彭啟勇

（南京天澤節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司）

蒸汽作為加熱工質(zhì)，廣泛應(yīng)用于發(fā)電、石油、化工、印染、制油等領(lǐng)域。然而使用的僅僅是蒸汽的顯熱和汽化潛熱，產(chǎn)生的冷凝水排出，冷凝水中具有的顯熱幾乎全部浪費。蒸汽做功后的冷凝水仍然具有較多的熱量，如果將冷凝水中的能量回收利用，將收到很高的節(jié)能效益。目前，發(fā)達國家的蒸汽冷凝水回收利用效率高達80%，我國的回收效率低于30%，因此加強對冷凝水回收利用的研究極為迫切。

1 冷凝水回收方法

冷凝水的回收，主要是對冷凝水的熱量和水進行回收利用?；厥照羝到y(tǒng)排出的高溫冷凝水，可以節(jié)約燃料，將冷凝水中的熱量進行最大限度地利用。由于生產(chǎn)領(lǐng)域的不同，冷凝水的利用方法也不同，但冷凝水的回收利用原理是基本相同的，主要歸納為三種：直接利用、間接利用、閃蒸蒸汽利用。

冷凝水的直接利用，一般是將冷凝水供給到鍋爐中，或者將其輸入到水罐中供后續(xù)工段利用。對冷凝水直接利用之前，需要分析水質(zhì)，保證水質(zhì)質(zhì)量滿足鍋爐給水或工藝要求，否則需要進行凈化處理，再考慮利用冷凝水的顯熱。

冷凝水的間接利用，在化工廠和印染廠較為常見，先利用熱交換器回收冷凝水中的熱量，加熱鍋爐給水或其它流體。除了冷凝水被污染采用間接利用外，當(dāng)冷凝水與最終使用距離較遠時，可以設(shè)置相應(yīng)的熱量回收工程。

閃蒸蒸汽的利用，是將冷凝水閃蒸為較低壓力的蒸汽后加以利用，閃蒸蒸汽的產(chǎn)生與冷凝水量有關(guān)，也與閃蒸前后的壓力差有關(guān)。在利用閃蒸蒸汽之前，必須對回收效益和計劃費用進行核算，再充分考慮回收方法。閃蒸蒸汽一般作為工藝中低壓的補充蒸汽，或者將蒸汽回收到水罐中供給鍋爐，也可以通過冷凝器將冷水噴入蒸汽中，作為熱水利用。閃蒸蒸汽的利用方法，需要結(jié)合蒸汽的使用情況和經(jīng)濟狀況[1]。

完成冷凝水的回收，需要科學(xué)的回收系統(tǒng)，一般有開式回收系統(tǒng)和閉式回收系統(tǒng)，不同的回收系統(tǒng)有不同的特點。

開式回收系統(tǒng)將冷凝水回收到鍋爐中，儲存在給水罐，回收管路的一端并不是密封的，當(dāng)冷凝水的壓力較低時，無法輸送到再利用的場所，需要先把冷凝水收集在開式水罐中進行泵送，這類系統(tǒng)一般只需要設(shè)置回收管，就可實現(xiàn)回收。冷凝水與大氣接觸后，氧氣的濃度提高，易對設(shè)備造成腐蝕。開式回收系統(tǒng)只適用于小型蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)。

閉式回收系統(tǒng)通過回收設(shè)備可以直接將高溫冷凝水回收進鍋爐中，回收效益較高，回收溫度可達100℃，且封閉系統(tǒng)可以保證水質(zhì)，降低一部分凈化處理費用，具有較高的經(jīng)濟效益和節(jié)能效果。

從廣義上講，蒸汽冷凝水的回收利用包括三部分，即冷凝水的顯熱利用、冷凝水作純水的回收利用、冷凝水二次蒸汽的回收利用，這三部分熱能占使用蒸汽熱能的20～30%，在二次蒸汽的回收中，冷凝水由高壓環(huán)境排放到低壓環(huán)境中，一部分冷凝水形成閃蒸，蒸汽熱量和冷凝水所含的熱量共同決定閃蒸蒸汽的比例，一般而言，閃蒸蒸汽的質(zhì)量可達高壓冷凝水的10～15%，具有較高的節(jié)能潛力。

2 閃蒸蒸汽產(chǎn)生條件和回收流程

2.1 飽和蒸汽的熱能特點

在一定壓力條件下，與水的沸點溫度相對應(yīng)的純蒸汽稱為飽和蒸汽。蒸汽的熱能特點如表1所示。

表1 蒸汽的熱能特點

飽和蒸汽的熱能包括飽和水顯熱和潛熱。將1kg水從0℃加熱至沸騰溫度所需的熱量稱為飽和水顯熱，將1kg沸水轉(zhuǎn)化成蒸汽所需要的能量稱為汽化潛熱，汽化潛熱與1kg蒸汽凝結(jié)成為1kg水釋放的熱量相等。若要計算蒸汽的總熱量，只需將飽和水顯熱和汽化潛熱相加即可。

一般而言，飽和蒸汽的換熱過程中只對蒸汽的潛熱部分進行了利用，顯熱部分的熱量存在于高壓冷凝水中。

2.2 閃蒸蒸汽的發(fā)生條件

在一定壓力條件下，熱的冷凝水壓力降低，導(dǎo)致部分水分蒸發(fā)，此時的蒸汽即為二次蒸汽，當(dāng)高壓水變成低壓水的時候，將出現(xiàn)閃蒸蒸汽，但是如果高壓水的溫度比低壓水的飽和溫度低，將不會出現(xiàn)閃蒸蒸汽。例如壓力為0.68MPa時，1kg冷凝水的飽和溫度為159℃，此時冷凝水具有的總能量為671kJ/kg，結(jié)合熱力學(xué)第一定律，高壓側(cè)與低壓側(cè)冷凝水含有的熱量相等，遵守能量守恒定律。因此，低壓側(cè)冷凝水含有的總能量也為671kJ/kg，但是壓力為0MPa時，冷凝水的熱量最多只有419kJ/kg，高壓側(cè)與低壓側(cè)冷凝水的能量并不相等，多余的熱量將使冷凝水形成閃蒸蒸汽。

2.3 閃蒸蒸汽的回收工藝

閃蒸蒸汽回收工藝流程如圖1所示。

圖1 閃蒸蒸汽回收工藝流程圖

根據(jù)圖1可知，高壓蒸汽加熱過程中，加熱系統(tǒng)內(nèi)的壓力較高，冷凝水換熱后含有較多的熱量，此時可以對冷凝水進行充分利用，可以講換熱后形成的冷凝水送入閃蒸罐，形成的閃蒸蒸汽進入低壓側(cè)，通過低壓管道后供用戶使用。通常情況下，閃蒸蒸汽的壓力較為固定，一般維持在0.15MPa，閃蒸后的冷凝水進入冷凝水水罐之前，需要經(jīng)過過濾器過濾，水罐中的冷凝水經(jīng)過換熱器加熱，利用多級離心泵將其輸送到閃蒸罐中進行閃蒸，加熱后的冷凝水具有較高的經(jīng)濟效益，溫度可以達到150℃左右，含有較高的熱能，可達645kJ/kg，進入閃蒸罐進行二次閃蒸后生成的蒸汽可以供用戶利用，常在系統(tǒng)中安裝高壓蒸汽補充管線，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，高壓蒸汽通過減壓閥減壓后，輸送到低壓蒸汽管道中，為了避免蒸汽倒流，一般在低壓管道中安裝有止回閥[2]。

3 閃蒸蒸汽回收效益分析

3.1 確定蒸汽加熱設(shè)備中冷凝水含量

結(jié)合具體的蒸汽狀況、換熱面積和介質(zhì)狀況，對加熱設(shè)備中的冷凝水含量進行計算，如果蒸汽計量系統(tǒng)中存在加熱設(shè)備，可以根據(jù)最大的用汽量來確定冷凝水的含量，一般將最大蒸汽量的60%作為冷凝水量的選擇標準。

3.2 計算閃蒸蒸汽量

一般使用的蒸汽壓力為1.0MPa，通過換熱后壓力有所降低，換熱后換熱器的壓力維持在0.85MPa，根據(jù)表1可知，0.829MPa下的冷凝水顯熱為749.27kJ/kg，閃蒸后形成0.15MPa的閃蒸蒸汽，冷凝水的顯熱為436.64kJ/kg，因此可用下式進行計算：

閃蒸蒸汽量=（Hf1-Hf2）/Hfg2

式中：Hf1表示為初始壓力為P1的液體焓，Hf2表示為最終壓力為P2的液體焓，Hfg2表示為最終壓力為P2的蒸發(fā)焓。閃蒸蒸汽含量=（749.27-530.53）/2180.5=10.03%。

閃蒸蒸汽在利用過程中需要對壓力進行控制，為了使閃蒸蒸汽維持在一定的壓力環(huán)境下，必須保證供需同步，供需同步狀態(tài)下，不需要進行壓力控制，在將低壓蒸汽用于同一臺產(chǎn)生高壓冷凝水的設(shè)備上時，只需要將閃蒸蒸汽輸送到用汽設(shè)備上。

實際生產(chǎn)過程中，閃蒸蒸汽的供需不可能總是保持平衡，產(chǎn)量的增加必定導(dǎo)致用汽量產(chǎn)生波動，需要在閃蒸系統(tǒng)中裝入安全閥，保證系統(tǒng)壓力過高時將剩余的閃蒸蒸汽排出大氣，提高設(shè)備的安全性，如果系統(tǒng)的用汽量較大，需要安裝合適的高壓補充管線，利用減壓閥將高壓蒸汽減壓，在將其補充到系統(tǒng)中[3]。

3.3 效益分析

某生產(chǎn)車間基本參數(shù)如表2所示。

表2

冷凝水在0.829MPa環(huán)境下的熱焓值為 749.27kJ/kg，0.14MPa環(huán)境下水的顯熱為530.57kJ/kg。

效益計算如表3所示。

表3

4 結(jié)束語

閃蒸蒸汽的質(zhì)量可達高壓冷凝水的10～15%，具有較高的節(jié)能潛力，本文通過對冷凝水回收方法的介紹，重點分析了閃蒸蒸汽的回收流程和經(jīng)濟效益。通過分析發(fā)現(xiàn)，對冷凝水加以回收利用，具有較高的經(jīng)濟效益，值得推廣應(yīng)用。

[1]楊輝，陳貴軍，馬慶海，等.淺談冷凝水回收利用[J].節(jié)能技術(shù)，2010，29（1）：69.

[2]夏常青.冷凝水回收系統(tǒng)的改進[J].煙草科技，2013，12（4）：19.

[3]鄧勝祥，周孑民.冷凝水回收利用技術(shù)的應(yīng)用[J].中國給水排水，2009，25（18）：90.