工业蒸汽凝结水回收利用的方法
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时间：2017-11-11
一、前言
在工业生产中，蒸汽作为一种用途极为广泛的能源与几乎所有的企业有着不可分割的联系。在工业生产过程中，以往蒸汽经间接加热后形成凝结水，通过疏水阀排入地沟。这样既浪费了能源，又污染了环境。而冷凝水拥有大量的热能，这部分热量一般占蒸汽总热量的20～40%。如能将这部分损失掉的热量加以回收利用，作为锅炉补给水，既能节约了锅炉补水、节约锅炉燃料消耗量，同时又能提高锅炉给水品质，降低了锅炉排污率。所以，工业生产中回收凝结水的热量，并加以有效利用，具有很大的节能潜力。
二、凝结水回收的目的、意义
凝结水回收的目就是为了节约能源，因为凝结水回收除本身携带的热能外，其回收的水质如符合锅炉给水品质的要求，还将是良好的锅炉补给水。
1.减少锅炉补给水量、节约用水和运行费用
工业锅炉的补给水一般采用钠离子交换软化处理，对于碱度较高的原水还需采用软化-降碱处理。原水硬度越高，水处理的运行费用越大。若回收蒸汽凝结水作锅炉给水，就可减少补给水处理量，不但能节约大量用水，而且降低水处理运行费用。
2.提高给水品质，降低锅炉排污率
在锅炉运行中，为了保持蒸汽品质保持合格，防止管道受热面日久结垢，锅炉需定时进行排污。但锅炉排污量增加越多，也会造成热能、给水等损失的增加。所以，减少锅炉排污量，在一定程度上是增加了锅炉的产汽量，提高了锅炉出力。
3.提高给水温度，降低燃料消耗
蒸汽凝结水的温度都一般可达到 70℃～100℃，而锅炉在没有凝结水回收时补给水的水温只有20℃左右。而凝结水回水温度一般都可达60℃～70℃，而把这部分凝结水作为锅炉补水送入锅筒再次利用，可节约大量能源，减少锅炉燃料消耗量，从而达到节能增效目的。实践也证明，将蒸汽间接加热的凝结水如若按60%回收，与将其完全排放相比可节约锅炉燃料消耗量的10%～22%。具有显著的节能效果。
三、凝结水回收方法对比分析
1.开式回收系统
该系统冷凝水收集箱是开口式，即冷凝水的集水箱敞开于大气。开式回收冷凝水进入收集箱时压力突然降低，产生大量二次闪蒸汽，造成回收水温仅在70℃左右，系统因有空气进入冷凝水回收管道，容易引起管道腐蚀。但开式系统装置简单，投资较少，与冷凝水直接排放相比，仍有一定的节能效果。
2.密闭式回收系统
密闭式凝结水回收系统主要是针对开放式凝结水回收系统存在的漏气、闪蒸损失以及回收凝结水温度低等问题设计。密闭式凝结水回收系统，用汽设备排放的冷凝水经管道集中到密闭保温储水罐中，然后通过回收装置将凝结水直接输入到锅炉，组成一个从给设备供汽到凝结水回收利用的密闭循环系统。
3.开式与密闭式回收系统方式的比较
3.1开放式蒸汽凝结水回收系统只能利用80℃以下的热水， 而密闭式回收系统可回收 100℃以上的饱和水；
3.2开式凝结水回收采用位差式系统，与大气接触，系统操作、维修较复杂，且热能和闪蒸损失大，环境污染大，相对与开放式回收，密闭式回收系统操作简便，故障率低、维修方便，同时避免了热能和闪蒸损失，真正达到了回收系统全自动的连续运行。
綜上，密闭式蒸汽凝结水回收系统，蒸汽凝结水的回收是连续的，且与大气相隔绝，同时，高温凝结水回收装置的运行也实现了自动加量和开停车。所以，密闭式凝结水回收系统，无论从理论上和实践上，都具有较高的的节能效果和余热回收率。
开放式回收与密闭式回收对比如表1。
四、凝结水回收方式和设备的确定
对于不同的冷凝水改造项目，选用何种回收方式和蒸汽冷凝水回收设备，是项目能否达到投资目的至关重要的一步。
首先，必须准确地掌握蒸汽冷凝水回收装置的冷凝水量，其次，要正确掌握冷凝水的压力和温度，第三，注重冷凝水回收系统疏水阀的选择。
在蒸汽冷凝水回收设备选择时也并非回收效率越高越好，还要考虑经济性问题，也就是在考虑余热利用效率的同时，还要考虑初始的投入，由于密闭式回收系统具有效率高，环境污染少的优势，往往被优先采纳。
五、冷凝水回收节能量及效益计算
凝结水回收效益取决于两方面，一是凝结水回收率的大小，二是凝结水回收温度的高低，本文回收的凝结水作为锅炉补给水使用。
计算示例：锅炉热效率90%，燃煤低位发热量为18840 kJ/kg，锅炉排污率5%，补给水温度20℃，该系统凝结水总回收率达到70%，凝结水温度90℃，凝结水送入补水箱混合后再进入锅炉。燃煤单价为785元/t，补给水单价4.5元/t，计算凝结水回收系统的节约燃煤量、节水量及节约效益。效益测算以每1蒸吨为单位。
1.节煤量计算
凝结水回收所节省的燃煤量为：
ΔBns=ε·（hns - hgs）/η·Qnet ×103 Kg/t
ε= Gns /D ×100%
凝结水回收节约燃料费Δδr=ΔBns×δr×10-3 元/t
式中：ε——凝结水总回收率%，即凝结水回收总量占锅炉产汽量的百分比；
hns——凝结水焓值 kJ/kg，90℃ hns =377kJ/kg
hgs——给水焓值 kJ/kg，20℃ hgs=84kJ/kg
Gns——凝结水回收总量 t/h
在工业生产中，蒸汽作为一种用途极为广泛的能源与几乎所有的企业有着不可分割的联系。在工业生产过程中，以往蒸汽经间接加热后形成凝结水，通过疏水阀排入地沟。这样既浪费了能源，又污染了环境。而冷凝水拥有大量的热能，这部分热量一般占蒸汽总热量的20～40%。如能将这部分损失掉的热量加以回收利用，作为锅炉补给水，既能节约了锅炉补水、节约锅炉燃料消耗量，同时又能提高锅炉给水品质，降低了锅炉排污率。所以，工业生产中回收凝结水的热量，并加以有效利用，具有很大的节能潜力。
二、凝结水回收的目的、意义
凝结水回收的目就是为了节约能源，因为凝结水回收除本身携带的热能外，其回收的水质如符合锅炉给水品质的要求，还将是良好的锅炉补给水。
1.减少锅炉补给水量、节约用水和运行费用
工业锅炉的补给水一般采用钠离子交换软化处理，对于碱度较高的原水还需采用软化-降碱处理。原水硬度越高，水处理的运行费用越大。若回收蒸汽凝结水作锅炉给水，就可减少补给水处理量，不但能节约大量用水，而且降低水处理运行费用。
2.提高给水品质，降低锅炉排污率
在锅炉运行中，为了保持蒸汽品质保持合格，防止管道受热面日久结垢，锅炉需定时进行排污。但锅炉排污量增加越多，也会造成热能、给水等损失的增加。所以，减少锅炉排污量，在一定程度上是增加了锅炉的产汽量，提高了锅炉出力。
3.提高给水温度，降低燃料消耗
蒸汽凝结水的温度都一般可达到 70℃～100℃，而锅炉在没有凝结水回收时补给水的水温只有20℃左右。而凝结水回水温度一般都可达60℃～70℃，而把这部分凝结水作为锅炉补水送入锅筒再次利用，可节约大量能源，减少锅炉燃料消耗量，从而达到节能增效目的。实践也证明，将蒸汽间接加热的凝结水如若按60%回收，与将其完全排放相比可节约锅炉燃料消耗量的10%～22%。具有显著的节能效果。
三、凝结水回收方法对比分析
1.开式回收系统
该系统冷凝水收集箱是开口式，即冷凝水的集水箱敞开于大气。开式回收冷凝水进入收集箱时压力突然降低，产生大量二次闪蒸汽，造成回收水温仅在70℃左右，系统因有空气进入冷凝水回收管道，容易引起管道腐蚀。但开式系统装置简单，投资较少，与冷凝水直接排放相比，仍有一定的节能效果。
2.密闭式回收系统
密闭式凝结水回收系统主要是针对开放式凝结水回收系统存在的漏气、闪蒸损失以及回收凝结水温度低等问题设计。密闭式凝结水回收系统，用汽设备排放的冷凝水经管道集中到密闭保温储水罐中，然后通过回收装置将凝结水直接输入到锅炉，组成一个从给设备供汽到凝结水回收利用的密闭循环系统。
3.开式与密闭式回收系统方式的比较
3.1开放式蒸汽凝结水回收系统只能利用80℃以下的热水， 而密闭式回收系统可回收 100℃以上的饱和水；
3.2开式凝结水回收采用位差式系统，与大气接触，系统操作、维修较复杂，且热能和闪蒸损失大，环境污染大，相对与开放式回收，密闭式回收系统操作简便，故障率低、维修方便，同时避免了热能和闪蒸损失，真正达到了回收系统全自动的连续运行。
綜上，密闭式蒸汽凝结水回收系统，蒸汽凝结水的回收是连续的，且与大气相隔绝，同时，高温凝结水回收装置的运行也实现了自动加量和开停车。所以，密闭式凝结水回收系统，无论从理论上和实践上，都具有较高的的节能效果和余热回收率。
开放式回收与密闭式回收对比如表1。
四、凝结水回收方式和设备的确定
对于不同的冷凝水改造项目，选用何种回收方式和蒸汽冷凝水回收设备，是项目能否达到投资目的至关重要的一步。
首先，必须准确地掌握蒸汽冷凝水回收装置的冷凝水量，其次，要正确掌握冷凝水的压力和温度，第三，注重冷凝水回收系统疏水阀的选择。
在蒸汽冷凝水回收设备选择时也并非回收效率越高越好，还要考虑经济性问题，也就是在考虑余热利用效率的同时，还要考虑初始的投入，由于密闭式回收系统具有效率高，环境污染少的优势，往往被优先采纳。
五、冷凝水回收节能量及效益计算
凝结水回收效益取决于两方面，一是凝结水回收率的大小，二是凝结水回收温度的高低，本文回收的凝结水作为锅炉补给水使用。
计算示例：锅炉热效率90%，燃煤低位发热量为18840 kJ/kg，锅炉排污率5%，补给水温度20℃，该系统凝结水总回收率达到70%，凝结水温度90℃，凝结水送入补水箱混合后再进入锅炉。燃煤单价为785元/t，补给水单价4.5元/t，计算凝结水回收系统的节约燃煤量、节水量及节约效益。效益测算以每1蒸吨为单位。
1.节煤量计算
凝结水回收所节省的燃煤量为：
ΔBns=ε·（hns - hgs）/η·Qnet ×103 Kg/t
ε= Gns /D ×100%
凝结水回收节约燃料费Δδr=ΔBns×δr×10-3 元/t
式中：ε——凝结水总回收率%，即凝结水回收总量占锅炉产汽量的百分比；
hns——凝结水焓值 kJ/kg，90℃ hns =377kJ/kg
hgs——给水焓值 kJ/kg，20℃ hgs=84kJ/kg
Gns——凝结水回收总量 t/h
D——锅炉产汽量 t/h
η——锅炉效率 %
Qnet——入炉燃料低位发热量 kJ/kg
δr——入炉煤单价 元/t，685元/t
ε= Gns /D ×103
=70/100×103
=700 kg/h
ΔBns=ε·（hns - hgs）/η·Qnet ×103 Kg/t
=70×（377-84）/90×18840×103
=12.1 kg/t
凝结水回收节约燃料费为
Δδr=ΔBns×δr×10-3 元/t
=12.1×785×10-3
=9.5元/t
2.节水量计算
凝结水不回收的锅炉补给水量为
Gbw=（1+P/100）×103 Kg/t
凝结水回收的锅炉补给水量为
Gbj=（1+P/100）（1-ε/100）×103
锅炉补水减少量即为节水量
ΔGb= Gbw- Gbj=（1+P/100）·ε/100×103 Kg/t
凝结水回收节约水费Δδ=ΔGb×δs×10-3 元/t
式中：P——锅炉排污率%
δs——锅炉补水单价，元/t
ΔGb= Gbw- Gbj=（1+P/100）·ε/100×103 Kg/t
=（1+5/100） ×70/100×103
=735 Kg/t
Δδs =ΔGb×δs×10-3 元/t
=735×4.5×10-3
=3.3元/t
3.每蒸噸总节省的费用
每蒸吨总节省费用=Δδr + Δδs
=9.5+3.3
=12.8元/t
六、结论
1.密闭式蒸汽凝结水回收技术，我国是从80年末期开始应用到实践中，前后经历了二三十年的历程，随着密闭式蒸汽凝结水回收系统技术和装置的日益完善和提高，现已发展为成熟、可靠的节能技术，是我国目前作为节能举措中最为行之有效的方法，企业可以予以采用；
2.密闭式蒸汽凝结水回收系统无论从理论上和实践上，都具有较高的节能效果和余热回收率；
3.在实际运用中应注重提高凝结水回收率和回收温度这两个因素，以获取最大的节能效果。
参考文献
[1] 赵国凌 蒸汽供热系统凝结水回收及其效益计算 运行与管理 2012
[2]候辉，凝结水回收和利用[M].北京：机械工业出版社；
[3]王汝武，凝结水回收方式的选择[J].节能2001。
η——锅炉效率 %
Qnet——入炉燃料低位发热量 kJ/kg
δr——入炉煤单价 元/t，685元/t
ε= Gns /D ×103
=70/100×103
=700 kg/h
ΔBns=ε·（hns - hgs）/η·Qnet ×103 Kg/t
=70×（377-84）/90×18840×103
=12.1 kg/t
凝结水回收节约燃料费为
Δδr=ΔBns×δr×10-3 元/t
=12.1×785×10-3
=9.5元/t
2.节水量计算
凝结水不回收的锅炉补给水量为
Gbw=（1+P/100）×103 Kg/t
凝结水回收的锅炉补给水量为
Gbj=（1+P/100）（1-ε/100）×103
锅炉补水减少量即为节水量
ΔGb= Gbw- Gbj=（1+P/100）·ε/100×103 Kg/t
凝结水回收节约水费Δδ=ΔGb×δs×10-3 元/t
式中：P——锅炉排污率%
δs——锅炉补水单价，元/t
ΔGb= Gbw- Gbj=（1+P/100）·ε/100×103 Kg/t
=（1+5/100） ×70/100×103
=735 Kg/t
Δδs =ΔGb×δs×10-3 元/t
=735×4.5×10-3
=3.3元/t
3.每蒸噸总节省的费用
每蒸吨总节省费用=Δδr + Δδs
=9.5+3.3
=12.8元/t
六、结论
1.密闭式蒸汽凝结水回收技术，我国是从80年末期开始应用到实践中，前后经历了二三十年的历程，随着密闭式蒸汽凝结水回收系统技术和装置的日益完善和提高，现已发展为成熟、可靠的节能技术，是我国目前作为节能举措中最为行之有效的方法，企业可以予以采用；
2.密闭式蒸汽凝结水回收系统无论从理论上和实践上，都具有较高的节能效果和余热回收率；
3.在实际运用中应注重提高凝结水回收率和回收温度这两个因素，以获取最大的节能效果。
参考文献
[1] 赵国凌 蒸汽供热系统凝结水回收及其效益计算 运行与管理 2012
[2]候辉，凝结水回收和利用[M].北京：机械工业出版社；
[3]王汝武，凝结水回收方式的选择[J].节能2001。
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