闭式冷凝水回收技术在工程应用.pdf

中石化勘设协会热工专委会·全国化工热工设计技术中心站2 0 0 7 年年会论文集 闭式冷凝水回收技术在工程中的应用 谢荣生杨洲 ( 新疆时代石油工程有限公司) 摘要：分析了冷凝水的性质及其冷凝水闭式回收技术的特点、原理与应用优势。阐述了目前应用在 各企业中冷凝水回收装置的系统特征和性能特点，并得出本文结论 关键试I ：冷凝水；闭式回收技术；性能；应用优势 我国密闭式冷凝水回收技术的发展，是在2 0 世纪8 0 年代后期，能源问题紧迫之后开 始的，现在主要应用于发电、石油、化工、印染、造纸、轻纺、酿造、橡胶、制陶等行业。 据不完全统计，全国约有4 万多家企事业单位具备成熟的冷凝水回收条件，但到目前为止 仅有0 5 的企业采用了该项技术，因此具有极大的市场潜力及广阔的推广前景。目前， 多数企业在冷凝水回收系统中所面临的问题主要体现在：未能充分合理地利用高温冷凝水； 无法克服严重的汽蚀现象；疏水阀选型失误等。本文将从理论与应用上共同探讨闭式冷凝 水回收技术在工程中的应用 一、冷凝水的性质 ( 一) 热力学特性 蒸汽的热能由显热和潜热两部分组成。通常用汽设备只利用蒸汽的潜热，释放潜热后 的蒸汽还原成同温度的饱和水。但是使用蒸汽压力越高，排放的冷凝水热能价值就越大， 饱和冷凝水输送过程中就存在着不可避免的闪蒸，冷凝水的闪蒸汽并不是压降至大气压时 才发生的，而是降至大气压时闪蒸量最大。闪蒸过程是一种汽水两相共溶状态，并随压力 和温度改变而相互转化，这导致冷凝水回收利用的复杂性。 ( 二) 品质 理论上冷凝水是很好的蒸馏水，最适合重新作为锅炉给水。但是由于用热设备频繁的 蒸汽供停，产生的热应力拉伸等可能导致设备泄漏，从而造成冷凝水混入不纯物质，冷凝 水被污染。冷凝水回收要针对污染状态决定采用何种处理方法，是影响冷凝水污回收的主 要原因。 二、冷凝水闭式回收技术的特点及原理 冷凝水闭式回收技术的原理是：利用冷凝水余压、汽水分离、引流和加压、液位控制 和导流消涡控制二次汽化诱导核心成长等技术，增大水泵入口处冷凝水过冷度，使进入水 生石丝塾量垫金垫工多委会·全国化工热工设计技术中心站2 0 0 7 年年会论文集 泵的冷凝水处于微过冷状态，保障水泵不发生汽蚀。其技术具有以下的特点：闭式回收 冷凝水实现冷凝水二次汽及用热设备疏水阀所漏蒸汽全部闭式回收，既节约了软化水资源， 又节约了热能，降低了生产运行成本；闭式回收冷凝水无二次汽排放，消除热污染； 避免凝结水再次污染及空气中氧的再次溶入，减少管路系统内外腐蚀，延长设备使用寿命。 三、冷凝水闭式回收技术的优点 冷凝水回收是蒸汽热力系统循环中一个重要环节，本身在各方面有很多的优点。 ( 一) 热能价值 蒸汽在各用汽设备中放出汽化潜热后，变为近乎同温同压下的饱和冷凝水，由于蒸汽 的使用压力大于大气压力，所以冷凝水所具有的热量可达蒸汽全热量的2 0 “ - ' 3 0 ，且压 力、温度越高，冷凝水具有的热量就越多，占蒸汽总热量的比例也就越大。如果能够1 0 0 的回收冷凝水的热量，并加以有效利用，则锅炉所需要的燃料可节约2 0 3 0 。而传 统的回收系统造成大量二次闪蒸汽对空排放和疏水阀漏汽，这部分浪费约占冷凝水总量的 5 2 0 ，总热量的2 0 7 0 ： 。( 二j 热能平衡 冷凝水余热的回收，用于热力除氧，减少热力除氧器的新蒸汽使用量，减少了高品位 蒸汽的消耗量；冷凝水回收到锅炉给水箱或直接输入到锅炉汽包可以增加单位时间锅炉产 汽量( 提高锅炉效率) 。一般来说，给水每上升6 “ C ，就可以节省燃料1 ，冷凝水回收有利 于排污量减少，降低排污热损失，提高锅炉热效率。 ( 三) 水平衡 冷凝水做锅炉给水正常补水量，对软化水处理设备，减少软化水处理量，节省软化水 处理费用。传统的回收系统气液两相流形成的水击，使设备和管道剧烈振动，存在不安全 隐患。 ( 四) 环境效益 闭式冷凝水回收技术节约了水资源和能源，除具有显著的经济效益外，还可以减少温 室气体、S 0 2 、N a H O 等有害物的排放量，减轻原来由水蒸汽和粉尘结合物对设备和建筑物 的腐蚀，改善周围环境，美化树木草坪，便于人员正常通行。此项技术在氧化铝行业中有 很大推广应用价值。传统的回收系统由于闪蒸汽的排放，使得冬天热雾弥漫，夏季热浪逼 人，既对环境造成严重的热污染，又可能烫伤人员，存在安全隐患；同时回收的冷凝水受 到氧气、二氧化碳及其他杂质的污染，增加后续处理费用。 四、闭式冷凝水回收技术的应用 ( 一) 密闭式冷凝水回收技术在发电行业中的应用 能源是发展国民经济的关键，热力发电厂都以某种热力循环为基础，它的生产过程实 质上就是将燃料中的化学能经过一系列能量转换，最终转变为电能。在能量转换过程中总 是有数量不等、原因不同的各项热损失，有的损失是无法避免的，而有的损失则是可以通 过对热力系统进行技术改造来弥补的。南京化工厂t l 备电站对汽轮机汽封加热器蒸汽冷凝 水进行回收利用。他们在汽轮机轴伸出汽缸的两端处以及自动主汽门、调速汽门和旋转隔 板等地方，为了避免转动部件与静止部件的摩擦、碰撞，必须留有适当的间隙，由于这些 间隙的前后都有压力差存在，所以通过这些间隙必然要发生漏汽，造成损失。漏汽使汽轮 中石化勘设协会热工专委会·全国化工热工设计技术a e g , 站2 0 0 7 年年会论文集 4 7 机的效率降低，为了减少这些漏汽，确保汽轮机的安全，经济运行，在上述发生漏汽的部 位均装有汽封装置，而汽封加热器其实就是一种表面式热交换器，即将上述漏汽集中起来， 用进除氧器之化学除盐水作冷却水，经过热交换，使漏汽经过冷却后变为冷凝水，水温一 般在8 0 9 0 间，且为合格的化学除盐水。经运行表明，每台机组全年可节约4 5 3 6 0 元， 2 台机组共计近9 万元，还不计双向水费，而这个方案不增设泵、电机和贮罐，仅利用了 近2 0 0 m 的废旧锅炉过热器管经焊接而成 ( 二) 闭式冷凝水回收技术在硫化系统中的应用 在轮胎生产工艺过程中，轮胎硫化工序外压汽会消耗大量的蒸汽。某轮胎厂根据生产 情况，分别做了外压蒸汽冷凝水回收系统的改造。首先，他们摒弃了原有系统单机台硫化 机疏水方式，采用了硫化机台集中疏水方式，在硫化机的冷凝水排水管路上并列安装两台 质量好的疏水阀以集中疏水。该集中疏水阀阀座排水孔径大，不易发生堵塞，同时系统在 正常运行时只有一个疏水阀在工作，如果疏水阀工作情况不良时，较易查出问题，进行检 修。其次，由于冷凝水总回水管道在该厂房管沟内，经集中疏水阀疏出的冷凝水要爬高近 5m ，才能进入安装在地面上的闭式冷凝水回收装置中。冷凝水爬高过程中容易发生汽阻， 影响爬高能力。为解决这一问题，他们在地下冷凝水管道与爬高管道的交界处安装了一台 自力增压器，使冷凝水能够顺利地爬高进入闭式冷凝水回收装置内。该系统正式运行近6 个月来的用汽量与往年同期用汽量比较，闭式凝结水回收技术为其公司带来了较好的经济 效益。与往年同期比，该系统共节约蒸汽69 0 4 t 。该项目投资的l9 万元，在不足4 个月的 时间内全部收回投资。同时，还避免了二次闪蒸汽带走软化水的损失及对大气造成的环境 污染，亦取得了一定的综合效益。 ( 三) 密闭式冷凝水回收技术在橡胶行业的应用 在橡胶市场竞争日益激烈的今天，如何降低能源成本、挖潜增效，已成为橡胶生产厂 家普遍关注的重要课题。轮胎厂的调查结果表明：冷凝水直排，闪蒸汽带走的热量为新蒸 汽热量的l o 左右，带走的水量占冷凝水量的1 0 左右。当疏水阀失灵，旁通战打开时累 计热量损失占新蒸汽热量的4 0 6 0 ，跑冒浪费触目惊心。某橡胶厂对冷凝水回收工程重 新改造并获得成功，其方案是将全厂5 个用汽车间划分为两个回收区，在每个区安装一台 I F - C W 5 闭式冷凝水回收装置；通过J F - Z Y 3 0 0 自力增压器调整靠背压自动爬到地上，进入 J F - C W 5 闭式冷凝水回收装置中，利用背压较高的冷凝水做喷射，将背压较低的冷凝水引射 到J F C W 5 闭式冷凝水回收装置中；对含汽率较高的冷凝水，J F - C W 5 装置上部引出一条蒸 汽管连至I F C W 5 装置下自配的冷凝水泵出口的引射器，利用冷凝水泵输出的冷凝水将部 份闪蒸二次汽和疏水阀漏汽引射走，以减少装置内的压力。由于回收的冷凝水量小于锅炉 的蒸发量，所以还要要补充软化水，补充的软化水进入贮罐吸收闪蒸二次汽，在疏水阀漏 汽后与冷凝水混合，温度达到8 0 以上，供除氧器和锅炉用水。改造后的工程具有以下 特点：( 1 ) 不同压力的各路冷凝水都能用一台装置回收；( 2 ) 没有闪蒸浪费，闪蒸二次汽和疏 水阀漏汽全部回收；( 3 ) 输送高温( 1 4 0 ' C ) 冷凝水，水泵不发生汽蚀。 ( 四) 密闭式冷凝水回收技术在淀粉行业中的应用 淀粉生产工艺中需要大量的蒸汽。蒸汽换热后形成的凝结水，温度高达1 2 0 ，这样 的凝结水蕴含着相当于1 7k g 标准煤的燃烧热，lt 水的软化费用2 元，利用热力方式除氧， I t 水的除氧费用4 元。如何更好地利用这部分热能和高品质的水，已引起越来越多生产企 业的关注。北京君发拓源节能环保技术有限责任公司研制并生产的系统闭式冷凝水装置， 是运用在冷凝水回收系统中的先进装置，其主要特点是：实现了系统的密闭，冷凝水不和 空气接触，保证冷凝水的纯净品质；没有二次f ：, - j 蒸汽的排放，回收的冷凝水温度高：二次 中石化勘设协会热工专委会·全国化工热工设计技术中心站2 0 0 7 年年会论文集 闪蒸汽和疏水阔泄露汽的完全回收，杜绝了厂区内的热污染：消除水泵汽蚀的专利技术保 证了水泵输送高温冷凝水的稳定运行。技改后，冷凝水回收形成闭式系统，无二次排放， 消除安全隐患；高温凝结水和热能全部回收利用；系统全自动运行，运行平稳可靠；在输 送高温凝结水时水泵不发生汽蚀；减轻了管道的氧腐蚀，减少维修费用；不同压力的各 路冷凝水都能用一台装置回收一 ， 总之，冷凝结水进行闭式回收再利用，可以节约燃料1 5 3 0 ，能使企业内部节能降 耗，为企业带来良好的经济效益，同时能挖掘生产潜力，使供热系统达到最佳的工作状况。 此技术值得在企业的供热系统中推广和应用 五、小结 在冷凝水回收技术中，目前还有其他的一些技术，如 ( 1 ) 无疏水阀的热泵式冷凝水回收装置，它是采用蒸汽喷射式热泵，将冷凝水的闪蒸 汽升压，回收利用。在回收汽水的同时将冷凝水的温度降低，解决泵的汽蚀问题； ( 2 ) 设有自动调压装置及汽蚀消除装置等设施的冷凝水回收器，带自增压环的蒸汽回 收压缩杌。 ( 3 ) 国外技术，即利用喷射泵的增压原理等等。随着冷凝水回收装置的普及应用，单 纯的装置和技术的使用并不能达到完善的节能效果，只有根据冷凝水参数、回收的现场条 件等影响因素提出较为合理有效的冷凝水解决方案，才能最终达到系统节能的目的。 参考文献： 【l 】广林供热工程咖北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 1 【2 】郝军扬，张晓新，杨君廷闭武冷凝水回收技术在硫化系统中的应用环保节能与安全2 0 0 3 2 9 【3 】李改平密闭武冷凝水回收技术在淀粉行业中的应用淀粉与淀粉搪2 0 0 2 2 【4 】冯正中，陈贵军密闭式冷凝水回收系统和高温冷凝永回收装置【J 】节能，1 9 9 8 f 5 】D ，R ，索柯洛夫热化与热力M ，北京：机械工业出版社1 9 9 3 【6 】【日1 高田敏则，平正登冷凝水回收与利用北京：机械工业出版社，1 9 9 2 作者简介： 谢荣生，男( 汉族) ，1 9 7 1 年0 4 月2 2 日生，单位：新疆时代石油工程有限公司，注册公用设备工 程师( 暖通) ，从事热能动力及暖通空调专业设计工作电话：1 3 7 0 9 9 6 0 7 7 5 。