黃平原
(樂凱華光印刷科技有限公司,河南南陽(yáng) 473007)
概括蒸汽凝結(jié)水回收利用的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益,介紹兩類蒸汽凝結(jié)水回收利用方法,如蒸汽二次閃蒸、低壓蒸汽凝結(jié)水回收利用,探究蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題,最終提出切實(shí)可行的回水系統(tǒng)改造措施。
蒸汽凝結(jié)水回收的主要目的是控制能源損耗,增大資源利用率。蒸汽凝結(jié)水回收可以充分利用凝結(jié)水自身攜帶的熱能,凝結(jié)水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)符合鍋爐用水水質(zhì)要求,能夠作為鍋爐補(bǔ)給用水,節(jié)約水資源。
(1)減少鍋爐補(bǔ)給水量,降低投資成本。通常情況下,采用鈉離子交換軟化處理工藝對(duì)工業(yè)鍋爐的補(bǔ)給水加以處理。由于工業(yè)鍋爐的工作環(huán)境和使用目的不同,采用的補(bǔ)給水處理工藝也各不相同,對(duì)pH 值較高即堿性較大的原水來(lái)說(shuō),應(yīng)采用軟化—降堿處理工藝。由于原水中含有大量的有機(jī)高分子物質(zhì),所以原水的硬度較高,這在一定程度上增加了水處理投資成本。將蒸汽凝結(jié)水作為鍋爐補(bǔ)給水源,既可以減輕水資源消耗量,又可以降低水處理投資成本。
(2)改善給水品質(zhì),降低鍋爐排污率。鍋爐排污處理既可以改善蒸汽品質(zhì),又可以避免管道受熱面因使用時(shí)間過長(zhǎng)而結(jié)垢。隨著鍋爐排污量的增加,不可避免地會(huì)造成熱量損失和給水損失。而蒸汽凝結(jié)水的回收利用,既可以有效控制熱量流散、彌補(bǔ)熱量損失,又可以增大給水利用率,減少資源浪費(fèi)。
(3)提高給水溫度,控制燃料損耗。在常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),蒸汽凝結(jié)水的溫度多維持在70~100 ℃。經(jīng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)可知,在無(wú)蒸汽凝結(jié)水回收時(shí),工業(yè)鍋爐補(bǔ)給水的水溫只有20 ℃左右;在有蒸汽凝結(jié)水回收時(shí),工業(yè)鍋爐補(bǔ)給水的水溫可以達(dá)到60~70 ℃?;厥照羝Y(jié)水,并作為工業(yè)鍋爐的補(bǔ)給水源,減少燃料損耗,以此達(dá)到節(jié)能增效的目的。
(1)蒸汽二次閃蒸。當(dāng)前,我國(guó)在高壓蒸汽回收利用方面主要是使用低壓蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)。反應(yīng)釜是石油、化工、橡膠、農(nóng)藥及食品等加工工藝流程中較為常見的物理或化學(xué)反應(yīng)容器(圖1),能夠滿足加工過程中的加熱、蒸發(fā)和冷卻等多樣化工藝需求。而在多管線伴熱或反應(yīng)釜加熱系統(tǒng)中應(yīng)用低壓蒸汽技術(shù),若在水體中直接進(jìn)行蒸汽凝結(jié)水的排放,不僅是對(duì)水資源的極大浪費(fèi),還會(huì)造成熱量流散。這也與國(guó)家所倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保、節(jié)能減排等理念相悖。因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中,企業(yè)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況,選擇合理的設(shè)計(jì)方案,對(duì)這部分熱量進(jìn)行高效的回收與利用,在低壓緩沖罐內(nèi)倒入凝結(jié)水,以滿足低壓緩沖罐運(yùn)行所需蒸汽,進(jìn)而為制冷機(jī)組提供運(yùn)營(yíng)所需熱量。
圖1 反應(yīng)釜
(2)低壓蒸汽凝結(jié)水回收利用。蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)分為開放式回收系統(tǒng)與閉式回收系統(tǒng)兩種,主要區(qū)別在于蒸汽凝結(jié)水是否直接與大氣相連通。國(guó)內(nèi)工業(yè)發(fā)展現(xiàn)階段,普遍應(yīng)用的是開放式回收系統(tǒng),但是存在著凝結(jié)水嚴(yán)重浪費(fèi)、二次熱量流散等缺陷;如果管道內(nèi)進(jìn)入空氣,還極容易發(fā)生管件銹蝕。與之相比,閉式回收系統(tǒng)的凝結(jié)水蒸氣較少,熱量損耗量較低,更具有系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。此時(shí),有必要根據(jù)蒸汽的狀態(tài)對(duì)凝結(jié)水的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié),確保凝結(jié)水壓力略高于凝結(jié)水罐的壓力,避免產(chǎn)生二次蒸汽。在此過程中,除霧裝置的主要作用是去除蒸汽凝結(jié)水中的雜質(zhì),再將經(jīng)過凈化處理的高溫蒸汽凝結(jié)水送入到引射器中。由于凝結(jié)器的壓力、蒸汽的溫度不同,形成因熱量交換產(chǎn)生的高壓混合流體。由此,達(dá)到延緩熱量流散,控制能源損耗的目的。
(1)疏水閥泄漏。在蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的各組件中,疏水閥是其重要組件之一(圖2)。疏水閥的主要作用是提升蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量,加強(qiáng)蒸汽凝結(jié)水回收效果,疏水閥的性能在很大程度上決定了用熱設(shè)備的汽耗量。相關(guān)調(diào)查表明,很多凝結(jié)水回收系統(tǒng)中應(yīng)用的疏水閥都存在不足,隨著回收系統(tǒng)使用時(shí)間的延長(zhǎng),疏水閥的性能缺陷進(jìn)一步凸顯,嚴(yán)重情況下,還會(huì)導(dǎo)致疏水閥功能失效。一旦疏水閥功能失效,就會(huì)使整個(gè)蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)陷入癱瘓狀態(tài),阻礙水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖2 圓盤式疏水閥
(2)凝結(jié)水自流。由回收系統(tǒng)的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征可以得出,凝結(jié)水從疏水閥或汽水分離裝置中出來(lái)后,需要經(jīng)過很長(zhǎng)的距離才能到達(dá)凝結(jié)水回收站,再加上凝結(jié)水自流支線管徑較細(xì),使得管道系統(tǒng)在壓力不足的情況下出現(xiàn)了低壓凝結(jié)水自流現(xiàn)象。而一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象,就會(huì)在很大程度上影響低壓凝結(jié)水的回收利用。
(3)凝結(jié)水壓力問題。不同蒸汽設(shè)備的構(gòu)造特征與工況條件不同,蒸汽壓力的需求也有所區(qū)別,不同壓力的凝結(jié)水在匯入回收系統(tǒng)后,將會(huì)出現(xiàn)高低壓共網(wǎng),使得回收系統(tǒng)中出現(xiàn)頂牛情況或水擊情況,嚴(yán)重影響了回收系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定性,不利于系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
(4)閃蒸器性能故障。壓力下降會(huì)導(dǎo)致蒸汽凝結(jié)水體積膨脹,膨脹后的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其正常體積,而閃蒸體積膨脹會(huì)占用大量的管道容積,使蒸汽凝結(jié)水的體積膨脹系數(shù)無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。大多數(shù)疏水閥的凝結(jié)水因壓力阻塞無(wú)法正常進(jìn)入管網(wǎng)而直接排放,造成了嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)。由于管道的出口壓力與末端壓力存在較大差異,會(huì)在一定程度上增大輸送動(dòng)能,但是由于沿途閃蒸限制了蒸汽凝結(jié)水的流動(dòng)性,極大降低了蒸汽凝結(jié)水的回收效率。
(1)蒸汽冷凝水回水系統(tǒng)改造。蒸汽凝結(jié)水的回收利用成效直接決定了水資源的利用率和熱量的流散率,加強(qiáng)蒸汽凝結(jié)水回水系統(tǒng)改造,增大水資源利用率,降低熱量流散率尤為重要。設(shè)置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安裝連鎖保護(hù)裝置,可以全方位動(dòng)態(tài)化監(jiān)控整個(gè)冷凝水的凝結(jié)過程,及時(shí)發(fā)現(xiàn)冷凝水凝結(jié)過程中出現(xiàn)的問題,并采取科學(xué)合理的解決措施。閃蒸形成的凝結(jié)水可以進(jìn)行酸堿度試驗(yàn)和電導(dǎo)率檢測(cè),且閃蒸形成的蒸汽還可以作為除氧器所需的汽源。當(dāng)蒸汽凝結(jié)水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后,超標(biāo)凝結(jié)水通過與除氧器之間補(bǔ)水換熱的方式實(shí)現(xiàn)降溫,經(jīng)過降溫后直接排放入污水系統(tǒng)。
(2)蒸汽凝結(jié)水的高效回收。相關(guān)調(diào)查表明,蒸汽凝結(jié)水管網(wǎng)壓力超標(biāo),致使凝結(jié)水無(wú)法正常進(jìn)入回收系統(tǒng),這是影響蒸汽凝結(jié)水回收利用率的主要原因。針對(duì)此,相關(guān)人員要適當(dāng)增加單位凝結(jié)水壓力,使凝結(jié)水進(jìn)入管網(wǎng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)蒸汽凝結(jié)水的高效回收利用。換熱器中的凝結(jié)水會(huì)進(jìn)入汽水分離器,在增壓設(shè)施的輔助作用下,加快凝結(jié)水的回流速率。若凝結(jié)水水量較大或回流路徑較長(zhǎng),配置增壓設(shè)施是必不可少的。經(jīng)過加壓后的凝結(jié)水流入回收站,經(jīng)過增壓器的作用,繼續(xù)釋放閃蒸汽。當(dāng)凝結(jié)水溫度降低到100 ℃以下,不會(huì)出現(xiàn)閃蒸汽排空現(xiàn)象,進(jìn)而降低蒸汽凝結(jié)水熱量流散率,以達(dá)到節(jié)能減排的目的。
(3)蒸汽管道疏水系統(tǒng)改造。疏水閥是蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件,相關(guān)人員需結(jié)合蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的工況條件,選擇對(duì)應(yīng)類型的疏水閥。目前,應(yīng)用較為普遍的疏水閥主要包括熱動(dòng)力式疏水閥和倒吊桶式疏水閥兩類。疏水閥具有良好的抗沖擊性能和密封性能,且具有較長(zhǎng)的使用壽命,在眾多種類的疏水閥中,倒吊桶式疏水閥的各項(xiàng)功能特征表現(xiàn)尤為突出。倒吊式疏水閥主要的工作原理為:放大可以提起桶的力,在受壓狀態(tài)打開疏水閥的杠桿系統(tǒng)(圖3)。因杠桿系統(tǒng)沒有固定支點(diǎn),所以不會(huì)出現(xiàn)磨損與卡阻情況。同時(shí),由于桶底為開口狀態(tài),可以承受水壓,利用一根管線將排汽管與除氧器連接,就可以將蒸汽傳送至新增的管式換熱器。借助常溫除鹽水冷卻蒸汽,并回收蒸汽熱量,除鹽水在經(jīng)過加熱后回收入除氧器以重復(fù)利用。
圖3 倒吊桶式疏水閥
對(duì)蒸汽凝結(jié)水進(jìn)行回收與利用可以增大水資源利用率,控制熱量損耗的關(guān)鍵舉措。加大對(duì)蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的研究力度,可以實(shí)現(xiàn)蒸汽凝結(jié)水高效安全的回收利用,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的,凝結(jié)水回收系統(tǒng)的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益較高,能夠全面滿足工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)需求和可持續(xù)發(fā)展需求。