蘇州天露環(huán)保科技有限公司
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簡(jiǎn)析工業(yè)蒸汽冷凝水回收
2020-6-4 閱讀(2607)
蒸汽作為一種清潔、優(yōu)良、安全的熱量載體被廣泛用于工業(yè)制造的各個(gè)行業(yè),如食品、飲料、啤酒、制藥、煙草、化工、酒店和醫(yī)院等。它除了具有安全、便于產(chǎn)生、輸送和控制的特點(diǎn)外,重要的是相比于其它工業(yè)介質(zhì)其釋放熱量更加出色。用汽設(shè)備釋放的汽化潛熱,變?yōu)榻跬瑴赝瑝合碌娘柡湍Y(jié)水,由于蒸汽的使用壓力大于大氣壓力,所以凝結(jié)水所具有的熱量可達(dá)蒸發(fā)焓的25%,一般占蒸汽總熱量的20~30%左右,有些特種設(shè)備可高達(dá)40%。若能將高溫冷凝水作為鍋爐補(bǔ)給水循環(huán)使用或二次閃蒸汽利用,不僅可節(jié)約工業(yè)用水,而且會(huì)節(jié)約大量燃料。這樣,鍋爐在生產(chǎn)同樣量的蒸汽時(shí),就可節(jié)約30~40%的燃料和20%左右的鍋爐原水且降低水處理費(fèi)用、減少鍋爐煙氣的排放量,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
1、冷凝水的性質(zhì)及相變過程
蒸汽熱能是由顯熱和潛熱兩部分組成。蒸汽釋放潛熱和少量顯熱后便被還原為高溫冷凝水。冷凝水是飽和高溫軟化水,其熱能價(jià)值占蒸汽熱能價(jià)值的25%左右,并且其又是潔凈蒸餾水,適合重新為鍋爐供水,回收再利用價(jià)值為16~25元/噸。因此,非常有必要采取有效回收系統(tǒng),盡可能的回收熱能和軟化水,這樣不但可以節(jié)能降耗,而且可以消除因二次閃蒸汽的排放而對(duì)廠區(qū)環(huán)境造成污染,無論在經(jīng)濟(jì)效益方面還是社會(huì)效益方面都具有十分重要的意義。
飽和蒸汽在進(jìn)行傳遞熱量時(shí),發(fā)生相變,由汽變?yōu)樗瑫r(shí)釋放大量潛熱,這是一個(gè)等溫冷凝的過程。例如,設(shè)備用汽壓力為4bar時(shí),對(duì)應(yīng)的蒸汽溫度為151℃,在釋放潛熱結(jié)束之后,冷凝水的溫度同樣為151℃。如果此時(shí)采用閉式回收,選擇的疏水器是在飽和點(diǎn)排放冷凝水,高溫冷凝水(151℃)將直接通過疏水器進(jìn)入回收系統(tǒng)。如果采用開式回收系統(tǒng),則回收系統(tǒng)壓力為大氣壓力,大氣壓下水的溫度為100℃,因此冷凝水中多余的熱量會(huì)使一部分水再次蒸發(fā),產(chǎn)生二次蒸汽,不但造成環(huán)境污染,而且降低冷凝水的回收溫度。
2、冷凝水回收方式的選擇
回收方式和回收設(shè)備的選用是冷凝水回收能否達(dá)到預(yù)期目的至關(guān)重要一步。首先,必須準(zhǔn)確掌握回收系統(tǒng)中的冷凝水量,若水量計(jì)算不準(zhǔn)確,便會(huì)導(dǎo)致冷凝水回收管徑選擇不當(dāng),造成不必要的浪費(fèi)。其次,要準(zhǔn)確掌握冷凝水壓力和溫度,回收系統(tǒng)采用何種方式、何種設(shè)備、如何布置管網(wǎng)都與冷凝水的壓力及溫度息息相關(guān)。冷凝水回收系統(tǒng)疏水閥的選擇也是應(yīng)該注意的內(nèi)容,不妥的疏水閥選型會(huì)影響冷凝水的壓力和溫度,進(jìn)而影響整個(gè)回收系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3、開式冷凝水回收系統(tǒng)與閉式冷凝水回收系統(tǒng)的性能比較
3.1開式冷凝水回收系統(tǒng)的缺點(diǎn)
3.1.1 為了減輕氣蝕危害,開式冷凝水回收系統(tǒng)通常將冷凝水溫度降到75℃左右,而這需要飽和冷凝水在大氣壓下二次閃蒸,造成能量損失,進(jìn)而導(dǎo)致蒸汽熱源利用率不足60%,而且二次閃蒸會(huì)使周邊環(huán)境霧氣彌漫,排放的廢氣對(duì)水資源、設(shè)備和環(huán)境資源都會(huì)造成二次污染或損壞。
3.1.2 高溫冷凝水具有很高的脫鹽度,是理想的鍋爐補(bǔ)給水,在不回收或開式回收中卻以二次蒸汽的形式白白浪費(fèi)。在鍋爐運(yùn)行時(shí),一方面為了保持蒸汽品質(zhì)良好,防止受熱面結(jié)垢,必須對(duì)鍋爐進(jìn)行適當(dāng)排污。另一方面,鍋爐排污越多,造成熱能、給水和藥劑的損失就越多。若用開放式冷凝水回收系統(tǒng)回收純凈、雜質(zhì)含量極低的凝結(jié)水,對(duì)鍋爐來說,凝結(jié)水回收率低,雜質(zhì)含量可增加3~5倍,由此可增加鍋爐排污量。
3.1.3 根據(jù)水中氧含量與溫度和壓力的關(guān)系,常壓下,水溫升高60℃,含氧量可降低66%~80%,能夠顯著減少鍋爐的氧腐蝕。若選用開放式回收系統(tǒng)回收冷凝水,冷凝水與大氣接觸后會(huì)再次遭到污染,氧氣的再次溶入會(huì)導(dǎo)致管路系統(tǒng)內(nèi)外腐蝕及電導(dǎo)率的變化,縮短設(shè)備使用壽命,降低凝結(jié)水的品質(zhì),甚至使其達(dá)不到脫鹽水的標(biāo)準(zhǔn),喪失了潔凈蒸汽冷凝水的品質(zhì)。
3.1.4無法有效避免水泵氣蝕難題,縮短水泵壽命,影響其他設(shè)備運(yùn)行。
3.2閉式冷凝水回收系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
3.2.1鍋爐補(bǔ)水一般需要采用離子交換軟化處理,對(duì)于堿度較高的原水還需降堿處理。原水硬度越高,水處理費(fèi)用越高。若原水平均硬度以4mmol/L計(jì),則每噸水軟化處理費(fèi)用約2.5元(其中包括再生劑消耗、再生水耗、樹脂損耗及耗電等,而不包括設(shè)備和樹脂等投資、維修及操作人員費(fèi)用)。將蒸汽凝結(jié)水回收后作鍋爐給水,便可減少補(bǔ)給水處理量,不但節(jié)約用水,而且降低水處理費(fèi)用,此外,還可縮小或簡(jiǎn)化補(bǔ)給水處理系統(tǒng),節(jié)省投資。
3.2.2鍋爐運(yùn)行時(shí),水中允許的雜質(zhì)含量被確定后,鍋爐排污率大小則取決于水中雜質(zhì)的含量。對(duì)于工業(yè)鍋爐來說,正常情況下,當(dāng)凝結(jié)水回收作給水時(shí),回收率越高,給水品質(zhì)越好,一般雜質(zhì)含量可降低5~10倍,由此可大大降低鍋爐排污率。對(duì)于加藥處理的鍋爐,利用冷凝水給水時(shí)能顯著降低給水硬度,減少防垢處理的藥劑用量,防止鍋爐結(jié)垢。
3.2.3一般蒸汽冷凝水的溫度較高,在適當(dāng)?shù)谋卮胧┫拢厮疁囟瓤蛇_(dá)60℃或以上,而初始給水溫度只有10℃~25℃,兩者溫度相差50℃左右。因此,用凝結(jié)水給水可大量節(jié)約能源,減少燃料費(fèi)用,尤其對(duì)于燃油、燃?xì)忮仩t來說,獲得的經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。
3.2.4水中的溶解氧是鍋爐運(yùn)行時(shí)發(fā)生腐蝕的主要因素之一。目前較常用的除氧方法為熱力除氧和化學(xué)除氧。在一定壓力下,氧在水中的溶解度隨著水溫升高而降低。冬季鍋爐負(fù)荷較大的情況下,若給水全部為軟化水,無論是熱力除氧還是化學(xué)除氧,效果往往都難以達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。而若利用凝結(jié)水作為鍋爐補(bǔ)水,不但可提高水溫,而且冷凝水中的溶解氧含量較低,可確保給水氧含量達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。
3.2.5閉式回收減少煤炭、天然氣、油的使用量,降低了排放到大氣中的二氧化碳量,有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
4、二次蒸汽回收量分析
運(yùn)行一臺(tái)8t/h鍋爐,汽壓維持在4bar時(shí),對(duì)應(yīng)飽和點(diǎn)溫度為151℃,顯熱為640.7kj/kg,水在0bar時(shí)顯熱為419kj/kg,則過剩的能量為640.7kj/kg-419kj/kg=221.7kj/kg。因?yàn)檫@部分能量不能存在于水中,它便成為新的壓力下蒸發(fā)潛熱的一部分,水吸收這些熱量后進(jìn)行閃蒸,變成二次蒸汽。水在0bar時(shí)潛熱為2257kj/kg,閃蒸率為221.7kj/kg÷2257kj/kg=9.8%,也就是說回收的冷凝水中約有9.8%的水以閃蒸汽的形式存在。若按平均蒸汽耗量6000kg/h,冷凝水回收率為80%,鍋爐每天運(yùn)行16小時(shí),每月工作30天計(jì)算,每年可利用的的閃蒸汽量約4741.7t。按燃?xì)忮仩t蒸汽成本每噸200.00元,僅每年可回收利用二次蒸汽的價(jià)值可達(dá)95萬(wàn)元(4741.7t×200.00元=95萬(wàn)元)。這樣二次蒸汽被*回收利用,廠區(qū)內(nèi)沒有了“霧氣籠罩,白煙滾滾”的現(xiàn)象,工作環(huán)境也變得更加舒適美觀。
5、高溫冷凝水的回收量分析
按鍋爐每天運(yùn)行16小時(shí),每月工作30天,運(yùn)行一臺(tái)8t/h鍋爐,每小時(shí)平均蒸汽耗量6000kg/h,按冷凝水回收率為80%等指標(biāo)測(cè)算,每年可節(jié)約費(fèi)用如下:
5.1節(jié)約鍋爐用水費(fèi)
按照回收的冷凝水量為6000kg/h×80%×16h×30天/月×12月=27648t/年,水費(fèi)按2.5元/t計(jì)算,則一年節(jié)省的水費(fèi)為27648t/年×2.5元/t=69120.0元/年。
5.2節(jié)約水處理成本費(fèi)
如冷凝水不回收,則須對(duì)補(bǔ)充自來水進(jìn)行軟化、除氧等處理。將鍋爐水處理的費(fèi)用按2.5元/t計(jì)算,這部分費(fèi)用為27648t/年×2.5元/t=69120.00元/年,由此可見,實(shí)現(xiàn)冷凝水回收,每年節(jié)約軟化水處理費(fèi)69120.00元。
5.3節(jié)約鍋爐燃料費(fèi)
加熱1 kg自來水使之到達(dá)85℃所需的能量為1kg×85℃×4.2 kj/ kg·℃=357kj,按照每年回收27648t冷凝水量進(jìn)行鍋爐補(bǔ)水,將其加熱到85℃所需熱量為357 kj/kg×27648t=9870336000kj。天然氣熱值為35588kj/m3,鍋爐效率80%,則消耗的總?cè)剂蠟?870336000/(0.8×35588) =346687.6 m3/年,天然氣價(jià)格按2.8元/m3計(jì)算,則每年可節(jié)省的天然氣金額為2.8元/m3×346687.6 m3/年= 970725.28元/年。
6、結(jié)論
冷凝水的回收利用與前端用汽設(shè)備有著極其緊密的關(guān)聯(lián),因此要從系統(tǒng)的實(shí)用性、合理性角度進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)。同任何節(jié)能措施一樣,堅(jiān)決避免將節(jié)能改造變成負(fù)擔(dān)。要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的節(jié)能收益,在短時(shí)間內(nèi)收回投資成本,就需要有成熟完善的方案和高品質(zhì)的設(shè)備為保障。另外、冷凝水回收是蒸汽系統(tǒng)節(jié)能的重要內(nèi)容,也是蒸汽投資回收潛力巨大的部分之一。隨著工業(yè)生產(chǎn)水平的提高和環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)等因素的影響,國(guó)家已將其列為強(qiáng)制改造項(xiàng)目。