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苏州天露环保科技有限公司
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简析工业蒸汽冷凝水回收
2020-6-4 阅读(2004)
蒸汽作为一种清洁、优良、安全的热量载体被广泛用于工业制造的各个行业，如食品、饮料、啤酒、制药、烟草、化工、酒店和医院等。它除了具有安全、便于产生、输送和控制的特点外，重要的是相比于其它工业介质其释放热量更加出色。用汽设备释放的汽化潜热，变为近乎同温同压下的饱和凝结水，由于蒸汽的使用压力大于大气压力，所以凝结水所具有的热量可达蒸发焓的25%，一般占蒸汽总热量的20～30%左右,有些特种设备可高达40%。若能将高温冷凝水作为锅炉补给水循环使用或二次闪蒸汽利用,不仅可节约工业用水,而且会节约大量燃料。这样,锅炉在生产同样量的蒸汽时,就可节约30～40%的燃料和20%左右的锅炉原水且降低水处理费用、减少锅炉烟气的排放量,保护生态环境。
1、冷凝水的性质及相变过程
蒸汽热能是由显热和潜热两部分组成。蒸汽释放潜热和少量显热后便被还原为高温冷凝水。冷凝水是饱和高温软化水，其热能价值占蒸汽热能价值的25%左右，并且其又是洁净蒸馏水，适合重新为锅炉供水，回收再利用价值为16～25元/吨。因此，非常有必要采取有效回收系统，尽可能的回收热能和软化水，这样不但可以节能降耗，而且可以消除因二次闪蒸汽的排放而对厂区环境造成污染，无论在经济效益方面还是社会效益方面都具有十分重要的意义。
饱和蒸汽在进行传递热量时，发生相变，由汽变为水，同时释放大量潜热，这是一个等温冷凝的过程。例如，设备用汽压力为4bar时，对应的蒸汽温度为151℃,在释放潜热结束之后，冷凝水的温度同样为151℃。如果此时采用闭式回收，选择的疏水器是在饱和点排放冷凝水，高温冷凝水（151℃）将直接通过疏水器进入回收系统。如果采用开式回收系统，则回收系统压力为大气压力，大气压下水的温度为100℃，因此冷凝水中多余的热量会使一部分水再次蒸发，产生二次蒸汽，不但造成环境污染，而且降低冷凝水的回收温度。
2、冷凝水回收方式的选择
回收方式和回收设备的选用是冷凝水回收能否达到预期目的至关重要一步。首先，必须准确掌握回收系统中的冷凝水量，若水量计算不准确，便会导致冷凝水回收管径选择不当，造成不必要的浪费。其次，要准确掌握冷凝水压力和温度，回收系统采用何种方式、何种设备、如何布置管网都与冷凝水的压力及温度息息相关。冷凝水回收系统疏水阀的选择也是应该注意的内容，不妥的疏水阀选型会影响冷凝水的压力和温度，进而影响整个回收系统的正常运行。
3、开式冷凝水回收系统与闭式冷凝水回收系统的性能比较
3.1开式冷凝水回收系统的缺点
3.1.1 为了减轻气蚀危害，开式冷凝水回收系统通常将冷凝水温度降到75℃左右，而这需要饱和冷凝水在大气压下二次闪蒸，造成能量损失，进而导致蒸汽热源利用率不足60%，而且二次闪蒸会使周边环境雾气弥漫，排放的废气对水资源、设备和环境资源都会造成二次污染或损坏。
3.1.2 高温冷凝水具有很高的脱盐度，是理想的锅炉补给水，在不回收或开式回收中却以二次蒸汽的形式白白浪费。在锅炉运行时，一方面为了保持蒸汽品质良好，防止受热面结垢，必须对锅炉进行适当排污。另一方面，锅炉排污越多，造成热能、给水和药剂的损失就越多。若用开放式冷凝水回收系统回收纯净、杂质含量极低的凝结水，对锅炉来说，凝结水回收率低，杂质含量可增加3～5倍，由此可增加锅炉排污量。
3.1.3 根据水中氧含量与温度和压力的关系，常压下，水温升高60℃，含氧量可降低66%～80%，能够显著减少锅炉的氧腐蚀。若选用开放式回收系统回收冷凝水，冷凝水与大气接触后会再次遭到污染,氧气的再次溶入会导致管路系统内外腐蚀及电导率的变化，缩短设备使用寿命，降低凝结水的品质，甚至使其达不到脱盐水的标准，丧失了洁净蒸汽冷凝水的品质。
3.1.4无法有效避免水泵气蚀难题，缩短水泵寿命，影响其他设备运行。
3.2闭式冷凝水回收系统的优点
3.2.1锅炉补水一般需要采用离子交换软化处理，对于碱度较高的原水还需降碱处理。原水硬度越高，水处理费用越高。若原水平均硬度以4mmol/L计，则每吨水软化处理费用约2.5元（其中包括再生剂消耗、再生水耗、树脂损耗及耗电等，而不包括设备和树脂等投资、维修及操作人员费用）。将蒸汽凝结水回收后作锅炉给水，便可减少补给水处理量，不但节约用水，而且降低水处理费用，此外，还可缩小或简化补给水处理系统，节省投资。
3.2.2锅炉运行时，水中允许的杂质含量被确定后，锅炉排污率大小则取决于水中杂质的含量。对于工业锅炉来说，正常情况下，当凝结水回收作给水时，回收率越高，给水品质越好，一般杂质含量可降低5～10倍，由此可大大降低锅炉排污率。对于加药处理的锅炉，利用冷凝水给水时能显著降低给水硬度，减少防垢处理的药剂用量，防止锅炉结垢。
3.2.3一般蒸汽冷凝水的温度较高，在适当的保温措施下，回水温度可达60℃或以上，而初始给水温度只有10℃～25℃，两者温度相差50℃左右。因此，用凝结水给水可大量节约能源，减少燃料费用，尤其对于燃油、燃气锅炉来说，获得的经济效益更为显著。
3.2.4水中的溶解氧是锅炉运行时发生腐蚀的主要因素之一。目前较常用的除氧方法为热力除氧和化学除氧。在一定压力下，氧在水中的溶解度随着水温升高而降低。冬季锅炉负荷较大的情况下，若给水全部为软化水，无论是热力除氧还是化学除氧，效果往往都难以达到合格标准。而若利用凝结水作为锅炉补水，不但可提高水温，而且冷凝水中的溶解氧含量较低，可确保给水氧含量达到合格标准。
3.2.5闭式回收减少煤炭、天然气、油的使用量，降低了排放到大气中的二氧化碳量，有效实现节能减排。
4、二次蒸汽回收量分析
运行一台8t/h锅炉，汽压维持在4bar时，对应饱和点温度为151℃，显热为640.7kj/kg，水在0bar时显热为419kj/kg，则过剩的能量为640.7kj/kg-419kj/kg=221.7kj/kg。因为这部分能量不能存在于水中，它便成为新的压力下蒸发潜热的一部分，水吸收这些热量后进行闪蒸，变成二次蒸汽。水在0bar时潜热为2257kj/kg，闪蒸率为221.7kj/kg÷2257kj/kg=9.8%，也就是说回收的冷凝水中约有9.8%的水以闪蒸汽的形式存在。若按平均蒸汽耗量6000kg/h,冷凝水回收率为80%，锅炉每天运行16小时，每月工作30天计算，每年可利用的的闪蒸汽量约4741.7t。按燃气锅炉蒸汽成本每吨200.00元，仅每年可回收利用二次蒸汽的价值可达95万元(4741.7t×200.00元=95万元)。这样二次蒸汽被*回收利用，厂区内没有了“雾气笼罩，白烟滚滚”的现象，工作环境也变得更加舒适美观。
5、高温冷凝水的回收量分析
按锅炉每天运行16小时，每月工作30天，运行一台8t/h锅炉，每小时平均蒸汽耗量6000kg/h，按冷凝水回收率为80%等指标测算，每年可节约费用如下：
5.1节约锅炉用水费
按照回收的冷凝水量为6000kg/h×80%×16h×30天/月×12月=27648t/年，水费按2.5元/t计算，则一年节省的水费为27648t/年×2.5元/t=69120.0元/年。
5.2节约水处理成本费
如冷凝水不回收，则须对补充自来水进行软化、除氧等处理。将锅炉水处理的费用按2.5元/t计算，这部分费用为27648t/年×2.5元/t=69120.00元/年，由此可见，实现冷凝水回收，每年节约软化水处理费69120.00元。
5.3节约锅炉燃料费
加热1 kg自来水使之到达85℃所需的能量为1kg×85℃×4.2 kj/ kg·℃=357kj，按照每年回收27648t冷凝水量进行锅炉补水,将其加热到85℃所需热量为357 kj/kg×27648t=9870336000kj。天然气热值为35588kj/m3，锅炉效率80％，则消耗的总燃料为9870336000/(0.8×35588) =346687.6 m3/年，天然气价格按2.8元/m3计算，则每年可节省的天然气金额为2.8元/m3×346687.6 m3/年= 970725.28元/年。
6、结论
冷凝水的回收利用与前端用汽设备有着极其紧密的关联，因此要从系统的实用性、合理性角度进行考虑和设计。同任何节能措施一样，坚决避免将节能改造变成负担。要想实现稳定的节能收益，在短时间内收回投资成本，就需要有成熟完善的方案和高品质的设备为保障。另外、冷凝水回收是蒸汽系统节能的重要内容，也是蒸汽投资回收潜力巨大的部分之一。随着工业生产水平的提高和环保意识增强等因素的影响，国家已将其列为强制改造项目。
