蒸汽冷凝水閉式回收系統在工業中的應用
浦占鋒  沈炳耘  肖松

（內蒙古工業大學能源動力工程學院 內蒙古呼和浩特 ０１００５１）
     摘要：介紹蒸汽冷凝水回收系統的方式和特點， 在此基礎上對閉式回收系統的設備投資和經濟效益進行分析， 并以某啤酒廠的實例證明此系統的可行性， 表明蒸汽冷凝水的回收具有顯著的節能效果。
     關鍵詞： 蒸汽冷凝水 閉式回收系統 節能 經濟效益
    中圖分類號： ＴＫ０１９   文獻標識碼： Ａ   文章編號： １６７２－ ９０６４（２００６）０４－ ００６９－ ０２
     在工業生產中， 蒸汽作為一種用途極為廣泛的能源與很多企業有著不可分割的聯系。大量的工業用水和以煤炭為主的能源被用來產生蒸汽， 蒸汽的熱力又被用來實現工業生產工藝過程。而蒸汽釋放出部分熱能后生成的冷凝水往往被直排。這是因為要提高蒸汽使用設備的生產效率， 即加熱效率，就必須盡快把傳熱效率低的冷凝水從蒸汽中排出去。蒸汽在各用汽設備中放出汽化潛熱后， 變成同溫同壓下的飽和冷凝水， 如果未受污染， 冷凝水近于純凈的蒸餾水， 可以直接作為鍋爐給水。一般來說， 飽和冷凝水平均具有蒸汽熱能的 ２０％左右， 如不回收， 不但損失熱能， 還將增加化學水處理費用，增加鍋爐排污量及由此增加的熱損失。但長期以來， 很多企業的冷凝水回收率很低， 造成熱能和水資源的巨大浪費， 其主要原因就是沒有很好地解決高溫冷凝水的泵送汽蝕問題，回收系統多采用開放式， 閃蒸降溫的損失十分嚴重。因此大量回收冷凝水是一項重要的節能措施， 若采用有效、合理的冷凝水回收系統， 將為企業帶來可觀的效益。
    １ 冷凝水回收系統特點
     一般來說， 冷凝水回收系統可分為開式回收系統和閉式回收系統兩大類。
    １．１ 開式回收系統
     開式回收系統是工業企業沿用很久的一種蒸汽冷凝水回收方法， 其特點是在凝結水的回收和利用過程中， 回收管路的一端是向大氣敞開的， 通常是凝結水的集水箱敞開于大氣。當凝結水的壓力較低， 靠自壓不能到達再利用場所時， 可利用泵對凝結水進行壓送。這種系統的優點是設備簡單， 操作方便， 初始投資小； 但是系統所得的經濟效益差， 且由于凝結水直接與大氣接觸， 凝結水中的溶氧濃度提高， 易產生設備腐蝕。其工藝流程圖如圖 １。
    １．２ 閉式回收系統
    閉式回收系統是凝結水集水箱以及所有管路都處于恒定的正壓下， 系統是封閉的。該系統以噴射技術為核心， 有效解決了高溫冷凝水的泵送汽蝕問題。系統中凝結水所具有的能量大部分通過一定的回收設備直接回收到鍋爐里， 凝結水的回收溫度僅喪失在管網降溫部分。由于封閉， 水質有保證，減少了回收進鍋爐的水處理費用。其優點是凝結水回收的經濟效益好， 設備的工作壽命長。其工藝流程圖如圖２。
                    
                    
     通過對上述兩種回收系統的分析， 可以看出閉式回收系統相對于開式回收系統， 節能效率更高， 環境污染更少， 所以在企業冷凝水回收項目中被優先考慮和采用。
    ２ 閉式冷凝水回收系統的設備投資及經濟效益分析
    ２．１ 系統的設備投資
     冷凝水閉式回收系統的設備投資體現在 ４ 部分：
     （１）用汽設備的疏水器改造。對已有的疏水器應用較好則保留， 若應用效果較差的則更換。
    （２）管網及其防腐保溫。對已有的管網， 設計不合理、水擊和汽蝕嚴重的予以改進。以前沒有的重新設計， 可根據疏水阻力情況和廠區設施要求進行架空或走地溝。
    （３）回收泵站。根據廠區和設備條件， 選擇分站和總泵系統， 對已有開式系統， 可對原有水泵應用防汽蝕技術， 并相應改進控制系統。
     （４）技術服務和工程施工費用。
     費用累計為全部工程投資， 由于涉及原有工程情況， 因此投資情況需要必要的現場考察和進行可行性分析論證。
    ２．２ 系統的經濟效益分析
     閉式回收系統的實施應用， 節能效益的體現針對以前狀況是個對比值。若以前為開式回收系統則和開式系統對比，若以前有部分利用， 諸如采暖或其它用熱， 則扣除這部分用熱量， 一般從以下幾個方面分析：
     （１）用汽設備漏氣量的減少。它綜合了疏水器功能、系統設計參數等， 需要進行前后對比測試。實際節能值應按企業生產蒸汽價值折算。
    （２）提高利用回收冷凝水溫度。它可與開式回收系統的回收溫度對比， 也可與原鍋爐上水溫度對比， 并加上鍋爐給水減少量的價值。一般按實物煤計算。
     （３）節水及軟化水價值。綜合水價及水處理分析計算。
     （４）社會效益和間接效益分析。社會效益包括閉式系統減少了跑、冒、滴、漏， 減少了煙塵及廢水排放等產生的污染。間接效益包括給水溫度的提高， 單位時間內鍋爐產汽量增加， 蒸汽的閉式循環， 保證了鍋爐供給壓力穩定等。
    ３ 實例應用
    ３．１ 企業現狀
     呼和浩特市塞北星啤酒廠是一家年產啤酒 ９ 萬 ｔ 的中型企業， 該廠現有鍋爐 ３ 臺， 其中 ２ 臺 １０ｔ／ｈ， ｌ 臺 ６ｔ／ｈ。生產的蒸汽壓力為 ０．８ＭＰａ， 企業主要用汽設備為糊化鍋、糖化鍋、煮沸鍋， 使用的蒸汽壓力為 ０．４ＭＰａ。煮沸鍋原有一套冷凝水回收系統， 相當于開式回收系統。
    ３．２ 企業存在的問題
    （１）冷凝水熱量的損失。冷凝水是高品位的飽和水， 其所含熱量約占蒸汽所含熱量的 ２０％左右。現在煮沸鍋加熱后產生的冷凝水回收到冷凝水罐中， 產生的二次閃蒸汽排空， 水溫降低后由臥式普通清水泵輸送回鍋爐房。
    （２）糊化鍋、糖化鍋的冷凝水直接排入地溝。糊化鍋、糖化鍋冷凝水直接排入地溝同樣損失了大量熱量和高品質的軟化水， 并且大量的熱氣散發在車間內， 造成了車間內到處“下雨”， 給車間的設備、建筑、衛生、電器形成了很大安全問題。
    ３．３ 解決方案
     （１） 將原有開式回收系統改為閉式回收系統， 通過對水泵加裝防汽蝕裝置解決水泵汽蝕問題， 定壓產生的二次閃蒸汽用于加熱生活用水。
     （２） 回收泵站采用自動控制， 取集水罐的一個區間設為上水位限和下水位限， 當水位達到上水位限時， 水泵自動開始運行輸送冷凝水到除氧器， 當水位降到下水位限時， 水泵自動停止。工藝流程圖如圖 ３。
    ３．４ 節能效益分析
     原始數據： 冷凝水量 ７．０ｔ／ｈ； 煤的熱值 ２２１９０ｋＪ／ｋｇ； 鍋爐效率 ８０％； 煤價 ２２０ 元 ／ｔ； 水價 ３．３ 元 ／ｔ； ０．３ＭＰａ 的冷凝水的焓值 ｉ＝６１３ｋＪ／ｋｇ； 年生產時間 １２３０ｈ／ａ， 蒸汽價格 １１０ 元 ／ｔ；
                        
     給水溫度 ｔ＝１１℃； 疏水閥漏汽率按 ５％計算。
    （１）閉式回收每年節約的煤量： Ｂ＝２６９ｔ／ａ。
    （２）年節約煤的價值： Ｃ１＝５９１８０ 元 ／ａ。
    （３）年節約軟化水的價值： Ｃ２＝２８４１３ 元 ／ａ。
    （４）年減少疏水閥漏汽的價值： Ｃ３＝４７３５５ 元 ／ａ。
    （５）年節約總價值： Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＝１３４９４８ 元 ／ａ。
    注： 廠家已回收 ３０％冷凝水， 故改造后節約總價值為：Ｃ ＝９４４６４ 元 ／ａ； 增加的用電量與減輕鍋爐負荷， 雙方互總抵。
     ３．５ 改造費用
     系統改造的總費用為 ４．３６ 萬元， 所需設備詳見表 １。
                                     表１系統改造所需設備
             
    ３．６ 投資回收期
    Ｔ＝６ 個月
    ４ 結束語
     冷凝水回收作為一種重要的節能措施將會被越來越重視。若企業都采用閉式回收系統大量回收冷凝水， 定會顯著提高整個熱力系統的效率， 節約電、煤及水處理費用，對企業的節能降耗， 提高經濟效益有顯著的作用。
     參考文獻
    １ 王健．蒸汽冷凝水回收綜述．區域供熱， ２００４（１）
    ２ 魏傳東．工業回收冷凝水泵防汽蝕改造．全國化工熱工設計技術中心站年會論文集，８９～９４
    ３ 李正厚．啤酒行業蒸汽冷凝水的回收與應用．應用能源技術， １９９９（３）
    ４ 候輝．凝結水回收和利用．北京： 機械工業出版社， １９８６．１９１～１９７
    ５ （ 日） 高田敏則， 平正登．凝結水回收和利用．北京： 機械工業出版社，１９９２
    ６ 邱信立， 廉樂明， 李力能．工程熱力學．北京： 中國建筑工業出版社，１９９２