饱和蒸汽冷凝水循环利用

李连欢，张少杰

（天津天钢联合特钢有限公司，天津301500）

0 引言

天津天钢联合特钢有限公司动力厂饱和蒸汽电发机组是利用炼钢厂3 座转炉汽化冷却系统产生的饱和蒸汽发电，不足部分的蒸汽由厂内20 吨动力锅炉蒸汽补充。饱和蒸汽发电机为冷凝式机组，汽轮机入口的饱和蒸汽压力为0.9 Mpa，蒸汽经汽轮机发电做功后由冷凝器凝结成冷凝水，经统计2019 年全年发电机组产生冷凝水产量为260288.7 t，均被用于炼钢浊环系统补水，没有按照水的品质加以回收利用，造成了水资源的浪费。冷凝水产生和使用流程图如图1 所示。

图1 冷凝水生产使用流程图

1 饱和蒸汽发电冷凝水质分析

饱和蒸汽冷凝水化验结果如表1 所示，其水质接近软水，若作为软水回用可节省大量软水生产成本，并降低软水装置运行期间反洗水的外排量。但其PH 偏低，直接使用易造成设备腐蚀，对流管束正常运行有影响[1]。

表1 饱和蒸汽冷凝水与锅炉软水水质对比

通过加药的方式提高冷凝水PH 后，可供20 t锅炉及炼钢厂汽化冷却锅炉回用，冷凝水循环使用流程如图2 所示。可以有效节约能源，减少资源浪费，降低生产成本。

图2 加氨冷凝水循环使用流程图

2 饱和蒸汽冷凝水PH 调节试验

2.1 调节PH 方法的确定

调节PH 的方法有很多，如添加氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等[2]，但这类PH 调节剂碱性较强，对小范围PH 调节用量很小，不易控制，工况变化即有可能造成调节过量，且残留的钠离子，碳酸根离子等对锅炉运行不利，不予采用。

本实验采用加氨的方法来提高给水PH 值，减少二氧化碳腐蚀。因为氨具有挥发性，通过加氨处理后多余的氨在进入锅炉后可以随蒸汽挥发出来，通过汽轮机后，随排汽进入凝汽器，因此对水质影响小。同时氨水属于弱碱，调节PH 缓冲性能好，易于控制不易过量。

氨与水中二氧化碳反应[3]可分为以下两步：

第一步：NH4OH+H2CO3→NH4HCO3+H2O

第二步：NH4HCO3+NH4OH→（NH4）2CO3+H2O

汽机凝汽器的常见材质为铜或不锈钢，如果加氨量过大，有氧化物质(例如溶解氧)存在的条件下易发生腐蚀，因此用氨将PH 控制在8.5 以上即可。

2.2 氨水调节PH

向PH 分别为6.46 和7.02 的500 ml 饱和冷凝水样1 和2 中加入10 ml 25～28%的氨水并搅拌均匀，然后分别取10 ml 继续用饱和冷凝水进行稀释，多次稀释后使氨水浓度达2.5 mg/l，5 mg/l，7.5 mg/l，10 mg/l，并测量水样1 和2 的PH，其结果如图3所示。

据图3 显示可知，饱和冷凝水中所加氨水浓度越高，其PH 越高。对于原PH 为6.46 冷凝水所加氨水浓度为10 mg/l 时，PH 可以达到8.54，满足软水使用需求；冷凝水PH 为7.02 时，加入浓度为5 mg/l的氨水PH 可以达到8.52，满足软水使用需求。因此，在实际生产应用过程中，应根据冷凝水的流量以及原冷凝水的PH 调节加氨量，控制冷凝水中氨的浓度，使加氨冷凝水的PH 维持8.5 以上。

3 加氨调节PH 在生产中的应用

实际生产中购置自动加氨装置，通过减压阀将液氨从钢瓶充入装满软水的水箱，充分搅拌后配制成一定浓度的氨水，然后通过计量泵将氨水加入到冷凝水母管中与冷凝水混合提高其PH，利用在线PH 计在加药点后3 米处取水监测PH，并通过调节计量泵开度控制加氨量，使其PH 能够满足使用要求，其工艺流程图如4 图所示。

图4 自动加氨装置工艺流程图

3.1 加氨量的确定

配制氨水时将减压阀压力控制在0.03 MPa，向1 t 软水中充液氨15 min，充分搅拌后测得水箱内氨水PH 为11.16，然后通过计量泵送入冷凝水母管道调节冷凝水PH。

在加氨点后3 米处取水监测加氨后水样PH，观察PH 计示数，根据水质情况以及PH 计示数变化，可调整计量泵的开度，使PH 维持在8.5 左右，同时监测流量以及未加氨饱和冷凝水PH。不同工况下调节计量泵开度后PH＞8.5 的结果如表2 所示。

由表2 可知，PH 为11.16 的氨水加氨量在15～40 l/h 时，基本可以满足各工况下冷凝水调节PH＞8.5 的需求。

表2 PH 调节结果记录表

3.2 应用成果分析

通过加氨中和冷凝水中的二氧化碳，冷凝水碱性增强，PH 可以达到8.5 以上，用作软水供20 t 锅炉及炼钢汽化冷却使用后实现了饱和冷凝水循环利用。回用软水并不能满足全部生产需求，还需软水站补给一部分软水混合后使用，测试混合后软水PH 可以达到7.6 左右，混合软水汽化后的饱和蒸汽的PH 也随之提高，测试结果可以达到7.6 左右，较之前由生产用水的软水PH 有所提高，因此饱和蒸汽冷凝水再次循环后加氨量相比之前进一步减少，使用一段时间后达到平衡。满负荷运行状态下，加氨前与加氨运行一段时间后冷凝水PH 随加氨量变化如图5 所示。

图5 加氨量对冷凝水PH 的影响

由图5 可以看出，加氨冷凝水的PH 随加氨量的提高而提高，未循环使用加氨冷凝水时其PH 为6.46，当加氨量为40 l/h 时，冷凝水PH 可以达到8.53，满足软水使用需求；循环使用加氨冷凝水一段时间后其PH 为7.6，当加氨量为15 l/h 时，冷凝水PH 可以达到8.51，满足软水使用需求。因此，实现饱和冷凝水循环利用后，冷凝水和蒸汽PH 均可得到提升，加氨量进一步减小，节约运行成本。

3.3 影响冷凝水加氨后PH 的因素分析

根据理论及实际运行结果可知，随着冷凝水中加氨量的增加，水中二氧化碳被中和、碱性提高，PH也随之升高。但由于工况变化，饱和冷凝水流量波动以及PH 的变化对加氨后冷凝水的PH 均有影响。

3.3.1 饱和冷凝水流量的影响

饱和蒸汽发电机组生产运行受季节影响较大，冬季采暖季蒸汽用于采暖，流量较小约为12t/h，非采暖季蒸汽量大，满负荷运行冷凝水流量可达到约42 t/h，另外由于工况不同饱和冷凝水的流量存在波动，并非定值。当饱和冷凝水流量为12、18、25、32、35、42 t/h 时，调整计量泵开度，加氨量为10、15、20、25、30、35、40 l/h 时，测得冷凝水PH 的变化如图6 所示。

图6 冷凝水流量对PH 的影响

由图6 可以看出，同样的加氨量下，当冷凝水流量越大，加氨冷凝水的PH 越小。加氨量为10 l/h时，12 t/h 的最小流量下，加氨冷凝水的PH 仍低于8.5，当加氨量为15 l/h 时，加氨冷凝水的PH 才能高于8.5。因此冷凝水流量增加，必须通过提高计量泵开度，增加加氨量才能保持处理后的冷凝水保持PH 在8.5。

3.3.2 饱和冷凝水PH 的影响

由于生产水PH 不稳定，软水站制备软水的PH随之变化，饱和冷凝水的PH 值也存在一定的波动，对水质化验结果进行统计表明冷凝水PH 处于6～7之间。维持加氨量不变，冷凝水的PH 变化即可引起加氨后冷凝水PH 的变化。针对不同PH 的冷凝水加氨调节后，其PH 结果如图7 所示。

图7 原水PH 对冷凝水PH 的影响

由图7 可以看出，当冷凝水流量为22 t/h，加氨量为25 l/h 时，PH 分别为6.2、6.45、6.68、7 的冷凝水加氨后PH 提高至8.22、8.55、8.92、9；当冷凝水流量为27 t/h，加氨量为30 L/h 时，PH 分别为6.2、6.45、6.68、7 的冷凝水加氨后PH 提高至8.41、8.58、8.73、9.12。保持冷凝水流量及加氨量不变，原水的PH 越高加氨调节后PH 也越高。

4 结论

通过加氨提高冷凝水PH 后作为软水循环使用，可减少水资源浪费，降低软水生产成本。生产运行过程中冷凝水流量介于12～42 t/h 之间，加氨量在15～40 l/h 时，基本可以满足各工况下冷凝水PH＞8.5 的需求。冷凝水的PH 随加氨量的增加而升高，另外饱和冷凝水流量及其原始PH 对加氨后PH 也有影响。饱和冷凝水流量越高，加氨后冷凝水PH 越低，原水PH 越高，加氨后冷凝水的PH 越高。因此冷凝水加氨量应随着冷凝水流量的变化和循环回收冷凝水PH 的变化随时进行调整。