蒸汽和冷凝水系统手册-第14章冷凝水回收

14.1.1冷凝水回收简介章节14.1第14章冷凝水回收蒸汽和冷凝水系统手册14.1冷凝水回收简介959冷凝水回收简介14.1.2章节14.1第14章冷凝水回收蒸汽和冷凝水系统手册冷凝水不仅含有一定的热量，而且是蒸馏水，很适合用做锅炉给水。高效的蒸汽系统将回收这些冷凝水到除氧器、锅炉给水箱或用于其它制程。只有冷凝水污染后，水才不能回收到锅炉。即使是污染的冷凝水，也还可以用于其它加热制程，在排放之前应充分利用其所含有的热量。冷凝水通过疏水阀从压力相对较高的用汽设备中排出，由于疏水阀出口压力较低，一部分冷凝水例14.1.1计算闪蒸蒸汽的量7barg热的冷凝水含有721kJ/kg的热量，排放至大气环境中时(0barg)，每千克水只能含有419kJ的热量，多余的热量为721-419=302kJ，这部分热量就会闪蒸成蒸汽，其数量由多余的热量占低压下蒸发焓的百分比所决定。在该例中，大气压下的蒸发焓为2258kJ/kg。因此，在此例中，闪蒸蒸汽所占的百分比为=302×100%2258闪蒸蒸汽的量为=13.4%就会闪蒸成闪蒸蒸汽（又称二次蒸汽）。闪蒸蒸汽的比例由蒸汽和冷凝水中所含有的热量决定，一般闪蒸蒸汽的质量占高压冷凝水的10%~15%（2.2节），但是闪蒸蒸汽的体积会很大，7barg的冷凝水排至大气压下，其中13%会闪蒸成蒸汽，其占有的空间比冷凝水大200倍，这样疏水阀后的管道口径就需要比阀前的管道大。关于闪蒸蒸汽我们已在2.2节什么是蒸汽？中做了较深入的阐述。除计算方法，还可以通过常用一个简单的曲线图（见图14.13）来确定闪蒸蒸汽的比例。1kg蒸汽冷凝1kg冷凝水图14.1.11kg的蒸汽完全冷凝成1kg的冷凝水蒸汽全热量加热过程中潜热释放显热冷凝水图14.1.2向加热制程释放出潜热后，蒸汽变成了冷凝水其中包含一部分显热疏水阀前压力=4barg闪蒸蒸汽压力=0barg闪蒸蒸汽百分比=10%冷凝水回收简介使用蒸汽主要有两个目的：产生电能，例如电站或热电联产；为加热和制程系统提供热量。1kg的蒸汽完全冷凝后，就会在同样的温度和压力下产生1kg的冷凝水（见图14.1.1），高效的蒸汽系统将会重新利用这些冷凝水，如果不回收再利用这些冷凝水，即不能节约成本，同时也影响环境，整个系统缺乏技术含量。饱和蒸汽用于加热后，释放出潜热（蒸发焓），这是蒸汽中所蕴含的绝大部分能量。而剩余在冷凝水中的一部分热量称作显热（水焓），见图14.1.2。例:使用图14.1.3得出闪蒸蒸汽的比例。96014.1.3冷凝水回收简介章节14.1第14章冷凝水回收蒸汽和冷凝水系统手册������������������������������������������������������������������������������������������������������闪蒸蒸汽压力barg疏水阀前蒸汽压力(bar)闪蒸蒸汽所占的比例(%)大气压力图14.1.3闪蒸蒸汽闪蒸数量图闪蒸蒸汽的量是确定疏水阀出口管道的最重要因素。水在锅炉中被加热后产生的蒸汽称为直接蒸汽，和闪蒸蒸汽相比仅在来源上有一些区分，不管是锅炉产生的直接蒸汽，还是自然闪蒸的闪蒸蒸汽，相同压力下都含有相同的潜热。闪蒸蒸汽的热量最多可以占整个冷凝水所含热量的一半，如果将冷凝水和闪蒸蒸汽直接排放，则意味着需要更多的补给水、燃料和运行成本。这节将会着重介绍两方面：冷凝水的管理和闪蒸蒸汽的回收。同时涉及到一些相关问题，并提供一些实际的解决方案。注：术语疏水装置是常指蒸汽系统中用于排除冷凝水的装置，可能是蒸汽疏水阀、疏水阀泵或泵阀组合，疏水阀排放冷凝水的能力依赖于其前后压差。疏水阀泵或泵阀组合的排水量和其运行时的压力差没有关系（但受压力等级限制）。冷凝水回收高效的冷凝水回收系统，可以收集蒸汽设备的冷凝水，返回锅炉给水系统，在短期内就能得到回报，图14.1.4是一个简单的冷凝水系统，冷凝水回收到锅炉给水箱。961冷凝水回收简介14.1.4章节14.1第14章冷凝水回收蒸汽和冷凝水系统手册蒸汽蒸汽蒸锅蒸锅制程容器空间加热系统冷凝水冷凝水加热槽加热槽蒸汽锅炉给水泵给水箱补给水图14.1.4典型的蒸汽和冷凝水回收系统为什么要回收冷凝水节约成本冷凝水是有价值的资源，即使是回收一部分也会有经济效益，仅一个疏水阀排出的冷凝水也值得回收。如果冷凝水不能回收，就要向锅炉增加冷态补给水，需增加水处理费用、水费和燃料费用。排放限制坏公共排水管道，所以高于此温度的冷凝水排放前必须降温冷却，这样就会增加费用，大多数国家都有类似的限制，如不符合规定则需要支付排放费甚至会遭到罚款。使锅炉出力最大低温的锅炉给水将会减少锅炉蒸汽的产出，给水温度越低，就越需要更多的热量加热给水，所以用于产生蒸汽的热量就相应减少了。锅炉给水的质量水意味着排污减少，所以能量损失也会减少。冷凝水回收的好处:减少了水费；减少了水排放费用和可能存在的冷凝水的冷却费用；减少了燃料消耗；锅炉可以产生更多的蒸汽；减少了锅炉排污，因而也降低了能量损失；减少了水处理费用。例如在英国，法律规定超过43℃的冷凝水不能排放到公共排水系统，因为这会对环境造成破坏，损冷凝水是蒸馏水，几乎不包含任何溶解固形物（TDS），锅炉需要排污以减少TDS，回收较多的冷凝图14.1.5显示了1kg蒸汽和冷凝水在相同的压力下所包含的热量对比情况。蕴含在冷凝水中热量的百分比从1barg下的18%升至14barg下的30%，这清楚的说明冷凝水是非常值得回收的资源。96214.1.5冷凝水回收简介章节14.1第14章冷凝水回收蒸汽和冷凝水系统手册�����������������������������������比焓(kJ/kg)压力(barg)冷凝水中总热量蒸汽中总热量图14.1.5相同压力下饱和蒸汽和冷凝水所含的热量下面的例子说明了冷凝水回收所带来的经济效益。例14.1.2锅炉:10000kg/h每天工作24h,7天/周和50周/a(8400h/a)。未净化的水费为￡0.61/m3，排放费用为￡0.45/m3。锅炉效率为85%，使用天然气为￡0.01/kWh(￡0.77/GJ)。注：￡=英镑未经净化的补给水约为10℃，而冷凝水的排放温度为90℃。式中:Q=热量(kJ)；m=质量(kg)；cp=比热(kJ/(kg·℃))；∆T=温升(℃)。1kgx4.19kJ/(kg·℃)x80℃=335kJ/kg那么一年就是10000kg/hx335kJ/kgx8400h/a=28140GJ/a如果锅炉的平均效率为85%,需要加热补给水的热量为:确定一年内冷凝水回收的价值第2部分-确定水的费用如果没有冷凝水回收则每年需要补充的水量为公式2.1.428140GJ/a0.85=33106GJ/a8400hx10000kg/h1000kg/m3=84000m3/a燃料费用￡2.77/GJ，则冷凝水中所含的热量价值为：年燃料费用=331.6GJ/a×￡2.77/GJ=￡91704如果水的费用为￡0.61/m3，则一年的水费为：84000m3/年×￡0.61/m3=￡51240第1部分-确定燃料费用利用公式2.1.4计算1kg冷态补给水温升80℃所需要的热量。963冷凝水回收简介14.1.6章节14.1第14章冷凝水回收蒸汽和冷凝水系统手册式中：X=回收的冷凝水的百分比（1-100）；A=1GJ的燃料费用；如果是天然气则￡0.01/kWh(1kWh=3.6MJ)1GJ热量的成本=￡0.01×1000=￡2.773.6MJ节约燃料=￡91704节约水=￡51240节约排放费用=￡37800公式14.1.1表14.1.1例14.1.2中回收的冷凝水价值由此可见，即使我们回收1%的冷凝水节省也很大。例14.1.3如果决定投资￡50000，回收80%的冷凝水，蒸发量为5000kg/h，节约量和投资回收期为：节约=￡180744×80×500010010000节约=￡72297/a投资回收期=￡50000￡72297/a投资回收期=0.69年(36周)这可能会因地区差异而有很大变化，但却是成本分析时应该考虑的。很明显，当为某一特定项目评估冷凝水管理系统时，应该包括节约的这部分费用。关于TDS控制和水处理已在第3章中讨论过了。例14.1.2和14.1.3说明了冷凝水回收的大致计算程序，最后转变成货币价值。公式14.1.1可用于计算每年节省的燃料费用同样,油的燃烧热值为42MJ/l,费用￡0.15/l1GJ热量的成本=￡0.15×1000=￡3.5742MJB=每千克的锅炉给水加热到冷凝水温度后所需要的热量(kJ/kg)，(由公式2.1.4确定(Q=mcp∆T))；C=平均蒸发量(kg/h)；D=每年运行的小时数(h/a)；E=锅炉效率(%)。第3部分-确定排放费用如果排放费用为￡0.45/m3，每年排放量为84000m3，则每年的排放费用为：84000m3/年×￡0.45/m3=￡37800第4部分-冷凝水的总价值见表14.1.1：该计算还不包括TDS控制而减少的锅炉排污所节约的费用，否则将进一步降低水费和化学水处理费用，燃料节省/年=XABCDE10696414.1.7冷凝水回收简介章节14.1第14章冷凝水回收蒸汽和冷凝水系统手册节约的水费由公式14.1.2确定：公式14.1.2节约的排放费用由公式14.1.3确定:公式14.1.3公式14.1.1式中:X=期望得到的冷凝水回收率=35%；X=1GJ热量的成本=￡0.011×1000=￡3.055；3.6MJX=回收的冷凝水的百分量比（1-100）；C=平均蒸发量(kg/h)；D=每年运行的小时数(h/a)。例14.1.4B=每千克的锅炉给水加热到冷凝水温度后所需要的热量(kJ/kg)；由公式2.1.4确定(Q=mcp∆T)Q=mxcpxDTQ=1x4.19x(95℃-10℃)Q=356.15kJ/kgB=2.1.4中的Q=356.15kJ/kg；C=平均蒸发量=15000kg/h；D=每年工作的小时数=8000h；E=锅炉效率=80%。将数值用到公式14.1.1节约的燃料费用/年=￡35×3.055×356.15×15000×800080×106节约的燃料费用/年=￡57122第2部分-确定水费和排放费用利用公式14.1.2计算每年节约的水费公式14.1.2一个耗资￡70000的冷凝水管理项目，希望回收35%的冷凝水，锅炉的平均蒸发量为15000kg/h，设备每年工作8000h，燃料为天然气，费用为￡0.011/kWh，锅炉效率约为80%，锅炉补给水为10℃，冷凝水回收管道保温良好，保证到达锅炉房后冷凝水温度为95℃。水费为为￡0.70/m3，总的排放费用为￡0.45/m3。燃料节省/年=XABCDE106节约的水费/年=XCD×水费/m3105（节约的排放费用/年=XCD×处理排放的费用/m3105（节约的水费/年=XCD×水费/m3105（请确定投资回收期？第1部分-确定节省的燃料费用利用公式14.1.1965冷凝水回收简介14.1.8章节14.1第14章冷凝水回收蒸汽和冷凝水系统手册（（代入数值节约的水费/年=35×15000×8000×￡0.70/m3105节约的水费/年=￡29400利用公式14.1.2计算每年节省的排放费用：节约的排放费用/年=35×15000×8000×￡0.45/m3105节约的排放费用/年=￡18900等式14.1.3第3部分-确定投资回收期代入数值:节约的水费和排放费用/年=￡29400+￡18900节约的水费和排放费用/年=￡48300（总节约=燃料费用＋水费和排放费总节约=￡57122+￡48300总节约=￡105422/年投资回收期（年）=项目费用年节约费用投资回收期（年）=￡70000￡105442投资回收期（年）=0.66年（35周）节约的排放费用/年=XCD×处理排放的费用/m310596614.1.9冷凝水回收简介章节14.1第14章冷凝水回收蒸汽和冷凝水系统手册Questions1.When10kgofsteamcon