1、引言

石油价格的不断上涨和日本福岛核危机的爆发,使人们的目光再一次聚焦到能源问题上。地球上资源有限,解决能源问题更应该从节约用能方面着手,只有改变人们的用能观念,才能从根本上解决能源问题。与世界先进水平相比,我国能源利用率低,单位产值耗能是发达国家2倍以上;工业用水重复利用率约为52%,远低于发达国家80%的水平[1]。能源事关经济安全和国家安全,我国应走出一条中国特色新型能源发展道路,努力建设一个利用效率高、技术水平先进、污染排放低、生态环境影响小的能源生产消费体系[2]。蒸汽是一种用途极为广泛的能源,与人们的生产生活密不可分。锅炉产生的高温蒸汽在各用汽设备中释放汽化潜热后形成冷凝水,冷凝水具有的热量可达蒸汽全部热量的20%～30%,压力、温度越高,冷凝水所含的热量就越多。而且冷凝水经过软化处理,水品质高,可直接作为锅炉给水使用,能降低蒸汽生产成本,提高锅炉效率（一般每提高锅炉给水7℃,锅炉效率可提高1%）,是锅炉节能节水的有效措施。但在实际操作中,冷凝水往往被直接排掉,若能把冷凝水中的余热回收并加以利用,将显著提高整个热力系统的效率,具有很大的社会效益和经济效益,值得全社会深入研究。

2、冷凝水回收系统特点

通常,冷凝水回收系统可分为开式回收系统和闭式回收系统两种。开式回收系统只能利用80℃以下的热水,而闭式回收系统则可回收100℃以上的饱和水[3]。

2.1 开式回收系统

开式回收系统是使用较久的一种蒸汽冷凝水回收方式,它是把冷凝水回收到锅炉的给水罐中,在回收和利用过程中,回收管路一端向大气敞开的,通常是冷凝水集水箱敞开于大气。当冷凝水的压力较低,靠自压不能到达再利用场所时,可利用泵对冷凝水进行压送。开式回收系统的优点是设备简单,操作方便,初始投资小。

但是系统占地面积大,经济效益较差,对环境污染较大,而且冷凝水直接与大气接触,水中的溶氧浓度较高,容易产生设备腐蚀。在蒸汽供应量较少,冷凝水量较少,二次蒸汽量较少的情况下,使用开式系统比较适合。使用该系统时,应尽量减少二次蒸汽的排放量,从而减少热量、工质的损失和避免热污染。

2.2 闭式回收系统

闭式回收系统是冷凝水回收利用的另一种方式,一般由回收管网和回收装置两部分组成。系统带压运行,冷凝水始终不与大气接触。通过回收装置使冷凝水在锅炉和用汽设备之间形成封闭式循环,即蒸汽经过用汽设备后产生的冷凝水进入回收装置并用泵直接送入锅炉系统。凝结水的回收温度仅丧失在管网降温部分。与开式回收系统相比,闭式回收系统主要有以下优点[4]:

(1)回收冷凝水温度接近用汽设备排放压力下的饱和温度,并直接送到锅炉汽包或除氧器,提高了锅炉给水温度;

(2)差压回水的闪蒸汽全部用于热力除氧器或加热软水箱,节省热力除氧的蒸汽使用;

(3)回收的冷凝水不与大气接触,冷凝水几乎是纯净的蒸馏水,而且闭式运行还能稳定锅炉的用汽负荷。

(4)减少蒸汽冷凝水的跑、冒、滴、漏,减少了工厂热污染。冷凝水循环使用,节省大量软水及水处理费用,同时也减少锅炉排污次数。

(5)回收系统密闭式全自动运行,占地面积小。

3、闭式回收系统设计

与开式回收系统相比,闭式回收系统具有更好的节能效果,值得推广使用。在对原有开式回收系统改为闭式回收系统或进行新的闭式回收系统设计时,要注意系统的设计原则和水泵汽蚀问题。

3.1 设计原则

(1)准确计算冷凝水回收量和压力:

(2)对管网进行详细水力计算,注意排水排气,防止水击。根据具体情况分别按汽液两相和液体计算以确定管网压力和管径,以此选择合适的水泵和疏水阀。在泵和用热设备之间的冷凝水母管不能选型过小,以免疏水阀不能正常工作。

3.2 水泵汽蚀解决方法

水泵在输送高温水时,常常遇到汽蚀这一问题而无法正常工作,随着回收技术的进步和回收设备的改善,汽蚀问题主要有以下几种解决方案:

(1)提高泵的灌注高度;

(2)把冷凝水降温为相应饱和压力下的过冷水;

(3)加防汽蚀装置。

方案(1)受现场位置和设备背压的影响,操作起来不方便,方案(2)降低了冷凝水的温度,不能充分回收冷凝水中的热量,达不到最佳的节能效果。方案(3)简单可行,是常用的防汽蚀办法。防汽蚀装置是采用喷射增压原理,以泵出口的少量高温、高压水作为工作水流,通过液-液喷射器与作为引射流的高温冷凝水进行充分的能量交换,使回收来的饱和状态的冷凝水变成过冷状态,从而巧妙地解决了离心泵汽蚀问题。

4、节能改造

4.1 系统存在问题

某卷烟厂使用的是油气两用锅炉,额定蒸发量10t/h,工作压力1.0MPa,蒸汽主要用在生产工艺、车间温湿度调节和除异味系统。冷凝水回收采用开式系统,其中空调用汽（占总用汽量的11%）的冷凝水不设回收,但系统在运行过程中,存在以下问题:

(1)二次闪蒸汽损失大。高温高压的饱和冷凝水进入回收水箱后,因压力下降而产生大量二次闪蒸汽排出,既影响美观又造成巨大的热量损失;

(2)因二次闪蒸汽使热力站长期处于高温高湿的环境中,导致设备工作环境恶化,影响回收系统设备的正常运行;

(3)水泵存在汽蚀现象,影响其工作效率和输水扬程。处于汽蚀状态下运行的水泵使用寿命大大降低。

4.2 改造方案

(1)在原开式回收系统排汽端加装软水雾化喷淋装置,利用二次蒸汽热能加热软化处理过的低温水,再将高温热水泵送至锅炉除氧器,并加装防汽蚀装置和喷淋监控装置;

(2)喷淋系统采用水泵增压,水泵采用变频控制,结合给水水管的阀门开度,控制喷淋流量及喷水雾化压力。

(3)采取电液感应开关来控制水泵电机的起停,当集水罐到达水位上限值时,电机开始工作,当集水罐的水下降到下限水位时电机停止工作;

(4)控制回路采用 PLC控制,在锅炉房保留手动控制功能。将冷凝水的温度、压力信号等及报警输送到控制室,实现多状态值守,自动运行。

4.3 预期节能效益分析

根据动力能源统计数据,原开式系统冷凝水热能回收值为918KJ/万支,改造后冷凝水热能回收值为2573KJ/万支,全年可增加回收热能约为2.24×109KJ;标准状态下天然气的发热量为8500 kcal/m3（35700kJ/m3）,即年节约天然气V＝Q/β=2.24×109÷35530=63045m3;天然气价为5.4元/m3,年节约天然气费用M＝V*5.4=63045×5.4=340445元,即年节约能耗费用约34万元。

5、结语

随着能源的短缺和价格的日益上涨,节能工作变得越来越重要。蒸汽动力系统中冷凝水含丰富的余热,节能潜力巨大,应该把冷凝水回收作为一项重要的节能措施在全社会大力推广,充分发挥冷凝水回收的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]刘正斋.密闭式冷凝水回收技术的应用研究[D].大连:大连理工大学,2006.

[2]江泽民.对中国能源问题的思考[J].中国能源,2008,30(4):5-19.

[3]刘军.几种蒸汽凝结水回收方法[J].山西能源与节能,2001,(3):31-32.

[4]赵书平.密闭式冷凝水回收技术及应用[R].郑州:石油和化工热力节能技术交流会,2007.

[5]沈鸿,高振平.密闭式冷凝水回收系统的应用与探讨[J].机械工程师,2007,(4):161-162.