工艺冷凝水回收利用处理研究

彭启勇

（南京天泽节能技术服务有限公司）

蒸汽作为加热工质，广泛应用于发电、石油、化工、印染、制油等领域。然而使用的仅仅是蒸汽的显热和汽化潜热，产生的冷凝水排出，冷凝水中具有的显热几乎全部浪费。蒸汽做功后的冷凝水仍然具有较多的热量，如果将冷凝水中的能量回收利用，将收到很高的节能效益。目前，发达国家的蒸汽冷凝水回收利用效率高达80%，我国的回收效率低于30%，因此加强对冷凝水回收利用的研究极为迫切。

1 冷凝水回收方法

冷凝水的回收，主要是对冷凝水的热量和水进行回收利用。回收蒸汽系统排出的高温冷凝水，可以节约燃料，将冷凝水中的热量进行最大限度地利用。由于生产领域的不同，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，主要归纳为三种：直接利用、间接利用、闪蒸蒸汽利用。

冷凝水的直接利用，一般是将冷凝水供给到锅炉中，或者将其输入到水罐中供后续工段利用。对冷凝水直接利用之前，需要分析水质，保证水质质量满足锅炉给水或工艺要求，否则需要进行净化处理，再考虑利用冷凝水的显热。

冷凝水的间接利用，在化工厂和印染厂较为常见，先利用热交换器回收冷凝水中的热量，加热锅炉给水或其它流体。除了冷凝水被污染采用间接利用外，当冷凝水与最终使用距离较远时，可以设置相应的热量回收工程。

闪蒸蒸汽的利用，是将冷凝水闪蒸为较低压力的蒸汽后加以利用，闪蒸蒸汽的产生与冷凝水量有关，也与闪蒸前后的压力差有关。在利用闪蒸蒸汽之前，必须对回收效益和计划费用进行核算，再充分考虑回收方法。闪蒸蒸汽一般作为工艺中低压的补充蒸汽，或者将蒸汽回收到水罐中供给锅炉，也可以通过冷凝器将冷水喷入蒸汽中，作为热水利用。闪蒸蒸汽的利用方法，需要结合蒸汽的使用情况和经济状况[1]。

完成冷凝水的回收，需要科学的回收系统，一般有开式回收系统和闭式回收系统，不同的回收系统有不同的特点。

开式回收系统将冷凝水回收到锅炉中，储存在给水罐，回收管路的一端并不是密封的，当冷凝水的压力较低时，无法输送到再利用的场所，需要先把冷凝水收集在开式水罐中进行泵送，这类系统一般只需要设置回收管，就可实现回收。冷凝水与大气接触后，氧气的浓度提高，易对设备造成腐蚀。开式回收系统只适用于小型蒸汽供应系统。

闭式回收系统通过回收设备可以直接将高温冷凝水回收进锅炉中，回收效益较高，回收温度可达100℃，且封闭系统可以保证水质，降低一部分净化处理费用，具有较高的经济效益和节能效果。

从广义上讲，蒸汽冷凝水的回收利用包括三部分，即冷凝水的显热利用、冷凝水作纯水的回收利用、冷凝水二次蒸汽的回收利用，这三部分热能占使用蒸汽热能的20～30%，在二次蒸汽的回收中，冷凝水由高压环境排放到低压环境中，一部分冷凝水形成闪蒸，蒸汽热量和冷凝水所含的热量共同决定闪蒸蒸汽的比例，一般而言，闪蒸蒸汽的质量可达高压冷凝水的10～15%，具有较高的节能潜力。

2 闪蒸蒸汽产生条件和回收流程

2.1 饱和蒸汽的热能特点

在一定压力条件下，与水的沸点温度相对应的纯蒸汽称为饱和蒸汽。蒸汽的热能特点如表1所示。

表1 蒸汽的热能特点

饱和蒸汽的热能包括饱和水显热和潜热。将1kg水从0℃加热至沸腾温度所需的热量称为饱和水显热，将1kg沸水转化成蒸汽所需要的能量称为汽化潜热，汽化潜热与1kg蒸汽凝结成为1kg水释放的热量相等。若要计算蒸汽的总热量，只需将饱和水显热和汽化潜热相加即可。

一般而言，饱和蒸汽的换热过程中只对蒸汽的潜热部分进行了利用，显热部分的热量存在于高压冷凝水中。

2.2 闪蒸蒸汽的发生条件

在一定压力条件下，热的冷凝水压力降低，导致部分水分蒸发，此时的蒸汽即为二次蒸汽，当高压水变成低压水的时候，将出现闪蒸蒸汽，但是如果高压水的温度比低压水的饱和温度低，将不会出现闪蒸蒸汽。例如压力为0.68MPa时，1kg冷凝水的饱和温度为159℃，此时冷凝水具有的总能量为671kJ/kg，结合热力学第一定律，高压侧与低压侧冷凝水含有的热量相等，遵守能量守恒定律。因此，低压侧冷凝水含有的总能量也为671kJ/kg，但是压力为0MPa时，冷凝水的热量最多只有419kJ/kg，高压侧与低压侧冷凝水的能量并不相等，多余的热量将使冷凝水形成闪蒸蒸汽。

2.3 闪蒸蒸汽的回收工艺

闪蒸蒸汽回收工艺流程如图1所示。

图1 闪蒸蒸汽回收工艺流程图

根据图1可知，高压蒸汽加热过程中，加热系统内的压力较高，冷凝水换热后含有较多的热量，此时可以对冷凝水进行充分利用，可以讲换热后形成的冷凝水送入闪蒸罐，形成的闪蒸蒸汽进入低压侧，通过低压管道后供用户使用。通常情况下，闪蒸蒸汽的压力较为固定，一般维持在0.15MPa，闪蒸后的冷凝水进入冷凝水水罐之前，需要经过过滤器过滤，水罐中的冷凝水经过换热器加热，利用多级离心泵将其输送到闪蒸罐中进行闪蒸，加热后的冷凝水具有较高的经济效益，温度可以达到150℃左右，含有较高的热能，可达645kJ/kg，进入闪蒸罐进行二次闪蒸后生成的蒸汽可以供用户利用，常在系统中安装高压蒸汽补充管线，提高系统的稳定性，高压蒸汽通过减压阀减压后，输送到低压蒸汽管道中，为了避免蒸汽倒流，一般在低压管道中安装有止回阀[2]。

3 闪蒸蒸汽回收效益分析

3.1 确定蒸汽加热设备中冷凝水含量

结合具体的蒸汽状况、换热面积和介质状况，对加热设备中的冷凝水含量进行计算，如果蒸汽计量系统中存在加热设备，可以根据最大的用汽量来确定冷凝水的含量，一般将最大蒸汽量的60%作为冷凝水量的选择标准。

3.2 计算闪蒸蒸汽量

一般使用的蒸汽压力为1.0MPa，通过换热后压力有所降低，换热后换热器的压力维持在0.85MPa，根据表1可知，0.829MPa下的冷凝水显热为749.27kJ/kg，闪蒸后形成0.15MPa的闪蒸蒸汽，冷凝水的显热为436.64kJ/kg，因此可用下式进行计算：

闪蒸蒸汽量=（Hf1-Hf2）/Hfg2

式中：Hf1表示为初始压力为P1的液体焓，Hf2表示为最终压力为P2的液体焓，Hfg2表示为最终压力为P2的蒸发焓。闪蒸蒸汽含量=（749.27-530.53）/2180.5=10.03%。

闪蒸蒸汽在利用过程中需要对压力进行控制，为了使闪蒸蒸汽维持在一定的压力环境下，必须保证供需同步，供需同步状态下，不需要进行压力控制，在将低压蒸汽用于同一台产生高压冷凝水的设备上时，只需要将闪蒸蒸汽输送到用汽设备上。

实际生产过程中，闪蒸蒸汽的供需不可能总是保持平衡，产量的增加必定导致用汽量产生波动，需要在闪蒸系统中装入安全阀，保证系统压力过高时将剩余的闪蒸蒸汽排出大气，提高设备的安全性，如果系统的用汽量较大，需要安装合适的高压补充管线，利用减压阀将高压蒸汽减压，在将其补充到系统中[3]。

3.3 效益分析

某生产车间基本参数如表2所示。

表2

冷凝水在0.829MPa环境下的热焓值为 749.27kJ/kg，0.14MPa环境下水的显热为530.57kJ/kg。

效益计算如表3所示。

表3

4 结束语

闪蒸蒸汽的质量可达高压冷凝水的10～15%，具有较高的节能潜力，本文通过对冷凝水回收方法的介绍，重点分析了闪蒸蒸汽的回收流程和经济效益。通过分析发现，对冷凝水加以回收利用，具有较高的经济效益，值得推广应用。

[1]杨辉，陈贵军，马庆海，等.浅谈冷凝水回收利用[J].节能技术，2010，29（1）：69.

[2]夏常青.冷凝水回收系统的改进[J].烟草科技，2013，12（4）：19.

[3]邓胜祥，周孑民.冷凝水回收利用技术的应用[J].中国给水排水，2009，25（18）：90.