飽和蒸汽冷凝水循環利用

李連歡，張少杰

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

天津天鋼聯合特鋼有限公司動力廠飽和蒸汽電發機組是利用煉鋼廠3 座轉爐汽化冷卻系統產生的飽和蒸汽發電，不足部分的蒸汽由廠內20 噸動力鍋爐蒸汽補充。飽和蒸汽發電機為冷凝式機組，汽輪機入口的飽和蒸汽壓力為0.9 Mpa，蒸汽經汽輪機發電做功后由冷凝器凝結成冷凝水，經統計2019 年全年發電機組產生冷凝水產量為260288.7 t，均被用于煉鋼濁環系統補水，沒有按照水的品質加以回收利用，造成了水資源的浪費。冷凝水產生和使用流程圖如圖1 所示。

圖1 冷凝水生產使用流程圖

1 飽和蒸汽發電冷凝水質分析

飽和蒸汽冷凝水化驗結果如表1 所示，其水質接近軟水，若作為軟水回用可節省大量軟水生產成本，并降低軟水裝置運行期間反洗水的外排量。但其PH 偏低，直接使用易造成設備腐蝕，對流管束正常運行有影響[1]。

表1 飽和蒸汽冷凝水與鍋爐軟水水質對比

通過加藥的方式提高冷凝水PH 后，可供20 t鍋爐及煉鋼廠汽化冷卻鍋爐回用，冷凝水循環使用流程如圖2 所示。可以有效節約能源，減少資源浪費，降低生產成本。

圖2 加氨冷凝水循環使用流程圖

2 飽和蒸汽冷凝水PH 調節試驗

2.1 調節PH 方法的確定

調節PH 的方法有很多，如添加氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉等[2]，但這類PH 調節劑堿性較強，對小范圍PH 調節用量很小，不易控制，工況變化即有可能造成調節過量，且殘留的鈉離子，碳酸根離子等對鍋爐運行不利，不予采用。

本實驗采用加氨的方法來提高給水PH 值，減少二氧化碳腐蝕。因為氨具有揮發性，通過加氨處理后多余的氨在進入鍋爐后可以隨蒸汽揮發出來，通過汽輪機后，隨排汽進入凝汽器，因此對水質影響小。同時氨水屬于弱堿，調節PH 緩沖性能好，易于控制不易過量。

氨與水中二氧化碳反應[3]可分為以下兩步：

第一步：NH4OH+H2CO3→NH4HCO3+H2O

第二步：NH4HCO3+NH4OH→（NH4）2CO3+H2O

汽機凝汽器的常見材質為銅或不銹鋼，如果加氨量過大，有氧化物質(例如溶解氧)存在的條件下易發生腐蝕，因此用氨將PH 控制在8.5 以上即可。

2.2 氨水調節PH

向PH 分別為6.46 和7.02 的500 ml 飽和冷凝水樣1 和2 中加入10 ml 25～28%的氨水并攪拌均勻，然后分別取10 ml 繼續用飽和冷凝水進行稀釋，多次稀釋后使氨水濃度達2.5 mg/l，5 mg/l，7.5 mg/l，10 mg/l，并測量水樣1 和2 的PH，其結果如圖3所示。

據圖3 顯示可知，飽和冷凝水中所加氨水濃度越高，其PH 越高。對于原PH 為6.46 冷凝水所加氨水濃度為10 mg/l 時，PH 可以達到8.54，滿足軟水使用需求；冷凝水PH 為7.02 時，加入濃度為5 mg/l的氨水PH 可以達到8.52，滿足軟水使用需求。因此，在實際生產應用過程中，應根據冷凝水的流量以及原冷凝水的PH 調節加氨量，控制冷凝水中氨的濃度，使加氨冷凝水的PH 維持8.5 以上。

3 加氨調節PH 在生產中的應用

實際生產中購置自動加氨裝置，通過減壓閥將液氨從鋼瓶充入裝滿軟水的水箱，充分攪拌后配制成一定濃度的氨水，然后通過計量泵將氨水加入到冷凝水母管中與冷凝水混合提高其PH，利用在線PH 計在加藥點后3 米處取水監測PH，并通過調節計量泵開度控制加氨量，使其PH 能夠滿足使用要求，其工藝流程圖如4 圖所示。

圖4 自動加氨裝置工藝流程圖

3.1 加氨量的確定

配制氨水時將減壓閥壓力控制在0.03 MPa，向1 t 軟水中充液氨15 min，充分攪拌后測得水箱內氨水PH 為11.16，然后通過計量泵送入冷凝水母管道調節冷凝水PH。

在加氨點后3 米處取水監測加氨后水樣PH，觀察PH 計示數，根據水質情況以及PH 計示數變化，可調整計量泵的開度，使PH 維持在8.5 左右，同時監測流量以及未加氨飽和冷凝水PH。不同工況下調節計量泵開度后PH＞8.5 的結果如表2 所示。

由表2 可知，PH 為11.16 的氨水加氨量在15～40 l/h 時，基本可以滿足各工況下冷凝水調節PH＞8.5 的需求。

表2 PH 調節結果記錄表

3.2 應用成果分析

通過加氨中和冷凝水中的二氧化碳，冷凝水堿性增強，PH 可以達到8.5 以上，用作軟水供20 t 鍋爐及煉鋼汽化冷卻使用后實現了飽和冷凝水循環利用。回用軟水并不能滿足全部生產需求，還需軟水站補給一部分軟水混合后使用，測試混合后軟水PH 可以達到7.6 左右，混合軟水汽化后的飽和蒸汽的PH 也隨之提高，測試結果可以達到7.6 左右，較之前由生產用水的軟水PH 有所提高，因此飽和蒸汽冷凝水再次循環后加氨量相比之前進一步減少，使用一段時間后達到平衡。滿負荷運行狀態下，加氨前與加氨運行一段時間后冷凝水PH 隨加氨量變化如圖5 所示。

圖5 加氨量對冷凝水PH 的影響

由圖5 可以看出，加氨冷凝水的PH 隨加氨量的提高而提高，未循環使用加氨冷凝水時其PH 為6.46，當加氨量為40 l/h 時，冷凝水PH 可以達到8.53，滿足軟水使用需求；循環使用加氨冷凝水一段時間后其PH 為7.6，當加氨量為15 l/h 時，冷凝水PH 可以達到8.51，滿足軟水使用需求。因此，實現飽和冷凝水循環利用后，冷凝水和蒸汽PH 均可得到提升，加氨量進一步減小，節約運行成本。

3.3 影響冷凝水加氨后PH 的因素分析

根據理論及實際運行結果可知，隨著冷凝水中加氨量的增加，水中二氧化碳被中和、堿性提高，PH也隨之升高。但由于工況變化，飽和冷凝水流量波動以及PH 的變化對加氨后冷凝水的PH 均有影響。

3.3.1 飽和冷凝水流量的影響

飽和蒸汽發電機組生產運行受季節影響較大，冬季采暖季蒸汽用于采暖，流量較小約為12t/h，非采暖季蒸汽量大，滿負荷運行冷凝水流量可達到約42 t/h，另外由于工況不同飽和冷凝水的流量存在波動，并非定值。當飽和冷凝水流量為12、18、25、32、35、42 t/h 時，調整計量泵開度，加氨量為10、15、20、25、30、35、40 l/h 時，測得冷凝水PH 的變化如圖6 所示。

圖6 冷凝水流量對PH 的影響

由圖6 可以看出，同樣的加氨量下，當冷凝水流量越大，加氨冷凝水的PH 越小。加氨量為10 l/h時，12 t/h 的最小流量下，加氨冷凝水的PH 仍低于8.5，當加氨量為15 l/h 時，加氨冷凝水的PH 才能高于8.5。因此冷凝水流量增加，必須通過提高計量泵開度，增加加氨量才能保持處理后的冷凝水保持PH 在8.5。

3.3.2 飽和冷凝水PH 的影響

由于生產水PH 不穩定，軟水站制備軟水的PH隨之變化，飽和冷凝水的PH 值也存在一定的波動，對水質化驗結果進行統計表明冷凝水PH 處于6～7之間。維持加氨量不變，冷凝水的PH 變化即可引起加氨后冷凝水PH 的變化。針對不同PH 的冷凝水加氨調節后，其PH 結果如圖7 所示。

圖7 原水PH 對冷凝水PH 的影響

由圖7 可以看出，當冷凝水流量為22 t/h，加氨量為25 l/h 時，PH 分別為6.2、6.45、6.68、7 的冷凝水加氨后PH 提高至8.22、8.55、8.92、9；當冷凝水流量為27 t/h，加氨量為30 L/h 時，PH 分別為6.2、6.45、6.68、7 的冷凝水加氨后PH 提高至8.41、8.58、8.73、9.12。保持冷凝水流量及加氨量不變，原水的PH 越高加氨調節后PH 也越高。

4 結論

通過加氨提高冷凝水PH 后作為軟水循環使用，可減少水資源浪費，降低軟水生產成本。生產運行過程中冷凝水流量介于12～42 t/h 之間，加氨量在15～40 l/h 時，基本可以滿足各工況下冷凝水PH＞8.5 的需求。冷凝水的PH 隨加氨量的增加而升高，另外飽和冷凝水流量及其原始PH 對加氨后PH 也有影響。飽和冷凝水流量越高，加氨后冷凝水PH 越低，原水PH 越高，加氨后冷凝水的PH 越高。因此冷凝水加氨量應隨著冷凝水流量的變化和循環回收冷凝水PH 的變化隨時進行調整。