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冷凝水及乏汽回收装置



      在工业生产中,蒸汽作为一种用途极为广泛的能源,而蒸汽释放出部分热能后生成的凝结水往往被浪费。冷凝水拥有大量的热量,一般占蒸汽总热量的20~30%左右,某些设备可高达40%。因此若能将高温冷凝水作为锅炉补给水循环使用或二次闪蒸汽利用,不仅节约了工业用水,更会节约大量的燃料。这样,锅炉在生产同样多的蒸汽时,就可节约30~40%的燃料、用水和水处理药品。燃料节约的同时减少锅炉烟气的排放,保护了环境。
      凝结水回收价值体现:
      1、回收了冷凝水中的热能,二次闪蒸汽可以替代新生产蒸汽加热物料;
      2、节约了用水,节省了水处理费用;
      3、高温凝结水作为锅炉补给水,节省了锅炉加热补给水耗费的燃料;
      4、凝结水作为锅炉补给水,TDS含量较低,减少了锅炉排污次数,减少了排污带走的热损失;
      5、减少了烟气排放和排污水对土壤和地下水的污染。
     但是工业蒸汽凝结水回收面临着许多技术难题,如回收高温凝结水时水泵的汽蚀;闭路直接锅炉给水;污染凝结水的回收;高温凝结水和常温给水对锅炉供水造成的温度、压力差等。
      根据乏汽性质和回收后用途的不同,我公司开发出混合式乏汽回收装置和间接式乏汽回收装置,请参考以下文章。
      
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谈谈冷凝水及乏汽回收问题

青岛高远热能动力有限公司  朱建文

摘要

大量使用蒸汽的工厂,冷凝水和乏汽回收利用都不能充分或没有利用。实际其回收工程投资很小,但效益特别大。本文从技术层面论述了回收项目不普及的原因及项目实施中存在的问题,从而提出了较为通用的典型回收方案,供读者参考。

关键词  冷凝水  乏汽回收   节能

一、概念与意义

谈到热量回收问题。涉及到下列几个概念:

       1.余热回收。它不仅包括冷凝水和乏汽的回收,而且还包括烟气,热空气,化工气体和固体含热量的回收。回收的方法多种多样,本文只谈及蒸汽、液态水的热量回收问题。

       2.冷凝水回收。也叫凝结水回收。由于冷凝水常处于饱和状态,一般水泵因汽蚀问题无法直接输送,需要采取必要的技术手段才能完成输送。

       3.乏汽回收有时称余汽回收。所谓乏汽是在工艺中排出的无法直接使用的低压废汽,也可能是来自于冷凝水的闪蒸汽。所谓闪蒸汽就是冷凝水(常处于饱和态)节流减压时分离出来的蒸汽。乏汽也可能是物料干燥挥发过程产生的汽-气混合物。乏汽的回收,一般都采用水吸收法,但产生出的热水常无处可用,这便是“熵过剩”这一普遍存在的世界难题。

我们推荐的用汽汽引射器升压回收的方案,为解决熵过剩问题提供了一条可选路径。

很多工厂生产的主要成本是能源,而能源的转化形式就是蒸汽和水,而其中应当回收而没有回收利用的量非常可观,相当于蒸汽量全国为数百万吨/小时。每吨汽年价值在百万元以上,这样全国每年浪费的价值在数千亿元。而且这些能源浪费引起的环境恶化,更是难以估量的。

我们经常为工厂做回收方案,其中在效益分析部分常常得出投资回收期不足一年的结论,甚至几十天、十几天就可以回收投资。许多工厂没有注意到这一点,的确损失很大,所以这方面的宣传推广工作势在必行。

二、存在的问题

除了上述对水和蒸汽余热回收的价值认识不足之外,许多用户觉得回收方案可能会很复杂,管理很麻烦或投资很大。而实际上恰恰相反,只要选用技术方案和设备恰当,上述问题不会存在。

从技术面上讲,汽水余热回收并不是很复杂,无非是怎么样把水、把汽送到一个能用得上的地方去而已。可是行业中有许多供货商,常把它说的神乎其神,所谓什么进口技术和产品,所谓什么发明专利等等,越是这样越不能因地制宜地为用户设计出适合用户条件的方案,而且生搬硬套,使用户多花了很多钱,又达不到理想的回收效果,因而对这项事业本身产生误解。

一个好的回收方案,应当针对用户参数条件,实体设计,下面分不同的情况谈一谈。

1.如果回收的是纯热水,即未达到饱和状态不含汽,只是水泵抽吸时产生汽蚀,输送困难,这种情况下,无须设罐,只要增设一个水水喷射器(下称WWJ),通过回流引射,提升一下水泵入口的压力,使汽蚀余量超过了水泵的必须汽蚀余量即可,如图一所示:

冷凝水回收方案

 

图一

图中的:“高压输送”“低压输送”根据需要选其一即可。

有的单位,在此条件下依然加罐回收,大大增加了投资。

2.水是饱和水,平时几乎不含汽,但个别情况下出现蒸汽,这种情况适合于目前流行通用的方案,也是用WWJ提升压力,增加水的过冷度的方法,但需加闪蒸罐。

顺便解释一下几个相关热力学概念:一是“过冷度”,它是指水的饱和温度与实际温度之差,而饱和温度与压力是对应关系,压力越高,饱和温度越高,电厂中为增加给水泵入口水的过冷度,把除氧器设在数十米的高度上,投资很大,或许有一天可以用WWJ的方法来解决。二是“闪蒸”即一定温度的热水流入低压环境时,因饱和沸腾产生的汽水分离现象。

在水中有可能含出现蒸汽的情况下应该采用闪蒸罐,将蒸汽分离出去后,再对水进行回收。不然的话,蒸汽会干扰WWJ的工作,无法给泵增加出口压力,因而完全实现不了回收。

通常有三个系统方案见图二、图三、图四

冷凝水回收方案               冷凝水回收方案

                   图二                                         图三

冷凝水回收方案

图四

其中图二方案是用WWJ引射冷凝水进罐,这样可防止冷凝水爬坡产生水击并提高罐的运行压力、温度,避免闪蒸。缺点是罐内水一旦饱和,水泵无法工作,有许多厂家采用此方案。图三方案是用少量的泵出水引射罐出水,为水泵提供带有过冷度的进水,优点是罐即使有闪蒸,水泵仍能正常工作。图四方案是图三方案的改进型,即把外置WWJ改为内置,这样不仅能节省安装空间,而且罐内的WWJ还可以起到控制水位的作用,即当水位低甚至蒸汽进入WWJ时,WWJ收到干扰会降低流量。

以上三中方案均不能解决有大量闪蒸汽冒出的问题。

3.水中含有大量蒸汽。来的本来就是汽水混合物,这就必然涉及到乏汽回收问题。许多厂家的方案都不对乏汽进行回收并不是不必要,而是不掌握这方面的技术,绝大部分情况下,冷凝水都带有大量蒸汽,原因一是工艺上本来就没有把蒸汽全部冷凝下来,二是即使冷凝下来,但冷凝水在经过疏水器,阀门,管件及进罐时,产生节流降压必然产生蒸汽,如果蒸汽量较大,而且有利用的渠道,那必须要回收。

回收利用的渠道有两条,一条是加热成水,可是往往热水无处可用,这叫熵过剩,是一个节能难题。另一条就是用高压汽(例如高于工艺用汽压力的蒸汽或者是减压阀前的蒸汽)引射得到升压后的蒸汽,在原工艺或另外工艺中使用。用蒸汽引射的方法一般厂家不具备这项技术,这是他不回收乏汽的主要原因。

因为用蒸汽引射蒸汽的难度在于引射器的设计计算,如果没有高精度的设计手段,对于这种极低压力参数的设计计算误差就会很大,所谓差之毫厘,失之千里。我们采用自己开发的设计计算软件SSJ2.3和变工况分析软件ssjoperation3.3解决了计算精度问题,而且还能仿真出变工况的运行状态。这两款软件是别无它有的。有的单位声称自己也开发出软件,是不真实的,岂不知我们是用十几年的时间经过多个专家不断的结合现场运行实践进行修正完善多次升级版本才使软件成熟起来的。如果怀疑这一点,可以从以下方面来判断:

(1)看展示:我们可以把计算操作过程当面展示给客户看。

(2)看速度:设计软件(SSJ2.3)在输入原始数据后,可以在10秒内完成计算,所以我们与用户在讨论参数的时候,可以不放电话,随时给出不同参数的计算结果。 

3)看仿真:变工况计算软件(SSJoperation3.3),专门用来分析计算已投用汽汽引射器的仿真运行特性,可让用户提前知道产品的参数适应能力,也可分析设备运行中出现的各种现象。它的运算时间在1分钟内。这款软件用到了十分高深的热力学和计算数学的知识,可以说把通常需要上千年的计算过程缩短在一分钟内,我们可以肯定地说,这是世界上唯一的,别无仅有。 

4)看精度:我们采用的数值分析法比半经验公式法计算精度大幅提高,有时被判为计算引射系数小不可行的项目,但经我公司软件精确计算后使项目起死回生。

(5)看证书:我们拥有国家知识产权局颁发的计算机软件证书,登记号为:2010SR005246

我们提供带有蒸汽引射功能的回收系统如图五、图六所示:     

  冷凝水回收方案                              冷凝水回收方案

             图五                                                            图六

4.实际上用户的现场条件是很复杂的,并不是一股冷凝水收起来那么简单,往往是多条管线多种压力,不同的含汽量的条件同时出现,要做好一个回收方案,必须分析现场条件,提出个性化的解决方案,这些个性化的解决方案包括如下措施:

1)不同路水回收前的相互预引射。如果不同压力的水集中到一个容器内去闪蒸,那么罐内的压力必须要低于最低压力那路水的压力。这样高压部分减压幅度大,无谓增大闪蒸量,增加回收难度,在这里预引射不失为一个好办法。

2)分段回收。即按不同压力段回收,分别利用至不同场合,这样可以尽可能地保证高压部分的利用程度。

3)用高废低。有些情况,全部利用的条件不具备,但若只回收利用较高压的那部分就够用或具备利用条件,那么就舍弃低压部分,只用高压部分,这样也会收到很大的经济效益,而低压部分可以在今后另外寻找利用途径。

对于较复杂的现场环境,要发挥创新思维,提出多个方案比较选出投资省,效益大的最佳方案。

三、方案原则及通用方案举例

在一个多种蒸汽压力共存的工艺系统中,如果能够利用原节流减压的压差,通过引射使较低蒸汽压力得到提升,就必然节能。这是热力学第二定律阐述的原理,这也是我们乏汽回收的方案原则。例如在橡胶轮胎行业,用新蒸汽引射5bar罐蒸汽,获得8bar蒸汽进工艺使用就是一个很好的方案,这就是局部采取措施的方案,特点是工程量小,投资省,见效明显。局部措施是用巧劲,见智慧,需要熟知工艺过程,不通用。下面给出一个涵盖较全的典型方案,供参考。如果现场情况不存在或不具备条件,可将系统相关部分删除。

          冷凝水回收方案

图七

在图七方案中,冷凝水最低压力0.2MPa,如果不通过预引射罐内压力达不到0.32MPa,只能是低于0.2MPa,这样不可能升到0.6MPa,达到工艺上可利用的压力。

本方案中用水泵提供少量(36t/h)高压水引射罐内饱和水就能使水升高0.03MPa,防止水泵汽蚀。

四、 结论与建议

冷凝水及乏汽回收效益巨大,利国利民,势在必行。常言道,会者不难,难者不会,没有必要迷信什么进口技术或吹得玄虚的东西。只要方案选择得当,参数计算准确,就定能达到理想的效果。

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