[科普中國]-冷凝水回收技術

蒸汽在用汽設備中放出汽化潛熱后，變成冷凝水，經(jīng)疏水器排出。不同用汽設備排放的冷凝水通過回收管網(wǎng)匯集到集水罐中，由冷凝水回收裝置送到鍋爐或其它用熱處，如除氧器等，這就是冷凝水回收技術。

冷凝水回收技術方法冷凝水回收技術的作用在于回收利用冷凝水的熱量（包括閃蒸汽熱量）和軟化水，根據(jù)不同情況可采用不同工藝方式。一般習慣上有開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)之分。1

開式系統(tǒng)該系統(tǒng)冷凝水收集箱是開口式，與大氣相通，由于冷凝水進入收集箱時壓力突然降低，水溫高于該壓力對應的沸點，產(chǎn)生大量二次閃蒸汽，剩余冷凝水溫度大約是100℃。實際上，由于閃蒸散熱或有時為了防止輸送水泵汽蝕而兌入冷水，回收水溫僅在70℃左右。加之開式回收方式會有空氣進入冷凝水回收管道，容易引起管道腐蝕。但開式系統(tǒng)裝置簡單，投資較少。與冷凝水直接排放相比，仍有一定的節(jié)能效果。

閉式系統(tǒng)該系統(tǒng)中冷凝水收集箱是封閉式，系統(tǒng)內冷凝水壓力始終保持高于大氣壓力，使冷凝水水溫低于該壓力下的沸點，冷凝水的熱能得到充分利用。而且閉式系統(tǒng)的冷凝水保持蒸汽原有品質，用于鍋爐給水時，不會增加溶解氧量，也減少了鍋爐補水量，減少了水處理的費用。

冷凝水是否屬于閉式回收，要看系統(tǒng)壓力和大氣壓力之間的關系。若用汽設備使用蒸汽壓力為P1，冷凝水回收集水罐的標定壓力為P2，大氣壓力為P0。當P2越接近于P1時，回收系統(tǒng)閉式程度越高，節(jié)能率越高；反之，P2越接近于P0時，回收系統(tǒng)的密閉程度越差，節(jié)能率越小。顯然，密閉系統(tǒng)評判標準是P0、P1、P2三者的大小關系。當P2=P0時，就不能稱為密閉式回收系統(tǒng)，就變成了開式回收系統(tǒng)。其節(jié)能率和開式系統(tǒng)也就是一樣的。2

冷凝水回收技術的選擇方法按用汽設備使用蒸汽的壓力和溫度選擇回收方法

1）用汽設備疏水壓力小于0.15MPa時，冷凝水可以利用重力自流回收。盡量用集水罐與水泵吸入口的液位差提供防汽蝕壓頭，如果工藝布置不能保證必要的防汽蝕壓頭，要采取專門的防汽蝕裝置。

2）用汽設備疏水壓力在0.15-0.6MPa之間，多數(shù)采用增壓回收方式回收冷凝水。要仔細核算阻力損失，設計集水罐超壓排氣裝置，考慮直接噴淋吸收和增壓回收兩種方式利用超壓排氣。需要選用泵葉輪耐溫150℃的水泵，配置專門的防汽蝕裝置。

3）用汽設備冷凝水壓力大于0.6MPa，采用高壓、中壓回收系統(tǒng)閃蒸汽，閃蒸汽供中壓或低壓用汽設備。閃蒸量小于或等于中低壓熱用戶蒸汽使用量，具有相同使用周期時，可直接利用。無中、低壓熱用戶時，設中壓或低壓熱交換裝置，加熱其它工藝介質， 以達到相同的熱能利用效果。采用噴射熱泵方式，增壓增量利用。

按用汽設備供熱方式選擇負荷穩(wěn)定，耗汽量大的用戶

1）條件

企業(yè)生產(chǎn)工藝要求該類換熱設備開機后即處于一種耗汽量和蒸汽使用壓力均穩(wěn)定的負荷。

2）管網(wǎng)選擇

按余壓回水方式的限定流速和比摩阻原則設計管徑，可不專門設集水罐?；厥展芫W(wǎng)直接接回收裝置。

3）回收裝置選擇

按回收冷凝水流量和冷凝水熱用戶阻力確定冷凝水泵防汽蝕裝置流量和揚程，在裝置吸入管考慮裝設故障時的自動排水功能。

特殊工藝用戶

1）造紙行業(yè)

造紙行業(yè)有多缸紙機和漿機，每個缸有不同的烘干溫度和濕度要求，一臺紙機或漿機可自成一個獨立的熱能梯級利用系統(tǒng)。

設計時要考慮上述因素，將噴射熱泵技術，自控技術和冷凝水回收技術結合起來，以設計最理想的熱能利用系統(tǒng)。

2）卷煙行業(yè)

卷煙行業(yè)蒸汽使用參數(shù)變化比較大，蒸汽使用有直接加熱和間接加熱兩種方式。可考慮用高壓用汽設備的二次閃蒸汽用于直接加濕或空調采暖等方式，二次閃蒸汽汽量和壓力不足時可用噴射泵引射和增壓。

3）橡膠行業(yè)

用汽設備多，單臺耗汽量小，同期使用系數(shù)大，冷凝水回收需要合理的壓力匹配，才能保證硫化溫度。冷凝水既可做鍋爐供水，又可做硫化機內胎用水。

總之，特殊工藝要有特殊的處理方法，在回收系統(tǒng)上和回收裝置的選配上力求達到最佳的效果。3

按冷凝水用途選擇冷凝水作鍋爐補水

1）冷凝水作鍋爐汽包補水

直接上鍋爐是指將回收裝置出口管接至原鍋爐上水管在省煤器前端的某處（一般應在原上水泵止回閥后端）。由于上水溫度提高，應注意省煤器安全問題，可通過有關計算，確定省煤器出口的溫度，對于非沸騰式省煤器，此溫度應至少低于飽和溫度30℃，對于沸騰式省煤器，省煤器出口溫度應保證汽水混合物的干度≤20%。在鍋爐原給水控制要求不高或無熱力除氧時選擇該方案。

2)冷凝水直接進熱力除氧器

大型鍋爐對上水連續(xù)性和平穩(wěn)性要求很高，這時冷凝水不再直接輸入鍋爐而是進入熱力除氧器，然后由原鍋爐上水系統(tǒng)完成輸入鍋爐的任務。不管是直接上鍋爐還是間接上鍋爐，從安全的角度考慮，還應設置一根當鍋爐或除氧器滿水時供冷凝水排放的管道，此管一般接到軟化水箱中，具有溢流管的性質。冷凝水的這種去向選擇是自動的，一般通過電磁閥，雙回路調節(jié)器等控制閥門來完成。冷凝水作低溫熱源當企業(yè)利用熱電廠供汽，由于回收管網(wǎng)太長等原因無法直接回收到鍋爐房時，或當冷凝水集水罐水質受到二次污染，不能做鍋爐補水時，可作為低溫加熱熱源使用。

1）企業(yè)用于取暖熱源

利用冷凝水的余熱，根據(jù)供熱負荷確定是否需要補充部分軟水（或生水）作采暖循環(huán)用水，根據(jù)余熱量確定供暖面積，可節(jié)省集中供熱費用。

2）用于直接熱水用戶

對于印染、紡織、橡膠、輪胎等企業(yè)，需要大量自用高溫軟化熱水，可利用冷凝水作為高溫熱水用。

3）間接換熱熱源

當冷凝水受到污染無法直接利用時，可考慮間接換熱方式。如加熱工藝用水，采暖循環(huán)水等非飲用水場合。

總之，冷凝水回收的原則是：通過冷凝水回收系統(tǒng)中能量的綜合利用，達到最經(jīng)濟的能量回收利用，保持整個蒸汽熱力系統(tǒng)利用率最高，經(jīng)濟性最好。冷凝水回收中的能量回收實際上有交錯在一起的三種方式：冷凝水所含熱能的回收，閃蒸汽的有效利用，軟化水的回收。

對于高、中壓回收系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設專門的閃蒸裝置，閃蒸汽供低壓用汽設備使用。同時也減少了其余冷凝水的回收難度。如果沒有下一級低壓蒸汽用戶，可以設置熱交換器，加熱其它用途的工藝介質，做到能量的有效利用。在冷凝水回收管網(wǎng)中可以設多級閃蒸裝置，使蒸汽按梯級方式利用。

冷凝水回收裝置中最終的冷凝水一般送回鍋爐重新使用，這樣不僅節(jié)約了熱能，也節(jié)約了軟化水，從而也節(jié)省了水處理的費用。

有時，冷凝水被污染，不能作為軟化水，但是其中的熱能還是應該盡量回收，可以作為低溫加熱熱源使用，如用于取暖，間接加熱熱水或其它工質。

當企業(yè)采用熱電廠供汽時，把冷凝水回收到鍋爐管網(wǎng)太長，或者需要回收的冷凝水數(shù)量太少，不值得設回收管網(wǎng)，也應該把用汽點的冷凝水收集起來，就地利用。

冷凝水回收技術改造對系統(tǒng)的影響大多換熱設備是利用蒸汽的潛熱實現(xiàn)熱能轉換的，這也是冷凝水回收的通常領域。回收技術的使用，增加用汽設備背壓，減少疏水閥工作壓差，若不做相應調整，可能會影響生產(chǎn)，

具體解決辦法如下：

1）對高、中壓用汽設備，通過改變疏水閥的排放口和管網(wǎng)管徑及連接方式，調節(jié)壓差和流量關系直接解決。

2）對低壓用汽設備，通過采用無壓式疏水閥或噴射增壓疏水的回收方式解決。

總之，對用汽設備，回收技術的使用必須改變原有的配置，保證對用汽設備加熱工藝無任何不利影響。

對回收管網(wǎng)的影響

1）對高、低壓冷凝水合流管網(wǎng)，由水力計算確定壓力匹配情況。壓力工況不能保證低壓設備正常回水時，高、低壓管路要分設，采用不同回收裝置，以達到最好的節(jié)能效果。

2）對壓力相差不大的管網(wǎng)，由水力計算確定選取管徑,避免不合理的管徑設計帶來的水擊、汽塞等不良影響。

對有害氣體排放的影響

1）在相同熱負荷條件下，通過冷凝水回收，會降低鍋爐煙塵的排放，利于環(huán)保。

2）冷凝水回收減少因跑、冒、滴、漏對環(huán)境產(chǎn)生的熱污染。

對高溫冷凝水的二次閃蒸汽排放的影響

1）密閉式冷凝水回收系統(tǒng)對二次閃蒸汽要有適合的設計方案，按壓力、流量和品質選擇用途。

2）二次閃蒸汽優(yōu)先選擇工藝簡單且能完全利用的用戶。

3）二次閃蒸汽需排放時，要采用消音、減壓等措施。

對鍋爐熱力除氧的影響

1）冷凝水回收熱量小于鍋爐熱力除氧平衡狀態(tài)熱量時，冷凝水可直接回除氧器。

2）冷凝水進除氧器時一般不與鍋爐供水管同程，而在除氧器殼體上方開口，采用冷凝水均勻進入方式布置，且要設計冷凝水回收系統(tǒng)真空倒灌的預防措施。

3）本著冷凝水優(yōu)先使用原則，原除氧器上水水量應根據(jù)冷凝水回水量下調。

4）對手動控制除氧溫度的除氧器，蒸汽進汽量根據(jù)冷凝水回收量作相應減少、甚至關閉。

對鍋爐水處理設備的影響

1）冷凝水為純凈的軟化水，冷凝水回收量的增加，鍋爐軟化水供應量相應減少。

2）鍋爐軟化水處理設備并非隨回收量的增加而減少，必須保持無冷凝水時的備用狀態(tài)。

3）冷凝水水質要連續(xù)監(jiān)測，一旦水質由于其它因素不符合鍋爐要求，軟化水應立即供給。

4）冷凝水受到常規(guī)污染時，要增加相應的冷凝水處理設備。

對鍋爐運行的影響

1）冷凝水直接進鍋爐汽包時應在省煤器前進入，冷凝水進水溫度和鍋爐汽包內水蒸汽溫度要有40℃以上的溫差。

2）應盡量保證冷凝水先進入鍋爐，同時對于鍋爐輔機系統(tǒng)盡量采用變頻調速控制方式。

3）原鍋爐供水量需根據(jù)冷凝水回收量做相應調整。4

冷凝水回收技術改造的節(jié)能效果、成本和效益節(jié)能效果冷凝水回收是蒸汽熱力系統(tǒng)循環(huán)中的一個重要環(huán)節(jié)，從系統(tǒng)節(jié)能的觀點出發(fā)，冷凝水回收利用的好壞直接影響蒸汽熱力系統(tǒng)總的能源利用效率。這主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）熱能價值：冷凝水具有蒸汽熱能（焓值）的20%左右，相對于一個不回收冷凝水的系統(tǒng)來講，冷凝水回收改造的節(jié)能潛力大于熱力系統(tǒng)中的其它環(huán)節(jié)。

2）工藝平衡：冷凝水回收系統(tǒng)的完善設計可以彌補疏水閥選型不當而造成的用汽設備蒸汽泄漏3%左右，減少高溫飽和水的閃蒸損失5—10%。

3）熱平衡：回收冷凝水余熱用于熱力除氧，減少熱力除氧器的新蒸汽使用量，減少了高品位蒸汽的消耗量；回收冷凝水到鍋爐汽包可以節(jié)省鍋爐燃料，一般來說，給水溫度每上升6℃，就可以節(jié)省燃料1%。冷凝水回收有利于鍋爐排污量減少，降低排污熱損失，提高鍋爐熱效率。

4）水平衡：冷凝水做鍋爐給水可減少軟化水處理量，節(jié)省軟化水處理費用。

技術經(jīng)濟效益項目投資

冷凝水回收新建項目投資由回收管網(wǎng)、回收泵站、自動控制、土建安裝費用等幾部分組成。

冷凝水回收改造項目投資由用汽設備疏水閥選型、回收管網(wǎng)改造、回收泵站改造、自控系統(tǒng)和部分土建改造等費用組成。企業(yè)廠區(qū)半徑，用汽設備數(shù)量，回收管網(wǎng)管徑及數(shù)量，冷凝水壓力等級及流量，冷凝水利用方式及控制方式等決定了項目投資總額。

投資回收期

冷凝水的價值直接體現(xiàn)為熱能價值、冷凝水純凈品質價值和減少排污價值三部分。項目投資雖然因是新建項目和改造項目有所不同，但是冷凝水價值也由于采用動力設備的不同，蒸汽成本也不一樣，以至冷凝水價值也不一樣。以動力設備為燃煤鍋爐為例（燃油和天然氣蒸汽成本更高），蒸汽成本一般為60—90元/噸不等，每噸冷凝水年價值：當設備連續(xù)運行時，每年節(jié)約冷凝水價值10萬元左右；當設備間斷運行時，每年節(jié)約冷凝水價值5萬元左右。運行費用由于冷凝水回收方案因具體情況差別很大，但是冷凝水回收所需的動力消耗與其回收的熱能和軟化水的價值相比要小得多。對冷凝水直接作鍋爐汽包給水的回收系統(tǒng)，回收裝置運行電費可部分抵消鍋爐原給水泵運行電費。對冷凝水作除氧器給水的回收系統(tǒng)，運行費用為回收裝置的冷凝水泵電費。對冷凝水作采暖或其它利用方式時，根據(jù)具體應用作具體熱能分析。

環(huán)境效益和社會效益通過冷凝水節(jié)能技術改造，不僅能帶來良好的節(jié)能效果和客觀的經(jīng)濟效益，也可以產(chǎn)生良好的環(huán)境效益和社會效益。

（1）減少環(huán)境熱污染

冷凝水從用汽設備排入大氣的一瞬間，由于壓力突然降低，產(chǎn)生大量二次閃蒸汽，噴出的高溫冷凝水夾帶閃蒸汽極易燙傷現(xiàn)場操作工。在北方的冬季，由于環(huán)境溫度較低，易形成霧幕，影響行人視線。在夏季，是導致環(huán)境高溫的幫兇。

（2）減少煙塵及有害氣體排放量

余熱的回收伴隨供熱量的減少，對燃煤鍋爐而言，意味著燃煤量減少，煙塵排放減少，其中的有害氣體CO2、SO2相應減少。

（3）提高我國能源利用整體水平

由于蒸汽熱力系統(tǒng)的應用非常普遍，幾乎各種行業(yè)都大量使用。同時冷凝水回收受到具體生產(chǎn)條件和回收技術條件的限制，普遍回收率偏低。因此通過實施冷凝水回收節(jié)能改造可以大幅度提高能源效率，對減輕我國能源需求壓力和環(huán)境壓力都非常重要。4

本詞條內容貢獻者為:

郭亮 - 副教授 - 中國海洋大學