蒸汽凝結(jié)水閉式回收技術(shù)的應(yīng)用

2.目前的現(xiàn)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(nèi)擁有工業(yè)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(tǒng)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(tǒng)總能耗的四分之一。此外，在蒸汽供熱系統(tǒng)中有半數(shù)以上的凝結(jié)水沒有經(jīng)過完全回收和充分利用，每年浪費數(shù)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(shè)備只利用蒸汽的潛熱，釋放潛熱后的蒸汽復(fù)原成同溫度的飽和水，即擁有顯熱的凝結(jié)水。用汽設(shè)備使用的蒸汽壓力越高，排放的凝結(jié)水熱能價值也就越大，據(jù)統(tǒng)計，不同壓力下蒸汽產(chǎn)生的凝結(jié)水所含有的余熱可占到蒸汽總熱量的15%～30%，是一種數(shù)量可觀、品質(zhì)優(yōu)良的理想余熱資源。目前我國很多企業(yè)凝結(jié)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(zhì)量等問題，致使間接用汽設(shè)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(jié)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(shè)備產(chǎn)生的凝結(jié)水壓力不同而出現(xiàn)的上下壓共網(wǎng)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(jié)水資源不能進行大規(guī)模綜合利用的局面。

為了解決上述問題，近年來凝結(jié)水的閉式回收技術(shù)得到了越來越多的重視，相關(guān)的產(chǎn)品和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，但從整體來看，這項技術(shù)仍處于初級的分散開展的階段，尚未得到全面的系統(tǒng)性應(yīng)用

3.根本原理及系統(tǒng)流程

3.1凝結(jié)水閉式回收系統(tǒng)的特性

凝結(jié)水閉式回收技術(shù)的關(guān)鍵在于凝結(jié)水回收的過程始終在閉式系統(tǒng)中進行，不與空氣接觸，因而要依據(jù)科學的理論進行回收系統(tǒng)的合理設(shè)計。同時，作為一項完整的系統(tǒng)工程，凝結(jié)水閉式回收系統(tǒng)不僅需要有能力解決水擊、泵汽蝕、上下壓共網(wǎng)、水質(zhì)保證等問題的專有回收設(shè)備，還需要鍋爐、熱設(shè)備、疏水裝置、收集裝置、管網(wǎng)、水處理裝置、控制系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)的有效匹配，才能最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的效率和優(yōu)勢。

3.2

凝結(jié)水閉式回收系統(tǒng)的組成與流程

密閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)主要由回收管網(wǎng)和回收泵站兩局部組成。管網(wǎng)局部主要包括蒸汽疏水閥和回收管道；泵站局部的主要設(shè)備是凝結(jié)水回收裝置，該裝置采用高度集成化設(shè)備，將容納凝結(jié)水的集水器，輸送凝結(jié)水的汽動泵以及相關(guān)的控制閥門和儀表集于一體，大大節(jié)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(shè)計為例詳細介紹凝結(jié)水閉式回收系統(tǒng)的流程。該鍋爐房為院區(qū)內(nèi)辦公教學樓、報告廳、綜合樓、學生宿舍等處的采暖和衛(wèi)生熱水系統(tǒng)，以及游泳池、洗衣房等設(shè)施提供熱源。鍋爐房內(nèi)分別設(shè)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(wèi)生熱水用汽水換熱器產(chǎn)生的凝結(jié)水進行回收。由于采暖和衛(wèi)生熱水換熱器所需的蒸汽壓力不同，在對凝結(jié)水進行回收時將不可防止地產(chǎn)生上下壓共網(wǎng)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(jié)水的泵送汽蝕問題。

凝結(jié)水閉式回收系統(tǒng)的流程如圖一所示，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過不同壓力的用汽設(shè)備后由疏水閥疏水，并利用其背壓將凝結(jié)水輸送回鍋爐房，進入凝結(jié)水回收裝置。該裝置中集水器的壓力由壓力調(diào)節(jié)閥控制，超壓的少量閃蒸汽引入鍋爐房內(nèi)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(jié)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(shè)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(tǒng)補水，從而節(jié)省補水所需軟化水設(shè)備的投資。

圖一凝結(jié)水閉式回收系統(tǒng)流程示意圖

3.3

疏水閥的合理選擇

密閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)中的管網(wǎng)局部是高溫凝結(jié)水進入集水器的必經(jīng)之路，因此，合理選擇疏水閥是確保密閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，相對于鍋爐等大型設(shè)備來說，疏水閥在許多人眼中是不起眼的小設(shè)備，造成疏水閥的選型簡單粗糙，出現(xiàn)了許多偏差。例如有的設(shè)計人員根據(jù)開式回收方法進行選型設(shè)計，導致采用密閉式回收技術(shù)時，管網(wǎng)壓差減小，疏水排量下降，系統(tǒng)不能正常疏水；有的企業(yè)根據(jù)用汽設(shè)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(xiàn)漏汽或開旁通管的浪費現(xiàn)象。

3.3.1

疏水器排水量的計算

選擇疏水器的規(guī)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(shù)。

當生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品樣本中已提供各種不同規(guī)格和不同情況下的排水量數(shù)據(jù)時，可參考這些數(shù)據(jù)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(yīng)使疏水器的排水能力大于用熱設(shè)備的理論排水量，即：

疏水器的設(shè)計排水量，；用熱設(shè)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(yīng)根據(jù)不同的熱用戶系統(tǒng)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(shè)計壓差值與疏水器的選擇，以及疏水器后余壓回水管網(wǎng)的資用壓力大小密切相關(guān)。

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(tǒng)中的位置。

當疏水器用于排除蒸汽管網(wǎng)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(shè)備出口的凝水管上時，P1

=

0.95P0，此處P0表示用熱設(shè)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(tǒng)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(yīng)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(shù)，可取n=1.3~2

；⊿P由疏水器到排放終點之間的管道系統(tǒng)阻力；

排放終點，疏水接受容器內(nèi)的壓力；疏水器出口側(cè)凝結(jié)水提升所需的靜壓水頭。

4.經(jīng)濟效益和環(huán)保效益

實踐證明，采用閉式凝結(jié)水回收技術(shù)能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，具體表現(xiàn)在：第一，大大減少了凝結(jié)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(jù)統(tǒng)計，將凝結(jié)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(jié)約鍋爐燃料12-28％；與降溫回收相比可節(jié)約鍋爐燃料6%-22%。第二，水的循環(huán)利用率高達90%以上，有效地節(jié)約了水資源，同時凝結(jié)水與空氣的隔離狀態(tài)使得這局部鍋爐給水能夠保持優(yōu)良的品質(zhì)，相應(yīng)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(shè)備及管網(wǎng)的腐蝕，延長了設(shè)備和管網(wǎng)的使用壽命。第四，大幅減少了鍋爐的排污率〔一般與凝結(jié)水的回收率一致〕，在一定程度上增加了鍋爐單位時間的產(chǎn)汽量，提高了鍋爐出力。第五，減少了由于跑、冒、滴、漏而產(chǎn)生的熱污染和噪聲，改善了工人的工作環(huán)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(huán)境造成的污染和破壞。

基于上述優(yōu)勢，如果該技術(shù)能得到大規(guī)模地推廣應(yīng)用，產(chǎn)生的經(jīng)濟以及社會效益將是不可估量的。有資料顯示，北京某開發(fā)區(qū)工業(yè)節(jié)水示范園區(qū)熱力中心擁有五臺35噸蒸汽鍋爐，總?cè)萘?75噸/時，用蒸汽單位有近百家。該熱力中心采用閉式凝結(jié)水回收技術(shù)，在全區(qū)內(nèi)實現(xiàn)了凝結(jié)水的閉式回收，使凝結(jié)水平均回收溫度提高到90℃，凝結(jié)水回收率提高到85%以上，年節(jié)約用水量5.55萬噸,節(jié)約燃煤約2000噸,直接和間接經(jīng)濟效益達400余萬元。同時，由于煤消耗量的減少，也相應(yīng)降低了煙氣的排放量，減少了鍋爐的排污和爐渣的產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)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(jié)論

本文以節(jié)能與環(huán)保為理念，針對目前的現(xiàn)狀和存在的問題，對閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)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(yīng)用此技術(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。我們有理由相信，隨著國家“可持續(xù)開展〞戰(zhàn)略的深入實施和人們環(huán)境保護意識的不斷加強，該項技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用與開展，其經(jīng)濟價值和環(huán)保意義將越來越明顯地表達出來。