蒸汽凝結(jié)水回收利用探索

黃平原

（樂凱華光印刷科技有限公司，河南南陽 473007）

0 引言

概括蒸汽凝結(jié)水回收利用的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益，介紹兩類蒸汽凝結(jié)水回收利用方法，如蒸汽二次閃蒸、低壓蒸汽凝結(jié)水回收利用，探究蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題，最終提出切實(shí)可行的回水系統(tǒng)改造措施。

1 蒸汽凝結(jié)水回收的意義

蒸汽凝結(jié)水回收的主要目的是控制能源損耗，增大資源利用率。蒸汽凝結(jié)水回收可以充分利用凝結(jié)水自身攜帶的熱能，凝結(jié)水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)符合鍋爐用水水質(zhì)要求，能夠作為鍋爐補(bǔ)給用水，節(jié)約水資源。

（1）減少鍋爐補(bǔ)給水量，降低投資成本。通常情況下，采用鈉離子交換軟化處理工藝對工業(yè)鍋爐的補(bǔ)給水加以處理。由于工業(yè)鍋爐的工作環(huán)境和使用目的不同，采用的補(bǔ)給水處理工藝也各不相同，對pH 值較高即堿性較大的原水來說，應(yīng)采用軟化—降堿處理工藝。由于原水中含有大量的有機(jī)高分子物質(zhì)，所以原水的硬度較高，這在一定程度上增加了水處理投資成本。將蒸汽凝結(jié)水作為鍋爐補(bǔ)給水源，既可以減輕水資源消耗量，又可以降低水處理投資成本。

（2）改善給水品質(zhì)，降低鍋爐排污率。鍋爐排污處理既可以改善蒸汽品質(zhì)，又可以避免管道受熱面因使用時(shí)間過長而結(jié)垢。隨著鍋爐排污量的增加，不可避免地會造成熱量損失和給水損失。而蒸汽凝結(jié)水的回收利用，既可以有效控制熱量流散、彌補(bǔ)熱量損失，又可以增大給水利用率，減少資源浪費(fèi)。

（3）提高給水溫度，控制燃料損耗。在常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，蒸汽凝結(jié)水的溫度多維持在70～100 ℃。經(jīng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)可知，在無蒸汽凝結(jié)水回收時(shí)，工業(yè)鍋爐補(bǔ)給水的水溫只有20 ℃左右；在有蒸汽凝結(jié)水回收時(shí)，工業(yè)鍋爐補(bǔ)給水的水溫可以達(dá)到60～70 ℃?；厥照羝Y(jié)水，并作為工業(yè)鍋爐的補(bǔ)給水源，減少燃料損耗，以此達(dá)到節(jié)能增效的目的。

2 蒸汽凝結(jié)水回收利用的方法

（1）蒸汽二次閃蒸。當(dāng)前，我國在高壓蒸汽回收利用方面主要是使用低壓蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)。反應(yīng)釜是石油、化工、橡膠、農(nóng)藥及食品等加工工藝流程中較為常見的物理或化學(xué)反應(yīng)容器（圖1），能夠滿足加工過程中的加熱、蒸發(fā)和冷卻等多樣化工藝需求。而在多管線伴熱或反應(yīng)釜加熱系統(tǒng)中應(yīng)用低壓蒸汽技術(shù)，若在水體中直接進(jìn)行蒸汽凝結(jié)水的排放，不僅是對水資源的極大浪費(fèi)，還會造成熱量流散。這也與國家所倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保、節(jié)能減排等理念相悖。因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中，企業(yè)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，選擇合理的設(shè)計(jì)方案，對這部分熱量進(jìn)行高效的回收與利用，在低壓緩沖罐內(nèi)倒入凝結(jié)水，以滿足低壓緩沖罐運(yùn)行所需蒸汽，進(jìn)而為制冷機(jī)組提供運(yùn)營所需熱量。

圖1 反應(yīng)釜

（2）低壓蒸汽凝結(jié)水回收利用。蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)分為開放式回收系統(tǒng)與閉式回收系統(tǒng)兩種，主要區(qū)別在于蒸汽凝結(jié)水是否直接與大氣相連通。國內(nèi)工業(yè)發(fā)展現(xiàn)階段，普遍應(yīng)用的是開放式回收系統(tǒng)，但是存在著凝結(jié)水嚴(yán)重浪費(fèi)、二次熱量流散等缺陷；如果管道內(nèi)進(jìn)入空氣，還極容易發(fā)生管件銹蝕。與之相比，閉式回收系統(tǒng)的凝結(jié)水蒸氣較少，熱量損耗量較低，更具有系統(tǒng)優(yōu)勢。此時(shí)，有必要根據(jù)蒸汽的狀態(tài)對凝結(jié)水的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保凝結(jié)水壓力略高于凝結(jié)水罐的壓力，避免產(chǎn)生二次蒸汽。在此過程中，除霧裝置的主要作用是去除蒸汽凝結(jié)水中的雜質(zhì)，再將經(jīng)過凈化處理的高溫蒸汽凝結(jié)水送入到引射器中。由于凝結(jié)器的壓力、蒸汽的溫度不同，形成因熱量交換產(chǎn)生的高壓混合流體。由此，達(dá)到延緩熱量流散，控制能源損耗的目的。

3 回收過程中存在的問題

（1）疏水閥泄漏。在蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的各組件中，疏水閥是其重要組件之一（圖2）。疏水閥的主要作用是提升蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，加強(qiáng)蒸汽凝結(jié)水回收效果，疏水閥的性能在很大程度上決定了用熱設(shè)備的汽耗量。相關(guān)調(diào)查表明，很多凝結(jié)水回收系統(tǒng)中應(yīng)用的疏水閥都存在不足，隨著回收系統(tǒng)使用時(shí)間的延長，疏水閥的性能缺陷進(jìn)一步凸顯，嚴(yán)重情況下，還會導(dǎo)致疏水閥功能失效。一旦疏水閥功能失效，就會使整個(gè)蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)陷入癱瘓狀態(tài)，阻礙水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 圓盤式疏水閥

（2）凝結(jié)水自流。由回收系統(tǒng)的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征可以得出，凝結(jié)水從疏水閥或汽水分離裝置中出來后，需要經(jīng)過很長的距離才能到達(dá)凝結(jié)水回收站，再加上凝結(jié)水自流支線管徑較細(xì)，使得管道系統(tǒng)在壓力不足的情況下出現(xiàn)了低壓凝結(jié)水自流現(xiàn)象。而一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，就會在很大程度上影響低壓凝結(jié)水的回收利用。

（3）凝結(jié)水壓力問題。不同蒸汽設(shè)備的構(gòu)造特征與工況條件不同，蒸汽壓力的需求也有所區(qū)別，不同壓力的凝結(jié)水在匯入回收系統(tǒng)后，將會出現(xiàn)高低壓共網(wǎng)，使得回收系統(tǒng)中出現(xiàn)頂牛情況或水擊情況，嚴(yán)重影響了回收系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定性，不利于系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（4）閃蒸器性能故障。壓力下降會導(dǎo)致蒸汽凝結(jié)水體積膨脹，膨脹后的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其正常體積，而閃蒸體積膨脹會占用大量的管道容積，使蒸汽凝結(jié)水的體積膨脹系數(shù)無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。大多數(shù)疏水閥的凝結(jié)水因壓力阻塞無法正常進(jìn)入管網(wǎng)而直接排放，造成了嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)。由于管道的出口壓力與末端壓力存在較大差異，會在一定程度上增大輸送動(dòng)能，但是由于沿途閃蒸限制了蒸汽凝結(jié)水的流動(dòng)性，極大降低了蒸汽凝結(jié)水的回收效率。

4 蒸汽凝結(jié)水回水系統(tǒng)改造的有利措施

（1）蒸汽冷凝水回水系統(tǒng)改造。蒸汽凝結(jié)水的回收利用成效直接決定了水資源的利用率和熱量的流散率，加強(qiáng)蒸汽凝結(jié)水回水系統(tǒng)改造，增大水資源利用率，降低熱量流散率尤為重要。設(shè)置在線監(jiān)測系統(tǒng)和安裝連鎖保護(hù)裝置，可以全方位動(dòng)態(tài)化監(jiān)控整個(gè)冷凝水的凝結(jié)過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)冷凝水凝結(jié)過程中出現(xiàn)的問題，并采取科學(xué)合理的解決措施。閃蒸形成的凝結(jié)水可以進(jìn)行酸堿度試驗(yàn)和電導(dǎo)率檢測，且閃蒸形成的蒸汽還可以作為除氧器所需的汽源。當(dāng)蒸汽凝結(jié)水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后，超標(biāo)凝結(jié)水通過與除氧器之間補(bǔ)水換熱的方式實(shí)現(xiàn)降溫，經(jīng)過降溫后直接排放入污水系統(tǒng)。

（2）蒸汽凝結(jié)水的高效回收。相關(guān)調(diào)查表明，蒸汽凝結(jié)水管網(wǎng)壓力超標(biāo)，致使凝結(jié)水無法正常進(jìn)入回收系統(tǒng)，這是影響蒸汽凝結(jié)水回收利用率的主要原因。針對此，相關(guān)人員要適當(dāng)增加單位凝結(jié)水壓力，使凝結(jié)水進(jìn)入管網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)蒸汽凝結(jié)水的高效回收利用。換熱器中的凝結(jié)水會進(jìn)入汽水分離器，在增壓設(shè)施的輔助作用下，加快凝結(jié)水的回流速率。若凝結(jié)水水量較大或回流路徑較長，配置增壓設(shè)施是必不可少的。經(jīng)過加壓后的凝結(jié)水流入回收站，經(jīng)過增壓器的作用，繼續(xù)釋放閃蒸汽。當(dāng)凝結(jié)水溫度降低到100 ℃以下，不會出現(xiàn)閃蒸汽排空現(xiàn)象，進(jìn)而降低蒸汽凝結(jié)水熱量流散率，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

（3）蒸汽管道疏水系統(tǒng)改造。疏水閥是蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件，相關(guān)人員需結(jié)合蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的工況條件，選擇對應(yīng)類型的疏水閥。目前，應(yīng)用較為普遍的疏水閥主要包括熱動(dòng)力式疏水閥和倒吊桶式疏水閥兩類。疏水閥具有良好的抗沖擊性能和密封性能，且具有較長的使用壽命，在眾多種類的疏水閥中，倒吊桶式疏水閥的各項(xiàng)功能特征表現(xiàn)尤為突出。倒吊式疏水閥主要的工作原理為：放大可以提起桶的力，在受壓狀態(tài)打開疏水閥的杠桿系統(tǒng)（圖3）。因杠桿系統(tǒng)沒有固定支點(diǎn)，所以不會出現(xiàn)磨損與卡阻情況。同時(shí)，由于桶底為開口狀態(tài)，可以承受水壓，利用一根管線將排汽管與除氧器連接，就可以將蒸汽傳送至新增的管式換熱器。借助常溫除鹽水冷卻蒸汽，并回收蒸汽熱量，除鹽水在經(jīng)過加熱后回收入除氧器以重復(fù)利用。

圖3 倒吊桶式疏水閥

5 結(jié)語

對蒸汽凝結(jié)水進(jìn)行回收與利用可以增大水資源利用率，控制熱量損耗的關(guān)鍵舉措。加大對蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的研究力度，可以實(shí)現(xiàn)蒸汽凝結(jié)水高效安全的回收利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，凝結(jié)水回收系統(tǒng)的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益較高，能夠全面滿足工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)需求和可持續(xù)發(fā)展需求。