蒸汽作为常见的的热量载体,纯净安全,而且热容量高,在工业系统得到广泛应用。蒸汽在用汽设备中释放热量,最终变成冷凝水,通过疏水器排放。这部分冷凝水不仅具有相当可观的余热资源,而且水质优良,没污染的话可以作为蒸馏水用。回收不当,会造成巨大的浪费。所以,针对不同的使用条件和工况,采用恰当的方式的回收冷凝水,是一项非常值得研究的课题。
1、蒸汽冷凝水回收的意义
蒸汽冷凝后,会产生质量相当的相同压力的冷凝水。蒸汽的热量由潜热和显热两部分组成。加热设备通常使用饱和蒸汽,饱和蒸汽用于加热后,释放出潜热,这是蒸汽中蕴含的绝大部分能量,而剩余在冷凝水中的热量就是显热。
冷凝水自压力较高的换热设备排除后,由于蒸汽疏水阀后的压力较低,一部分冷凝水会闪蒸成二次蒸汽。闪蒸气的比例由冷凝水的温度、压力决定,一般闪蒸蒸汽占到高压冷凝水的10%-15%。我们分析一下冷凝水排放的热量转换,以常用的表压0.6MPa蒸汽为例,饱和汽比焓为2768kj/kg,高温冷凝水的比焓为721kj/kg,自疏水器排放到大气环境中,压力为常压,每千克水中只有419kj的热量,那么多余的热量:721-419=302kj,这部分就是二次闪蒸成蒸汽的热量。已知常压下的蒸发焓为2258kj/kg,那么:
二次闪蒸蒸汽的百分比 =×100% = 13.4%
冷凝水占蒸汽热量的百分比=×100% = 26%
由上述计算中可以看到冷凝水及冷凝水二次闪蒸汽的热量比例,使用蒸汽压力越高,排放的冷凝水热能价值越大。另外,锅炉补水采用的软化水或去离子水,原水要经过树脂离子交换或膜过滤等工艺处理才能达标,锅炉运行中要保障锅水的品质,还要有定期排污、连续排污的损耗,就回收水而言,依然有很大的价值。
2、蒸汽冷凝水回收方式
总体来说,蒸汽冷凝水的回收有开式系统和闭式系统之分。
⑴ 开式系统:
最常见的是开式水箱,冷凝水进入敞口水箱收集。冷凝水进入水箱压力骤降,水温高于常压沸点,产生了大量二次闪蒸汽。这种回收方式简单,但是回收不彻底,闪蒸汽基本全部浪费,能源利用率低。
⑵ 闭式系统:
主要是通过特种设备及管道的布置,闭式回收蒸汽凝结水。回收系统不与大气接触,减少跑、冒、滴、漏的热损失和热污染,冷凝水的回收温度可达100℃以上,节约水处理费用,节能率达高达20%以上。 因此闭式回收方法将成为冷凝水回收工作的主要方法,下面重点介绍闭式回收的几种方式。
3、蒸汽冷凝水闭式回收的实例
(1)用热设备的冷凝水回收
换热器是最典型的用热设备,根据用热负荷的大小和用途来选择换热器的形式和换热面积。设备的冷凝水排放量大,冷凝水排放回收有问题,会直接影响到换热效果。图1是较典型的闭式回收的流程:
此类闭式系统,需要注意将排气管线回接到热交换器空间里,以平衡热交换器、集水罐、汽泵的压力,这样才能使冷凝水靠重力流入集水罐和汽泵,回收到冷凝水系统。特别指出的是,此类系统不需要安装蒸汽疏水器。
汽泵使用蒸汽或惰性气体作为动力源,回收冷凝水,不使用电力。它由弹簧辅助的浮球联动机构操作,排放量大,结构紧凑,工作可靠,而且没有密封泄露和汽蚀的困扰。
(2)二次闪蒸汽的再利用
如果用热设备使用的蒸汽压力较高,二次闪蒸汽可采用梯级利用的方式,用于低压用汽设备,如图2:
高压蒸汽的冷凝水收集到闪蒸罐,闪蒸的二次汽用于低压系统的加热。高低压蒸汽管线间的减压阀组用于系统开车,或补充低压蒸汽的不足。这样的系统,匹配好高压蒸汽、低压蒸汽的量是很关键的,否则互相牵制影响使用。比如,当产生的二次低压汽供一个加热器用不了,两个同时供又不够用,这种情况两个低压加热器须同时使用,否则会影响高压加热器的用量。不够的汽量通过减压阀补充。
(3)利用喷射泵回收
如果一次蒸汽的压力不高,闪蒸汽产生的二次汽压力太低,可采用蒸汽喷射泵引射的方法。如图3。
蒸汽喷射工艺利用一次蒸汽引射闪蒸罐内的二次蒸发汽,混合后在喷射泵的出口管道形成压力较低的二次蒸汽,输送到其他的用汽点。引射系统主要由蒸汽喷射泵、压力变送器、控制系统及配套阀门仪表组成。当使用二次汽的负荷变化时,压力变送器将信号送到控制系统,输出调节信号至喷射泵的电动调节机构,调节机构自动调节高压蒸汽的进汽量,从而保证二次蒸汽的压力稳定。另外,通过喷射泵的引射作用,闪蒸罐内的压力是负压,这样冷凝水的汽化更加充分。也有一些特殊的场合采用多级引射装置,目的也是为了更充分的利用余热。
以上列举了常见的回收冷凝水的几种方式,虽然不同的工艺条件回收方式有所区别,最终的目的是尽可能多的利用热能和冷凝水,最大限度的节约能源。在工程实际中,不能只局限于简单的几种模式,还要根据实际情况灵活多变的应用,才能达到最佳的效果。