蒸汽冷凝水回收系统改造

蒸汽冷凝水回收系统改造蒸汽的本质是含有很多热量的水，其总热量包括潜热和显热，利用蒸汽加热时，只吸收了蒸汽的潜热，因此当加热设备消耗1t/h的蒸汽，那意味着会产生1t/h的与蒸汽同温同压的冷凝水，这个冷凝水是含有显热这部分能量的，是高温饱和水。若蒸汽压力为5barg，总热量=2756.14KJ/kg，潜热=2085.64KJ/kg，显热=670.50KJ/kg由此看出，这个显热占总热量的24.3%，应该要加以回收利用，冷凝水回收改造的节能潜力远远大于热力系统中的其它环节。外管网蒸汽伴热系统存在的问题,介绍了冷凝水回收系统改造情况以及改造后取得的经济效益,并对尚存问题提出建议.个高效运作的蒸汽冷凝水回收系统，将会提高整个“力”的效率。文章主要介绍通过技术改造蒸汽冷凝水回收系统，以达到更好的节能减排的效果。
一、疏水阀
高温凝结水回收回收系统中，对疏水阀要求较高，除基本的疏水阻汽功能外，还要考虑排水量、背压等问题。
二、回水管网
高温凝结水以饱和状态排出热力设备，回水管道中不可避免的存在闪蒸汽，形成汽液两相流，避免水击和高低压混流是管网设计中的关键问题。
三、回收泵站
回收泵站通常可考虑布置在锅炉房的水处理间或生产设备集中地附近以及锅炉房与用汽设备之间的某一位置。泵站一般可在地面布置，不必设于地下室。整个泵站占地面积约7㎡左右。
回收泵站包括：集水罐、防汽蚀泵组、自动控制系统、闪蒸汽利用系统以及配套阀门仪表等。
1、集水罐
集水罐容积一般为每小时*大冷凝水量的1/3左右。高温凝结水经过疏水阀靠背压汇集到集水罐。集水罐设计为正压运行，从而保证高温凝结水温度大于100℃，同时减少二次蒸汽的产生。集水罐上设置安全阀、液位计、压力调节阀等安全保护装置，还装有液位控制装置以控制罐内水位变化，并控制防汽蚀泵的启停。
2、防汽蚀泵组
本系统为密闭式高温凝结水回收系统。冷凝水为饱和水，为防止水泵发生汽蚀，特设计一套防汽蚀装置。该装置采用喷射增压原理，提高泵入口压力，解决离心泵在泵送高温饱和水时的汽蚀问题，保证水泵在其允许工作温度下安全长期运行。泵组中设自力式压力调节阀、手动调节阀和压力表，调节和监测泵出入口压力。
3、自动控制系统
高温凝结水回收系统的自动控制系统由液位变送器、电控柜和电磁阀组等组成。
（1）电动机控制回路
利用安装在集水罐上的液位变送器，测量罐内水位，当水位达到高点时，电机启动，回收装置开始输送高温凝结水至锅炉或除氧器。当水位降低至低位控制点时，电机停止运行。通过选择开关可使装置处于手动、自动状态。
（2）供水回路
供水回路用于控制高温凝结水的去向，通过电磁阀组可选择向不同锅炉或除氧器供水。
4、闪蒸汽利用系统
为充分利用闪蒸汽热量，减少排放损失，采用喷射增压技术利用高压蒸汽引射闪蒸汽，使其压力升高，供低压用户使用。
闪蒸汽利用系统主要由蒸汽喷射压缩器、压力变送器、控制系统及配套阀门仪表组成。
当用汽负荷变化时，压力变送器将信号送到控制柜中的控制器，控制器经过运算，输出调节信号至蒸汽喷射压缩器的电动调节机构，调节机构自动调节高压蒸汽的进汽量，从而保证喷射器出口的压力稳定。回收系统应设旁路，保证整个系统更加安全可靠。
一、蒸汽冷凝水回收系统改造冷凝水回收的好处
1、节约能源、改善工厂环境、减少碳排放。冷凝水不仅含有一定的热量，而且是非常干净的蒸馏水，很适合用做锅炉给水（软化水）。高效的蒸汽系统应该回收这些冷凝水到除氧器、锅炉给水箱或用于其它制程。只有冷凝水污染后，水才不能回收到锅炉水箱。即使是被污染的冷凝水，也还可以用于其它加热制程，在排放之前应充分利用其所含有的热量。如果不回收再利用这些冷凝水，即不能节约成本，同时也影响环境，如果冷凝水不能回收，就要向锅炉增加冷态补给水，需增加水处理费用、水费和锅炉燃料费用。
2、减少了软化水水量和水处理费用，因为需要补充的冷水量减少了。
3、因为回水温度较高，减少了锅炉燃料消耗；一般来说，给水温度每上升6℃，就可以节省燃料1％。
4、因为冷凝水非常干净，所以减少了锅炉排污，因而降低了能量损失；
5、适应环保要求。目前越来越多的地区，都有严格的限制排放政策，高温冷凝水排放时会伴随着大量闪蒸汽，对大气排放，会破坏环境，可能还有危险隐患。如不符合排放标准，企业可能会被罚款。
二、冷凝水回收方式
1、收集蒸汽设备的冷凝水，返回锅炉给水系统；--如热力除氧。
2、用来预热下游的加热工艺系统；--如纸机的多级利用，还有如取暖、空调加热加湿等。
3、利用闪蒸罐做二级或多级利用；
4、为清洗设备或其他清洗工艺提供热水源；--如硫化机内胎用水，还有纺织印染行业也有大量类似设备。
5、给浴室洗澡用。
三、节能效益计算
1、举例说明，假设工况参数为：主管蒸汽压力Ps=8barg 设备疏水阀前蒸汽压力 Ps=5barg
可提供动力介质压力Pm=8barg，回收管背压约为Pb=1barg （回收高度為：5m， 回收长度约为15m）
设备的*大冷凝水排量为5000kg/h，由一条DN80的冷凝水回收管接入储水槽。
要求：利用动力机械泵将冷凝水全部集中回收至锅炉房的水箱。
2、 三级燃煤的单价为780元/T，三级燃煤的燃烧值为6308Kcal/kg，锅炉效率按80%考虑，热量=5046Kcal/kg*4.19=21143KJ/kg；
3、 冷凝水回收水温度：85℃，其热值为362 KJ/kg；常温水温度 20℃，其热值为84 KJ/kg。
4、 回收后每单位质量 节约的冷凝水热能 ＝362-84=278 KJ/kg；
5、工厂 年生产时间= 24*300=7200 h，
6、一年可节约的 冷凝水热能H1= 278KJ/kg*5000kg/h*7200h=10008000000KJ；
相当于一年可以节约的煤=10008000000KJ/21143KJ/kg=473348kg
相当于一年可以节约燃煤价值=473.348t*780元/t=369211元=36.9万元
7、1kg煤可以生产8barg蒸汽量=21143KJ/ 2773 KJ/kg =7.6kg
也就是说，生产1t/h蒸汽需要消耗133kg煤。
相当于一年可以节约8barg压力的蒸汽量=473348kg/133kg=3559T
若是外购蒸汽，价格大约为200元/t，相当于一年可节约的蒸汽价值=711800元=71.2万元
备注：以上仅仅计算了热量的节约，还没有计算水本身的成本。
冷凝水回收方式依赖于冷凝水收集区域和回收区域的压力差，当工况为正压差时，依靠疏水阀前端压力的驱动就可以很容易把冷凝水直接回收到集水罐，无需其他特殊设备；当工况为负压差时，则需要使用动力泵来输送冷凝水。因此，选用什么方式回收冷凝水，首先得准确计算疏水阀后的背压。
1、 疏水阀后的背压
冷凝水管每爬升1米产生0.1bar背压，每水平方向流动10米产生0.1bar背压，再加上管道的压力损失，再加上终端集水槽内的压力，若集水槽为开放式，则压力=0，若集水槽为封闭式，则看实际压力表的压力。
若冷凝水是回收到闪蒸罐，则读取闪蒸罐上压力表的压力即可。
还要注意一点，冷凝水管道若选型过小，则压损较大，背压就越高。
2、 疏水阀排水管道布局

A、从设备到疏水阀这一段，管内为冷凝水；疏水阀后排水管和公共回收管，则是汽水混合介质，即冷凝水+闪蒸汽。
因为设备内的压力和疏水阀内的压力相同，冷凝水不会闪蒸成蒸汽。冷凝水是在重力作用下沿管道流到疏水阀的，所以设备冷凝水出口到疏水阀之间，一定要有一定高度，产生重力压差（静水压），即我们常说的水头，这样冷凝水才能从设备排出来。
B、大多数时候疏水阀后冷凝水管道都有提升，但是当设备压力比较低，或者是设备压力本来不低，但是设备前有气动控制阀，当温度达到设定温度时，控制阀会关闭，这是设备内几乎没有压力或压力非常低，所以这些工况则尽量避免后面管道提升，且*好增加前端的设备与疏水阀的高度差。
C、疏水阀后冷凝水提升管道，要接到回收主管的上部而不是底部，若接在底部，可能会出现大量冷凝水回流，产生水锤破坏疏水阀。
3、疏水阀布管建议
A、 疏水阀前排水管尽量缩短，一般建议在1米以内，不要超过2米；否则容易产生“蒸汽綁”问题；
B、 用汽设备冷凝水出口与疏水阀之间的垂直高度一般为10倍管径，10D。
C、 装疏水阀的那一段管道尾部不能往上翘，尽量水平或尾部稍微下压一点点。因为尾部上翘会导致疏水阀泄漏。
4、用泵回收冷凝水
当冷凝水输送距离较远，背压较高时，传统的方法是先将水收集到一个储水罐，再用电动离心泵增加压力，将水打到锅炉房去。但是电泵*大的问题是“汽蚀”和噪音。
离心泵在高速旋转时，会在叶轮的中心区形成一个低压区，把水吸入泵内，同时也有部分高温冷凝水因为压降产生部分闪蒸汽，附着在高速旋转的叶轮上形成蒸汽气泡，随着叶轮旋转，气泡瞬间破裂，这就是我们常说的汽蚀空化，严重损伤叶片和其他内部件，造成泵故障。
因此，建议选用机械式动力泵。
动力机械泵是引入外来动力源（蒸汽或空气），不存在汽蚀问题，也无需用电，所以对一些有防
爆要求的厂区，或没有电源的区域非常合适。
5、冷凝水回收管道选型计算
冷凝水回收管管径，是根据相关压力、冷凝水流量等参数计算出来的。一般设备厂商已经设计好了疏水阀前的管径，疏水阀也选用与管道同口径或稍小口径的，这里举例说明疏水阀后公共回收管口径的计算。
举例：某台或几台设备的蒸汽压力都是6barg，冷凝水排量合计为5t/h，安装了浮球式疏水阀，冷凝水背压为0.5barg，要求计算冷凝水公共回收管应该选多大？
解：首先，我们要知道，疏水阀后回收管内为与蒸汽同温同压的高温饱和水，还有一部分闪蒸汽，是两相流，是汽水混合介质，所以计算管道时，先要考虑冷凝水和闪蒸汽的质量流量比例和体积流量比例，再考虑流速的因素。
A、 确定水和汽的质量流量
当高温冷凝水突然从6barg降到0.5barg时，从《1.3 闪蒸汽》章节中查表得知，有10.33%的冷凝水会变成闪蒸汽，即闪蒸汽质量流量=5000*10.33%=516.5kg/h，剩下的液态冷凝水质量流量=5000-516.5=4483.5kg/h
B、 确定水和汽的体积流量
查蒸汽表得知，0.5barg压力时饱和水的比容=0.00105253 m3/kg，其倒数就是水的密度=950kg/m3，
0.5barg压力时蒸汽的密度为0.84717 kg/m3
由此算出水的体积=4483.5/950=4.72 m3/h
闪蒸汽的体积=516.5/0.84717=609.68 m3/h
蒸汽的体积是水的体积的609.68/4.72=129倍，即蒸汽在管道内占的空间比水占得空间要大得多，在这个管道里，水的体积几乎可以忽略掉，所以接下来计算管径时，应该按照蒸汽管道来考虑，应该按蒸汽流速来计算。
C、 确定冷凝水管径
因为是湿蒸汽，流速只能按15-20m/s来考虑，这里以20m/s计算。
查《8.2 蒸汽管道选型表》得知，0.5barg压力，流速20m/s，闪蒸汽流量516.5kg/h时，应该选用DN100的管道。从下图可看出，DN100的*大流量为559kg/h，所以选用DN100是合适的。