高溫凝結(jié)水閉式回收工藝的節(jié)能減霾效益評(píng)估

姚朝飛

摘 要：在以蒸汽為熱媒的生產(chǎn)、生活供熱系統(tǒng)中，密閉式凝結(jié)水回收裝置回收高溫飽和凝結(jié)水，具有回收效率高、節(jié)能減霾效果顯著，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，高溫凝結(jié)水回收的環(huán)保節(jié)能效益評(píng)估是項(xiàng)目立項(xiàng)、驗(yàn)收的一項(xiàng)重要工作。本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝，講述該工藝節(jié)能、減排的計(jì)算方法，供設(shè)計(jì)院、用戶(hù)在設(shè)備選型時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：高溫凝結(jié)水；回收；節(jié)能減霾；評(píng)估

中圖分類(lèi)號(hào)：TK227 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在市政供熱、電力、石油、化工、造紙及橡膠等高耗能行業(yè)中，大部分生產(chǎn)過(guò)程是采用蒸汽供熱系統(tǒng)進(jìn)行，伴隨生產(chǎn)工藝會(huì)產(chǎn)生大量高溫凝結(jié)水，傳統(tǒng)開(kāi)式凝集水回收，是凝結(jié)水從用熱設(shè)備排出，經(jīng)疏水器進(jìn)入開(kāi)式凝結(jié)水箱，然后經(jīng)凝結(jié)水泵送入熱力除氧器，與軟化水混合除氧后，再經(jīng)給水泵送入鍋爐。

開(kāi)式回收系統(tǒng)回收凝結(jié)水時(shí)，凝結(jié)水在進(jìn)入開(kāi)式凝結(jié)水箱后，因與大氣相同，導(dǎo)致壓力、溫度驟降，凝結(jié)水發(fā)生閃蒸，生成閃蒸汽。閃蒸汽逸入大氣，一方面造成10%～15%凝結(jié)水的損失，另一方面，閃蒸汽帶走了20%～30%凝結(jié)水的熱量，使凝結(jié)水的溫度降低。這種開(kāi)關(guān)凝結(jié)水回收系統(tǒng)，造成凝結(jié)水及其熱能的損失，同時(shí)又增加了CO2，SO2等有害氣體的排放，是造成天空霧霾重要成因。

為了減少傳統(tǒng)開(kāi)式凝結(jié)水回收造成的耗能霧霾影響，取而代之的是密閉式凝結(jié)水回收裝置研發(fā)、應(yīng)用。該裝置通過(guò)引汽噴射泵，擬將生產(chǎn)加熱系統(tǒng)經(jīng)疏水器回收的凝結(jié)水，通過(guò)密閉裝置，全部送入除氧器或鍋爐中，由于對(duì)凝結(jié)水的回收是在密閉系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的，因而實(shí)現(xiàn)了最大程度的節(jié)能。目前，高溫凝結(jié)水回收裝置的環(huán)保節(jié)能評(píng)估是項(xiàng)目立項(xiàng)、驗(yàn)收的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。本文中以長(zhǎng)慶油田某天然氣凈化廠高溫凝結(jié)水回收系統(tǒng)改造為例，介紹密閉式凝結(jié)水回收裝置節(jié)能、減排指標(biāo)量化計(jì)算方法。

1 系統(tǒng)工藝過(guò)程與技術(shù)參數(shù)

1.1 高溫系統(tǒng)改造前工藝流程說(shuō)明

長(zhǎng)慶油田某天然氣凈化廠高溫凝結(jié)水回收系統(tǒng)改造前，凈化區(qū)凝結(jié)水是通過(guò)開(kāi)式水箱進(jìn)行加收。系統(tǒng)高溫凝結(jié)水匯集到汽水分離器（工作壓力為0.20MPa，對(duì)應(yīng)的飽和水溫度為133℃、液體焓值為559.18kJ/kg）后，然后經(jīng)總回水管道進(jìn)入開(kāi)式水箱（工作壓力為0.1MPa，工作溫度大約是70℃，對(duì)應(yīng)的飽和水液化焓值293.1kJ/kg）減壓降溫后，再進(jìn)到高位除氧器（工作溫度104℃，液體焓值435.74kJ/kg）除氧后送入鍋爐（工作溫度大約156℃，汽化熱2099.96kJ/kg）。

由于原系統(tǒng)無(wú)法解決加壓泵的汽蝕、飽和水二次閃蒸蒸汽收集等問(wèn)題，故采取將高溫飽和水送入開(kāi)式凝結(jié)水水箱，將133℃高溫降到70℃低溫，壓力從0.2MPa降至常壓0.1MPa，形成低壓低溫凝結(jié)水，而后同補(bǔ)充的軟化水一起送入除氧器，加熱升溫到104℃并除氧后進(jìn)入鍋爐。此工藝過(guò)程中產(chǎn)生大量的閃蒸汽直排空中，造成大量熱量損失和汽污染，另一方面，回收的凝結(jié)水再次被氧污染，增加了鍋爐水處理成本。

1.2 高溫凝結(jié)水回收系統(tǒng)改造后工藝流程情況說(shuō)明

采用高溫凝結(jié)水閉式回收裝置對(duì)原系統(tǒng)改造升級(jí)后。系統(tǒng)高溫凝結(jié)水匯集到汽水分離器（工作壓力為0.20MPa，對(duì)應(yīng)的飽和水溫度為133℃、液體焓值為559.18kJ/kg）后，經(jīng)總回水管道進(jìn)入工作溫度120℃（對(duì)應(yīng)的飽和水的液體焓值為503.7kJ/kg）閉式回收裝置，133℃的高溫水進(jìn)入閉式回收設(shè)備產(chǎn)生的閃蒸汽，經(jīng)過(guò)引射器抽吸后連同凝結(jié)水用高壓泵送進(jìn)高位除氧器（工作溫度大約104℃，液體焓值435.7kJ/kg）。過(guò)飽和水除氧后再送入鍋爐（工作溫度大約156℃，汽化熱2099.96KJ/kg）。

技改前回收工藝溫度梯降為133℃→70℃→4℃，技改后高溫凝結(jié)水回收工藝溫度梯降為133℃→120℃→104℃。由此可見(jiàn)，凝結(jié)水回收溫度顯著提高。技改后的高溫凝結(jié)水閉式回收工藝流程見(jiàn)圖1。

2 節(jié)能計(jì)算

長(zhǎng)慶油田某天然氣凈化廠供熱中心共有4臺(tái)蒸汽鍋爐，經(jīng)測(cè)試，整個(gè)凈化供熱系統(tǒng)凝結(jié)水平均回水量

G回=30 t/h

經(jīng)測(cè)算，技改前除氧軟化水補(bǔ)水量

G補(bǔ)=10 t/h

技改后為5 t/h。

（1）技改前凝結(jié)水采用開(kāi)式系統(tǒng)回收的熱能損失計(jì)算

凝結(jié)水采用開(kāi)式水箱回收的熱能損失分兩部分：①是凝結(jié)水進(jìn)入開(kāi)式水箱，溫度從133℃降到70℃時(shí)損失的熱能（飽和凝結(jié)水蒸發(fā)量按回水量的16.7%計(jì)），②是開(kāi)式水箱回收的凝結(jié)水及補(bǔ)充的軟化水進(jìn)入熱力除氧器加熱消耗的熱能，回收凝結(jié)水的溫度從70℃～104℃，補(bǔ)充軟化水的溫度從20℃～104℃。

①凝結(jié)水進(jìn)入開(kāi)式水箱的熱能損失

Q損=Q降+Q排=G回·（1-r）（i1-i2）+G回ri1=30×103×（1-16.7%）（559.18-239.1）+30×103×16.7%×559.18=9.45×106 kJ/h

式中：

i1為133℃飽和凝結(jié)水熱焓值。

i2為70℃凝結(jié)水熱焓值。

r為開(kāi)式系統(tǒng)飽和凝結(jié)水蒸發(fā)率。

②開(kāi)式水箱凝結(jié)水、補(bǔ)充軟化水進(jìn)入熱力除氧器消耗的能量

Q耗=Q開(kāi)耗+Q補(bǔ)耗=G回（1-r）（i3-i2）+G補(bǔ)（i3-i4）=G回30×103（1-16.7%）（435.74-293.1）+ G補(bǔ)10×103（435.74-83.7）=7.085×106 kJ/h

式中：

i3為104℃飽和凝結(jié)水熱焓值。

i4為20℃常溫水熱焓值。

r為開(kāi)式系統(tǒng)飽和凝結(jié)水蒸發(fā)率。

③開(kāi)式回收工藝能量總損失

Q開(kāi)損=Q損+Q耗=16.535×106 kJ/h

（2）技改后凝結(jié)水閉式回收系統(tǒng)的能量損失計(jì)算

采用凝結(jié)水閉式回收系統(tǒng)，飽和凝結(jié)水二次閃蒸蒸發(fā)量很少，可忽略不計(jì)。該工藝能量轉(zhuǎn)換分兩個(gè)過(guò)程，一是飽和凝結(jié)水回水進(jìn)入閉式設(shè)備，水溫下降釋放出的熱量，用于補(bǔ)充的5 t/h除氧軟化水升溫用掉大部分熱量，余下熱量形成部分閃蒸蒸汽通過(guò)引射器抽吸進(jìn)行除氧器。二是凝結(jié)水和加熱后的補(bǔ)充水進(jìn)入除氧器，溫度從120℃下降到104℃，此熱量損失是閉式回收工藝唯一能量損失。

Q閉損=（G回+G補(bǔ)）（i5-i3）=（30+5）（503.7-435.74）=35

×103×67.96=2.379×106 kJ/h

式中：

i3為104℃飽和凝結(jié)水熱焓值。

i5為120℃飽和凝結(jié)水熱焓值。

閉式回收系統(tǒng)節(jié)能計(jì)算包括：節(jié)能凝結(jié)水5t/h和節(jié)約能量（兩回收系統(tǒng)損失能量之差），為

Q節(jié)=Q開(kāi)損-Q閉損=16.535×106-2.379×106=14.156×106 kJ/h

3 綜合效益評(píng)估

（1）節(jié)能效益。生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間為8000h，標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格為320元/t，標(biāo)準(zhǔn)煤的當(dāng)量熱值為29400kJ/kg，全年節(jié)能為

Q節(jié)=8000×14.156×106=113.25×109 kJ

全年節(jié)能效益為

（113.25×109÷29400）×（320÷103）≈123萬(wàn)元

（2）節(jié)能率。蒸汽鍋爐工作設(shè)定溫度156℃，對(duì)應(yīng)汽化熱2099.96 kJ/kg，鍋爐出力30t/h蒸汽，總耗能

Q總耗=30×103×2099.96=62.999×106 kJ/h

節(jié)能率為

η能=Q節(jié)/Q總耗=（14.156×106）÷（62.999×106）=22.47%

（3）節(jié)水效益。技改前，系統(tǒng)補(bǔ)水10 t/h，技改后，系統(tǒng)補(bǔ)水5 t/h，每噸軟化水成本按6元/ h計(jì)算，全年節(jié)水效益

5×6×8000=24萬(wàn)元

（4）節(jié)水率。技改前，系統(tǒng)補(bǔ)水10 t/h，技改后，系統(tǒng)補(bǔ)水5 t/h，全年節(jié)水量

5×8000=40000t

節(jié)水率為

η水=5/10=50%。

（5）CO2、SO2減排量。全年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤為

113.25×109÷29400×10-3=3852 t

年減排CO2為

3852×0.7106=2737t

（噸煤燃燒CO2排放系數(shù)為0.7106），年減排SO2（可燃S含量按5%計(jì)）：3852×0.01779=68.5 t；（噸煤燃燒SO2排放綜合系數(shù)為0.01779）。

結(jié)論

通過(guò)密閉式凝結(jié)水回收裝置工藝流程，節(jié)能、減排計(jì)算工作步驟：

（1）確立進(jìn)行節(jié)能、減排量化計(jì)算比較時(shí)所需的工藝方案。

（2）明確工藝流程及主要工藝點(diǎn)工況參數(shù)（流量、壓力、溫度）。

（3）明確飽和凝結(jié)水、補(bǔ)充軟化水對(duì)應(yīng)不同壓力的焓值（非典型焓值按照插入法計(jì)算）。

（4）根據(jù)熱能平衡原理，進(jìn)行熱能變化計(jì)算，確定節(jié)能量。

（5）依據(jù)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量、燃燒排污經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，計(jì)算減排量。據(jù)此得出的節(jié)能、減排指標(biāo)才是有理論根據(jù)的，也才是符合生產(chǎn)實(shí)際的，才能對(duì)節(jié)能減排、治污減霾具有指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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