蒸汽冷凝水的能量吸纳与回收

[摘要]：蒸汽冷凝水水质好,温度高,含有丰富的能量,现利用能量吸纳与回收装置将其回收做锅炉软化水用, 由于独特的设计克服冷凝水二次闪蒸、冷凝水背压、高温气蚀等难题,充分利用了水资源与水中的热能,取得了很好的经济效益,对创建“两型社会”,减少碳排量,具有十分重大的现实意义.

[关键词]：蒸汽冷凝水、能量吸纳、导流、布水、阻流、二级水膜吸热

一、项目概况

蒸汽凝结水的回收与再利用，是企业的一项有效的节能措施。充分利用凝结水可以达到节约能源、降低生产成本、促进环保和合理利用水资源的目的。目前国内蒸汽冷凝水回收设备及方法很多，常见的有 “无泵回收”、“自动泵回收”、“压缩式回收”、“热泵回收”等，但由于存在冷凝水二次闪蒸、冷凝水背压、高温气蚀等难题，使热能及蒸汽凝结水回收利用率低，系统运行不正常，造成能源的白白流失。而我们要介绍的蒸汽冷凝水的能量吸纳与回收装置就是用管道把各用热设备的疏水器连接起来，汇接到一个存储罐中，通过内设特殊设计的布水装置、阻流结构、二级水膜吸热装置等的作用，蒸汽冷凝水经软化水吸热冷却后，用泵送到锅炉补水箱，再通过锅炉原有给水泵送入锅炉。这种回收方式最大的优点是能高效率回收冷凝水，无二次蒸汽排放，彻底解决了水泵在输送高温水时的气蚀难题，能适应各种场合的蒸汽冷凝水回收，系统可动部件少，寿命长，维修量极少，具有很强的实用价值。

二、系统工艺

2.1工艺流程

系统简要工艺流程如下：蒸汽通过用汽设备后释放出潜热，变成了高温冷凝水，经过疏水阀后，汇集到能量吸纳装置，经导流装置、布水装置、阻流结构、二级水膜吸热装置，与加入的低温软化水进行能量的充分混合与吸纳，之后通过水泵将饱含能量的混合水送到锅炉房软化水箱，供锅炉补充用水，从而实现冷凝水及其能量的充分吸纳与回收。

工艺系统简述

能量吸纳与回收装置，主要是吸收闪蒸汽能量及高效凝结水的回收设备。其主要构件包括储水罐体、凝结水导流装置、布水装置、阻流结构、二级水膜吸热装置、水泵等。所述储水罐体存储回收的冷凝水及软化水，储水罐分混合吸能区和恒温存储区。混合吸能区内设置软化水布水装置及阻流结构，前端为凝结水入口，其上部为软化水入口；恒温存储区出口端连接回收泵，恒温存储区上部设置二次水膜吸热装置。

特殊设计的布水装置使得软化水与高温、高压的冷凝水收集到储水罐后突然降压产生的闪蒸汽在混合吸能区充分接触，软化水迅速吸收闪蒸汽能量。而凝结水经导流装置与软化水充分混合后，再通过阻流装置使得其在储水罐内形成跌水，再次充分混合达到各处水温相同的目的。恒温存储区上部安装二级水膜吸热装置，确保能量高效回收。之后通过水泵增压，把混合水回收到锅炉房软化水箱。

主要组成功能模块：

布水装置----由电动调节阀、布水器、喷雾喷嘴等组成，

阻流机构----是由不锈钢板、逆流喷管等组成。

二级水膜吸热装置----由旋流器、不锈钢网板及填料等组成，可充分吸收二次闪蒸热量。

系统控制

本系统的启动、运行、喷淋、停机备用等过程均可由PLC自动控制。同时，系统还设有就地仪表盘和操作盘，在盘上可读出系统的有关工艺参数，以及能在盘上操作相关的水泵和自动阀门。对系统的重要参数如温度、压力、流量、水质等均设有在线检测仪表。

2.4 系统的主要优点

相比传统的凝结水回收的方法与设备, 本系统具有以下优点:

（1）取代原有开式凝结水回收系统，无闪蒸汽排出，无噪音及热污染；

（2）特殊设计的布水装置使得软化水与高温、高压的冷凝水收集到储水罐后突然降压产生的闪蒸汽在混合吸能区充分接触，软化水迅速吸收闪蒸汽能量；

（3）阻流装置使得其在储水罐内形成跌水，再次充分混合达到各处水温相同并保护了电动泵的正常运行的目的；

（4）开发了二次水膜吸热装置，确保能量高效回收；

（5）取代了原有疏水阀泵，该水泵为电动泵，无须蒸汽驱动，无需相应的蒸汽管路及蒸汽阀门配件。水泵可根据顾客情况灵活配置，可选范围广，适用性强；所以基本免维修，维护管理方便。

三、实际运行结果

系统投产两年来,运行良好,各参数均达到了设计要求，取得了很好的经济效益。

以型号为EAR-2460SPR-BJ的设备为例：

设备尺寸：4000（L）×2800(W)×1300(H)mm

质量：≤1500kg

回收能力： 0~24m3/ h

提升高度：0-60m

总消耗功率：6Kw

恒温区控制温度：60±1℃

热能回收率(能量吸纳与回收装置)：99%

管网热能损耗率: 90%

四、经济效益分析

4.1基础资料

冷凝水排放量：20T/H，冷凝水温度850C左右(平均)，

普通软化水温度160C左右(平均)

每吨饱和蒸汽所含的潜热：2260KJ/Kg

现购买蒸汽价格：240元/T

购买自来水价格：2.50元/T

购买工业电价：0.8元/度

4.2 回收到冷凝水中的能量

Q= Cpm tm =20×103×4.1868×(85-16)=5.78×106KJ/H

回收到的能量: 5.78×106×99%×90%=5.15×106 KJ/H

即回收到的热量为5.15×106KJ/H

4.3计算利用冷凝水所节约的动力费用

节约的蒸汽量: Q=5.15×106KJ/H÷2260 KJ/Kg =2.28×103 Kg/H=2.28 T/H

节约蒸汽费用：2.28T/H×200元/T=456.00 元/H

节约自来水费用：2.50元/T×20T/H=50.00 元/H

水质明显优于自来水，又节约了软化水处理的运行、维护及管理费用,完全可抵消能量吸纳与回收装置的维护及管理费用.

共节约费用：456.00+50.00=506.00 元/H

每利用1吨冷凝水可节约费用:506.00÷20=25.3元

4.4 计算年节省费用

运行费用主要为电费：6KW×0.8元/ KW=4.80元/H

则实际节省费用：506.00-4.80=501.20 元/H

全年按实际工作6000小时计(每天24小时,每月22天,全年12个月)

年节省费用为：501.20×6000=300.72×104元=300.72万元.

4.5计算投资回收期

项目投资预算:100万元，

静态投资回收期: 100÷300.72=0.332年≈4个月

五、结语

本系统主要研究了冷凝水收集、冷凝水背压、能量吸纳原理和汽液两相特性等，有效克服了行业中普遍存在的冷凝水二次闪蒸，冷凝水背压和高温气蚀等难题，不仅大大节约了水资源，更很好地利用冷凝水中的热能，工艺独特、性能可靠，投资回收期短，利国利民，值得推广。

【参考文献】：

1. 中国建筑工业出版社,《水工业工程设计手册-水工业工程设备》,2000年3月第一版

2.机械工业出版社《动力管道手册》, 1994年4月

3.王补宣,《热工基础》, 高等教育出版社,1991年3月