式系統中進行，不與空氣接觸，因而要依據科學的理論進行回收系統的合理設計。同時，作為一項完整的系統工程，凝結水閉式回收系統不僅需要有能力解決水擊、泵汽蝕、上下壓共網、水質保證等問題的專有回收設備，還需要鍋爐、熱設備、疏水裝置、收集裝置、管網、水處理裝置、控制系統等各環節的有效匹配，才能最大限度地發揮系統的效率和優勢。

3.2

凝結水閉式回收系統的組成與流程

密閉式凝結水回收系統主要由回收管網和回收泵站兩局部組成。管網局部主要包括蒸汽疏水閥和回收管道；泵站局部的主要設備是凝結水回收裝置，該裝置采用高度集成化設備，將容納凝結水的集水器，輸送凝結水的汽動泵以及相關的控制閥門和儀表集于一體，大大節約了占地面積，并且安裝簡單，便于運行管理。

筆者以某學院集中鍋爐房設計為例詳細介紹凝結水閉式回收系統的流程。該鍋爐房為院區內辦公教學樓、報告廳、綜合樓、學生宿舍等處的采暖和衛生熱水系統，以及游泳池、洗衣房等設施提供熱源。鍋爐房內分別設置2噸和4噸的蒸汽鍋爐各一臺，滿足冬夏季不同的負荷需要，同時，對采暖和衛生熱水用汽水換熱器產生的凝結水進行回收。由于采暖和衛生熱水換熱器所需的蒸汽壓力不同，在對凝結水進行回收時將不可防止地產生上下壓共網問題，可采用分別接入集水器的方式加以解決。此外，由于采用汽動泵作為動力輸送，有效解決了高溫凝結水的泵送汽蝕問題。

凝結水閉式回收系統的流程如圖一所示，鍋爐產生的蒸汽經過不同壓力的用汽設備后由疏水閥疏水，并利用其背壓將凝結水輸送回鍋爐房，進入凝結水回收裝置。該裝置中集水器的壓力由壓力調節閥控制，超壓的少量閃蒸汽引入鍋爐房內熱水箱，由消聲加熱器將水加熱后供值班人員淋浴使用。進入集水器中的高溫凝結水由汽動泵直接送入：①容納鍋爐給水的軟化除氧水箱，替代局部軟化水，減小軟化除氧設備的運行負荷，提高鍋爐給水溫度。②采暖換熱機組攜帶的軟水箱，充當全部采暖系統補水，從而節省補水所需軟化水設備的投資。

圖一凝結水閉式回收系統流程示意圖

3.3

疏水閥的合理選擇

密閉式凝結水回收系統中的管網局部是高溫凝結水進入集水器的必經之路，因此，合理選擇疏水閥是確保密閉式凝結水回收系統正常運行的關鍵環節。然而，相對于鍋爐等大型設備來說，疏水閥在許多人眼中是不起眼的小設備，造成疏水閥的選型簡單粗糙，出現了許多偏差。例如有的設計人員根據開式回收方法進行選型設計，導致采用密閉式回收技術時，管網壓差減小，疏水排量下降，系統不能正常疏水；有的企業根據用汽設備疏水管徑自己配置，沒有按照壓差和排量選取疏水閥排水孔直徑，造成疏水閥排量過大或過小，出現漏汽或開旁通管的浪費現象。

3.3.1

疏水器排水量的計算

選擇疏水器的規格，確定疏水器的排水能力，就是選擇疏水器排水小孔的直徑或面積。疏水器的排水量

可按下式計算：

疏水器的排水閥孔直徑，mm

；⊿P

疏水器前后的壓力差，kPa；

疏水器的排水系數。

當生產廠家在產品樣本中已提供各種不同規格和不同情況下的排水量數據時，可參考這些數據來選擇疏水器。

3.3.2

疏水器的選擇倍率

選擇疏水器的閥孔尺寸時，應使疏水器的排水能力大于用熱設備的理論排水量，即：

疏水器的設計排水量，；用熱設備的理論排水量，；

K疏水器的選擇倍率。

疏水器的選擇倍率應根據不同的熱用戶系統來確定。

3.3.3

疏水器前后壓力確實定原那么

疏水器前后的設計壓差值與疏水器的選擇，以及疏水器后余壓回水管網的資用壓力大小密切相關。

3.3.3.1　疏水器前表壓力P1確實定

疏水器前的表壓力P1取決于疏水器在蒸汽供熱系統中的位置。

當疏水器用于排除蒸汽管網的凝水時，P1=

P0，此處P0表示疏水點處的蒸汽表壓力；

當疏水器安裝在用熱設備出口的凝水管上時，P1

=

0.95P0，此處P0表示用熱設備前的蒸汽表壓力；

當疏水器安裝在凝水干管末端時，P1=

0.7P0，此處P0表示該供熱系統入口的蒸汽表壓力。

3.3.3.2　疏水器后背壓值Pb確實定

為了保證疏水器能夠正常工作，疏水器后的背壓值Pb不應高于疏水器的最大允許背壓P2.max值，即P2.max

n壓力富裕系數，可取n=1.3~2

；⊿P由疏水器到排放終點之間的管道系統阻力；

排放終點，疏水接受容器內的壓力；疏水器出口側凝結水提升所需的靜壓水頭。

4.經濟效益和環保效益

實踐證明，采用閉式凝結水回收技術能夠產生顯著的經濟效益和環保效益，具體表現在：第一，大大減少了凝結水的閃蒸損失，從而使其本身的熱量得到比擬充分的利用。據統計，將凝結水和閃蒸汽所含的熱量完全回收，與將其完全排棄相比可節約鍋爐燃料12-28％；與降溫回收相比可節約鍋爐燃料6%-22%。第二，水的循環利用率高達90%以上，有效地節約了水資源，同時凝結水與空氣的隔離狀態使得這局部鍋爐給水能夠保持優良的品質，相應地降低了對鍋爐給水進行軟化及除氧的處理費用。第三，從根本上防止了腐蝕性氣體重新溶入鍋爐給水，極大地緩解了對熱設備及管網的腐蝕，延長了設備和管網的使用壽命。第四，大幅減少了鍋爐的排污率〔一般與凝結水的回收率一致〕，在一定程度上增加了鍋爐單位時間的產汽量，提高了鍋爐出力。第五，減少了由于跑、冒、滴、漏而產生的熱污染和噪聲，改善了工人的工作環境。第六，煙塵飛灰、SO2、CO2、NO2等有害氣體排放總量以及爐渣排放量可減少15-30%，可顯著降低對周邊環境造成的污染和破壞。

基于上述優勢，如果該技術能得到大規模地推廣應用，產生的經濟以及社會效益將是不可估量的。有資料顯示，北京某開發區工業節水示范園區熱力中心擁有五臺35噸蒸汽鍋爐，總容量175噸/時，用蒸汽單位有近百家。該熱力中心采用閉式凝結水回收技術，在全區內實現了凝結水的閉式回收，使凝結水平均回收溫度提高到90℃，凝結水回收率提高到85%以上，年節約用水量5.55萬噸,節約燃煤約2000噸,直接和間接經濟效益達400余萬元。同時，由于煤消耗量的減少，也相應降低了煙氣的排放量，減少了鍋爐的排污和爐渣的產生。據統計，僅此一項，每年可以減少爐渣排放

142.57噸，降低煙氣排放1400萬立方米，煙塵飛灰、SO2、NO2分別減少排放95.3噸、17.11噸、5.69噸。

5.結論

本文以節能與環保為理念，針對目前的現狀和存在的問題，對閉式凝結水回收系統的流程與組成進行了詳細介紹，并指出合理選擇疏水閥的重要性，給出了選擇疏水閥的原理及其計算方法，同時，特別說明了應用此技術所帶來的經濟效益和環保效益。我們有理由相信，隨著國家“可持續開展〞戰略的深入實施和人們環境保護意識的不斷加強，該項技術將得到更加廣泛的應用與開展，其經濟價值和環保意義將越來越明顯地表達出來。