浅谈凝结水回收系统设计

摘　要：蒸汽凝结水含有大量的热量，合理回收利用凝结水，有着显著的经济效益和社会效益，本文就凝结水回收的原则、系统的设计要点、管径的计算方法及疏水阀的选型进行了阐述。

关键词：凝结水， 回收系统， 设计
一、概述
　　蒸汽作为一种热能载体，由于其单位热容量大，传输方便，管网效率高等特点，被广泛应用于发电、石油、石化造纸、印染等行业。蒸汽的热能由显热和潜热两部分组成，通常蒸汽在用汽设备中释放出汽化潜热后变为同温同压下的饱和凝结水，凝结水所具有的热量约占蒸汽总热量的20％～30％，蒸汽压力越高，凝结水的温度就越高，其所含有的热量就越大，合理回收利用凝结水，减少热能损失和水资源的浪费，有着显著的经济效益和社会效益。因此，正确合理地选则、设计凝结水回收系统，是使得凝结水有效利用的前提。
　　二、凝结水回收系统的分类
　　1.按照凝结水管道是否与大气相通可分为开式凝结水回收系统和闭式凝结水回收系统两种。
　　2.按凝结水流动的动力不同，凝结水回收系统又可分为自流式、余压及加压凝结水回收系统三种。
　　三、凝结水回收原则
　　1.凝结水回收必须认真贯彻国家的能源政策和环境保护政策，总体规划远近期结合，做到技术先进、设备可靠、经济合理。
　　2. 根据系统的工艺方案以及设备的技术要求来选择凝结水回收方案。
　　3. 在满足工艺要求的情况下，凡凝结水有可能回收的，应尽量采用蒸汽间接加热方式，以提高回收量。
　　4. 用汽设备产生的凝结水，在技术上可行、经济上合理的前提下，必须回收，凝结水回收率不得小于60％。
　　5.对可能被污染的凝结水，经技术经济比较后确认有回收价值的，应设置水质监测及净化装置予以监测回收或净化回收。
　　6 .二次蒸发箱产生的蒸汽和高温凝结水的热能应尽量利用。
　　7.回收的凝结水作为锅炉给水时，水质必须符合《工业锅炉水质》和《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准的有关规定。
　　四、凝结水回收系统的选择要点
　　不同的工程项目，蒸汽的用途不同，在确定凝结水回收方式时，要综合考虑项目的性质、凝结水的状态参数(流量、压力、温度)、厂区的地形、总平面布置及用汽设备的特点等因素，进行技术经济比较，可以选择一种或多种回收方式的组合或者部分回收的方式。并非是回收率越高越好，在系统达到回收目的的同时，选定的方案应达到投入和回收的合理比值。
　　开式回收系统通常是利用疏水阀的背压将凝结水回收到开式凝结水箱或软化水箱中。这种系统由于设备简单，操作方便，初始投资小，在工程中得到了广泛的应用；但是这种系统因存在二次闪蒸，损失约占凝结水能量的20％的热能，其经济效益差；又由于凝结水直接与大气接触，凝结水中的溶氧浓度提高，易产生设备腐蚀。因此这种开式系统适用于小型蒸汽供应系统，凝结水量较小，二次蒸汽量较少的系统。该系统被采用时，应尽量减少冒汽量，以减少热污染和工质、能量损失。 ???? 闭式回收系统是凝结水箱以及所有管路都处于恒定的正压下，系统是封闭的。系统中凝结水所具有的能量大部分通过回收设备直接回收到锅炉里，凝结水的回收温度仅丧失在管网降温部分，由于封闭，水质有保证，减少了回收进锅炉的水处理费用。其优点是凝结水回收的经济效益好，设备的工作寿命长，缺点是系统的初始投资大。在系统安全且水质有保证的前提下，建议优先考虑闭式回收系统。    五 凝结水管径的确定
　　1.凝结水在管路中的流动形式
　　回收方式不同，凝结水在管路中有不同的流动形式，主要有以下三种：
　　1）单相满管流动，即凝结水靠水泵或位能差，充满整个管道断面的有压流动。
　　2）非满管流动，即凝水并没有充满整个管道断面，而是汽水分层或汽水充塞，有时还有空气的流动方式。
　　3）蒸汽与凝结水两相混合物流动形式，在余压回水方式下，可近似为汽水乳状混合物满管流动。
　　2 凝结水管径的确定
　　根据凝结水的流动形式、流量、压力等参数，合理确定凝结水管径，是实现投资效益最大化的前提。管径选的太大，将造成项目初投资增加；管径定的太小，将影响回收的凝结水量。不同流动方式下，凝结水管径确定方式如下：
　　1) 单相凝水满管流动的凝结水管路，其流动规律与热水管路相同，水力计算公式与热水管路相同，管路中水的流动状态大多处于阻力平方区，管径计算公式如下：
　　di=1000[0.00688K0.25G2/(ρ.ΔP)]1/5.25
　　式中：di——管道内径，mm；
　　      G——管段水流量，t/h；
　　      ΔP ——计算管段始终点允许压差，Pa/m；
　　      ρ——凝结水密度，kg/m3；
　　　　　　K——管道粗糙度，m。
　　 2) 汽水两相乳状混合物满管流的凝水管路，近似认为流体在管内的流动规律与热水管路相同，在计算流动摩擦阻力和局部阻力时，采用与热水管路相同的公式（见单相凝水满管流动的凝结水管路管径计算公式），只需将公式中凝结水密度用乳状混合物的密度代入即可。
　　乳状混合物密度计算公式如下：
　　ρr=1/ｖr=1/(ｖs+x(vq-vs))  kg/m3
　　式中：ρr——乳状混合物的密度，kg/m3；
　　　　　　ｖr——乳状混合物的比容，m3/kg；
　　      ｖs——凝结水的比容，m3/kg，可近似采用0.001m3/kg；
　　      ｖq——二次蒸发箱（或凝结水箱）压力下饱和蒸汽的比容，m3/kg；
　　      x——1kg汽水混合物中所含蒸汽的质量百分数，x=x1+x2，kg/kg；
x1——疏水阀漏气率，取决于疏水阀类型、产品质量、工作条件和管理水平等，一般可取0.01~0.03；
　　　　　　x2——由于凝结水压力下降产生的二次蒸汽量，按下式计算：
　　　　　　　　x2=(i1-i3)/r3
　　　　　　i1——疏水阀前压力P1下饱和凝结水的焓，kJ/kg；
　　　　　　i3——二次蒸发箱（或凝结水箱）压力下饱和凝结水的焓，kJ/kg；
　　　　　　r3———二次蒸发箱（或凝结水箱）压力下的汽化潜热，kJ/kg。
　　3) 非满管流动的管路，流动复杂，较难准确计算，一般不进行水力计算，而是采用根据经验和实验结果制成的管道管径选用表，直接根据热负荷查表确定管径。

　　注：P为供汽压力（表压）
　　六 疏水阀的选型
　　无论是何种方式的凝结水回收系统，疏水阀在系统中均起着极为重要的作用。性能良好的疏水阀不但能及时的完成阻汽排水和排不凝性气体任务， 而且也是整个凝结水回收和利用系统的重要门户。一旦使用质量差的疏水设备，不但损失大量的新鲜蒸汽污染环境，而且凝结水管线内产生汽阻导致凝结水回收系统不能正常工作，严重时造成凝结水回收系统瘫痪。因此，正确选用疏水阀非常重要。 1 疏水阀选型要点
　　1) 选用的疏水阀应能满足蒸汽管道及工艺设备的最高工作压力、温度的要求，能及时排出管道及设备中的凝结水含有的不凝性气体，并能保证加热工艺中对温度和热量的要求，且应漏汽量小，寿命长，安装维护方便。
　　2) 每个用汽设备宜单独设疏水阀，用汽压力不同的设备不能共用一个疏水阀。
　　3) 当凝结水量超过单只疏水阀的最大排水量时，可采用两个及以上相同型
号的疏水阀并联使用。
　　4) 不能按照用汽设备的凝结水管径和凝结水量直接选型，应根据用汽设备的特点和凝结水量，选取合适的疏水倍率以确定疏水阀的疏水量，再根据疏水阀的疏水量和疏水阀前后的压差最终确定疏水阀的型号和孔径。
　　2 疏水阀前后压力的确定
　　疏水阀前的压力P1，与疏水阀安装位置和用热设备及供汽系统压力P有关，疏水阀安装在靠近用热设备出口凝结水支管上时，P1=(0.9~0.95)P；疏水阀安装在供热系统的凝结水干管末端时，P1=0.7P。
　　疏水阀后的压力P2，同样与疏水阀的类型及安装位置有关。不同的疏水阀最大允许背压如下：
　　热动力式疏水阀          P2=0.5P1；
　　脉冲式疏水阀            P2=0.25P1；
　　浮筒式、倒吊筒式疏水阀  P2=(0.7~0.8)P1 。
　　七 结束语
　　优化凝结水回收系统的设计，合理确定凝结水回收方式，选择正确的凝结水回收设备，将凝结水加以回收利用，可以有效地降低企业的运行成本，提高企业的经济效益和社会效益，具有重大的意义。
　　
　　参考文献：
　　李岱森《简明供热设计手册》    中国建筑工业出版社  1998年12月