淺議電站鍋爐集中供熱蒸汽凝結水回收循環利用

摘要：甘肅稀土新材料股份有限公司動力車間2臺35t/h中壓循環流化床鍋爐配套2臺汽輪機B33.43/0.785、2臺發電機QF32，年發電2100萬KWh ，年供蒸汽34萬噸。電站鍋爐機組背壓蒸汽主要以生產、生活集中供熱為主，凝結水因公司生產布局和工藝的特殊性，用汽點分散、地勢高差懸殊，不宜回收，化工用汽設備間接換熱凝結水有時被污染，水質不穩定。凝結水回收技術設備不成熟，回收方式不易確定，余熱能否有效利用，凝結水循環利用能否穩定達標作為鍋爐補水等存在疑慮，并且投資大、風險高。2015年甘肅稀土新材料股份有限公司動力車間蒸汽凝結水系統節能技術改造項目成功實施，系統運行節能效果良好，凝結水高效循環利用，借此探討推廣蒸汽凝結水的回收、余熱利用、處理后的循環利用技術，達到節能減排目的。

關鍵詞：電廠凝結水；循環利用；節能減排

1 蒸汽凝結水回收改造循環利用的必要性

甘肅稀土新材料股份有限公司使用蒸汽用途分為蒸汽采暖、熱水采暖、工藝間接換熱（如搪瓷槽、板式換熱器）、直接加熱料液四個方面，存在問題：

1.1 疏水系統泄漏嚴重

多數用汽設備沒有疏水閥、個別疏水閥選型不合理、疏水閥質量不高，檢修不及時，不能發揮疏水閥的作用，導致大量的蒸汽沒有發生相變就從加熱設備中排出，造成蒸汽浪費；同時，泄漏蒸汽進入凝結水系統，使凝結水管網的壓力升高，加大了凝結水回收的難度。

1.2 凝結水和余熱沒有被利用

生產區凝結水雖然大部分回到凝結水回收站，但由于沒有凝結水處理設施和余熱利用設施，凝結水基本被直排，顯熱沒有得到充分利用，造成很大的浪費。

1.3 凝結水的閃蒸汽沒有利用

大多數用汽設備產生的凝結水溫度高于90℃，常壓放散后會產生閃蒸汽，與疏水系統泄漏的新鮮蒸汽一起排放，造成熱能和水的浪費。

正是由于存在以上問題，導致大量的蒸汽和凝結水排放。造成蒸汽利用效率不高，水資源浪費嚴重，節能潛力巨大。

2 蒸汽凝結水回收改造和循環利用的可行性與實施方案

2.1 完善疏水系統

疏水的作用就是要連續的把蒸汽系統中的凝結水、空氣和二氧化碳等不凝性氣體排出到系統之外，同時防止蒸汽泄漏。解決疏水的方法是對各用汽點末端安裝疏水閥，選用機械型倒吊桶式疏水閥。我公司在蒸汽凝結水回收改造中加裝99個疏水閥。疏水系統完善以后，大大減少蒸汽泄漏，為凝結水的回收利用創造條件。疏水系統完善以后，保守計算可以節約蒸汽10%，年減少蒸汽量約3.4萬噸。

2.2 完善凝結水回收系統

2.2.1 凝結水回收站

背壓回收凝結水，管道末端設回水罐，建造4座凝結水回收站。（a）高新區新增1套10t/h撬裝電泵機組含閃蒸汽回收冷凝器，凝結水通過新增管道至動力車間。（b）機修區新增1套5t/h的撬裝電泵機組內設閃蒸汽回收冷凝器，冷源為辦公樓熱水采暖后的回水。凝結水經電泵機組加壓后回收至動力車間。（c）生產車間新增2臺低汽蝕余量泵，新增變頻控制系統和電導監測系統，凝結水經加壓后回收至動力車間。（d）蒸汽采暖、工藝換熱總回收站設1套60t/h撬裝電泵機組和閃蒸汽回收冷凝器。閃蒸汽冷源從公司上水總管線引支管進行冷卻。凝結水首先通過疏水閥后背壓回收至回收站撬裝電泵機組，經電泵機組加壓回收至動力車間換熱處理總站。

2.2.2 采暖系統

公司辦公樓采暖原汽暖改為水暖。將公司辦公樓原蒸汽采暖改為水暖，采暖循環水先與回收至動力車間的凝結水換熱，溫度達不到95℃時，由管式換熱汽蒸汽加熱。該采暖換熱主要利用凝結水的余熱，減少蒸汽加熱。

2.2.3 凝結水處理

凝結水有很高的經濟價值，包括新鮮水、除鹽水和熱值三部分。蒸汽凝結水的再利用最好途徑是進入鍋爐作為補充水使用，以取得最大的節能效益。因此，本次改造對蒸汽凝結水進行除鐵、過濾，達標符合鍋爐給水標準，保證鍋爐機組的安全運行。

在蒸汽凝結水回收改造中，新增1套凝結水精處理除鐵裝置和回收電泵機組。回收到動力車間的凝結水，經四級換熱降溫后，進凝結水精處理除鐵裝置進行精密除鐵。精處理后的凝結水設有水質監控設施，包括電導儀、鐵表、PH計。運行模式為：電導率和鐵均合格時，直接進除鹽水箱；鐵合格而電導率不合格時，精處理后的凝結水進中間水箱后再進混床處理；鐵不合格時，精處理后的凝結水進化水反滲透二級水處理系統；凝結水PH值低時，加氨系統自動加氨調節凝結水PH值。

通過上述工藝流程的處理，可將凝結水中的含鐵量降至50μg/L 以下，解決凝結水存在的含鐵值超標的問題。

2.2.4 凝結水除鐵裝置

包括除鐵過濾器、鋪料箱、鋪料泵、穩流泵及其它系統。兩臺60h/h除鐵過濾器一開一備，保證系統連續運行。

2.2.5 電導監測/顯示/自動切換系統

在可能產生凝結水污染的搪瓷槽出口，設有凝結水電導監測/顯示/自動切換系統，當凝結水電導率值超過正常值時，電導率控制/顯示箱報警并通過電控閥自動切換直排。

3 節能量計算

3.1 凝結水余熱利用

凝結水回收后全部匯集在總換熱和水處理站進行四級余熱利用和除鐵加氨水處理。余熱利用工藝過程是凝結水先與采暖水進行一級換熱，采暖水溫可升至74℃左右，回水溫度可從90℃降至70℃；凝結水二級換熱，加熱鍋爐除氧水，水溫從30℃升至62℃左右，減少鍋爐給水熱力除氧蒸汽耗量，回水溫度降至45℃左右；凝結水三級換熱是加熱化學制水反滲透進水，反滲透進水溫度可從常溫加熱至25～30℃，提高反滲透產水率，回水溫度降至30℃左右；四級換熱是凝結水與設備冷卻循環水換熱，回水溫度降至25℃左右，滿足后序除鐵裝置和混床制水溫度條件。從2015年10月建成運行至2017年2月，凝結水溫度可從90℃降至低于25℃，凝結水的余熱得到了有效的利用，減少各工藝的蒸汽耗量。

3.2 凝結水閃蒸汽的利用

凝結水回收罐閃蒸汽通過管式換熱器進行冷卻，冷源為工業總供水。閃蒸汽的余熱被有效利用，最明顯的效果是：以前各凝結水回收站閃蒸汽帶壓排出，煙霧繚繞，蒸汽浪費很大。通過改造，各回收站回收罐直排管無閃蒸汽排出。

3.3 凝結水的利用

降溫后的回水進行除鐵處理，正常含鐵在10ug/L以下，遠遠低于中壓鍋爐給水含鐵標準50ug/L。除鐵后的凝結水，電導率≤10us/cm，達不到鍋爐給水標準，但凝結水電導率小于反滲透出水電導率20us/cm，水質優于反滲透出水水質。凝結水進化水工藝二級處理系統的中間水箱，經混床的二級處理，達到鍋爐給水要求。通過以上工藝的銜接，一方面節水、節電、降低勞動強度；另一方面延長反滲透膜、混床樹脂、保安過濾器濾芯的使用周期，大大降低維修更換費用，產生綜合效益。

3.4 節能計算

3.4.1 節約蒸汽量

通過凝結水改造前2014年與改造后20152016年度同期比較（兩年公司產品產量和產品結構變化不大），公司生產用汽量的比較，同比蒸汽減少量可視為節約量，估算節約蒸汽為15%。改造前，2014年全年用汽量340000噸，改造后年節約蒸汽： 340000×15%=51000（噸）。0.5MPa、220℃過熱蒸汽對應的焓值為2898KJ/Kg，標準煤熱值為29260KJ/Kg，折合節標準煤為：

51000×2898/29260=5051.2（tce/a）。

3.4.2 冷凝水能量回收

回收率確定：2014年11月至2015年5月底，蒸汽用量286252噸，凝結水回收量為251902噸，凝結水回收率88%。年回收凝結水：改造前，2014年全年全年用氣量340000噸，改造后回收利用凝結水：340000×88%=299200（噸）。凝結水回收后經過換熱水溫由90℃降為15℃，90℃水對應的焓值377.45 KJ/Kg ，15℃水對應的焓，63.554 KJ/Kg。年節能折合標準煤為：

299200×（377.4563.554）/29260 =3210（tce/a）。

3.4.3 回收閃蒸汽余熱利用的節能

閃蒸汽10%，蒸汽利用率50%，閃蒸汽凝結水的回收率為70%，100℃蒸汽變成100℃冷凝水回收能量對應的節標準煤量：水的汽化潛熱為22572KJ/Kg。

299200×10%×50%×70%×2257.2/29260=807.8（tce/a）。

100℃冷凝水變成15℃冷凝水，回收能量對應的節標準煤量：299200×10%×50%×70%×（418.7663.554）/29260=127（tce/a）。

4）凝結水回收的節能量計算。凝結水經過處理后，返回鍋爐循環使用.除氧水綜合能耗為：0.00657（tce/t），則年節能量折合標準煤為：299200×0.00657=1965.7（tce/a）——（等價值）。

5）新增能源消耗計算：凝結水回收總裝機容量為142.2kW，設備工作容量為104.7kW，每年所消耗的電量為52.77萬kWh。電力折標系數按3.35tce/萬kWh計算，則新增能耗折合標準煤：52.77×3.35=176.78（tce/a）

6）節能量為總節能量扣除本身新增能源消耗，約為10985噸標煤。

7）節能效益。通過蒸汽凝結水系統節能技術改造，間接加熱設備節約蒸汽約51000噸，蒸汽價格按100 元/噸蒸汽，降低成本510萬元/年。回收凝結水約299200 噸，折算價格11.64元/噸凝結水，節約成本348.2萬元/年，凝結水系統年運行總成本29.92萬元/年，本項目年節能效益約為828.28萬元。總投資1380萬元，回收期為1.66年。

4 結語

本文通過對甘肅稀土新材料股份有限公司動力車間年供生產生活蒸汽34萬噸冷凝水的回收、余熱利用、回收綜合處理后作為鍋爐補水的循環利用的付諸實施，不僅節水、節能、經濟效益顯著，而且還可減少反滲透+混床二級除鹽水制水成本，延長設備的使用周期，降低崗位員工勞動強度，減少二級除鹽水的廢水和凝結水排放對環境的廢水污染和熱污染。目前，我國在用鍋爐達50多萬臺，每天生產蒸汽百萬噸，如果能充分回收凝結水加以循環利用，必將獲得可觀的效益。對于當下，國家對環保要求嚴，抓得緊，經濟調結構，去產能，企業面臨的壓力不輕。貴公司蒸汽凝結水的回收循環利用成功實踐說明，凝結水回收工藝技術是成熟的，設備是先進的，只要根據本企業的用汽特點，借鑒其他企業成功經驗，因地制宜的設計布局凝結水回收利用處理系統，蒸汽凝結水完全可以循環利用，將為本企業節能減排工作的推進產生巨大的經濟效益和社會效益。

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作者簡介：張國雄，工程師，主要從事能源與動力系統方面的管理和研究工作。