蒸汽鍋爐冷凝水零排放技術(shù)分析及經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算

李光資 王 玉

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院南陽分院，河南 南陽473000）

我國是一個(gè)水資源匱乏的國家,隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源存在的問題會(huì)越來越嚴(yán)重，對(duì)于地方使用蒸汽的小型企業(yè)，凝結(jié)水的回收利用是十分重要的環(huán)節(jié)。凝結(jié)水含有蒸汽總熱量的20%～30%，而且品質(zhì)優(yōu)良，是相當(dāng)可觀的余熱資源。本文通過對(duì)凝結(jié)水回收方式的比較、凝結(jié)水回收后的處理及凝結(jié)水回收后折算為標(biāo)準(zhǔn)燃料的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的介紹，為小型企業(yè)的節(jié)能減排提供一個(gè)比較好的思路。

1 凝結(jié)水回收的目的

工業(yè)用水主要包括冷卻用水、熱力用水，而蒸汽鍋爐在工業(yè)和民生中的用水量非常大。蒸汽鍋爐的特性就是通過水的蒸發(fā)而產(chǎn)生蒸汽，利用蒸汽的熱能進(jìn)行生產(chǎn)和換熱處理。然而在實(shí)際使用過程中，能被利用的僅僅是蒸汽的潛熱。而作為蒸汽濕熱的冷凝水所蘊(yùn)含的熱量基本都被丟棄。其原因是因?yàn)閷⒄羝袩醾餍瘦^低的冷凝水快速排放出去是提高蒸汽使用設(shè)備加熱效率的關(guān)鍵。然而，蒸汽使用后的冷凝水依然蘊(yùn)含許多熱量，有效的減少這部分熱量的浪費(fèi)，提高其利用率，將會(huì)極大的提高節(jié)能效益。在造紙、制藥、印染、化工等生產(chǎn)工藝中，用汽設(shè)備工作后，釋放出蒸汽中的潛熱，轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟群蛪毫缀跻粯拥娘柡屠淠?。壓力越大，溫度越高冷凝水所蘊(yùn)含的熱量就越多，在總體的蒸汽中所占的比例就越大。上述這些行業(yè)的用汽設(shè)備在工作中所產(chǎn)生的飽和冷凝水熱量達(dá)到蒸汽全熱量的20% ～30%，且水質(zhì)良好，溫度較高，如果能夠?qū)ζ浠厥眨⒓右杂行Ю?，則鍋爐所需要的燃料可節(jié)約20%～30%。因此，回收冷凝水是符合政府提倡的“清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排”大方向的。

2 冷凝水回收系統(tǒng)一般多采用以下幾種方式

2.1 開放式回收

開放式回收是指將用汽設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的冷凝水回收至開放式水箱，通過加壓裝置將其輸送至鍋爐內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是：投資少，成本低，設(shè)備簡單，易操作。需要注意的事項(xiàng)是：該方式只能回收溫度在80～100℃度以下的熱能，溫度高于100℃會(huì)因?yàn)榉序v蒸發(fā)成為二次蒸汽蒸發(fā)掉。在使用過程中，應(yīng)該盡量控制溫度，減少冒氣蒸發(fā)量，減少污染，減少能量損耗。使用范圍：只能適用于凝結(jié)水量，二次蒸汽量較少的小型蒸汽設(shè)備。

2.2 半開放式回收

半開放式回收是指將冷凝水通過回收管理引入水箱，通過加壓泵將其輸送到除氧器內(nèi)，利用除氧器進(jìn)行冷水軟化，熱水混合，然后進(jìn)行預(yù)加熱，通過水泵供給鍋爐，以此來實(shí)現(xiàn)熱能的有效利用。缺陷：雖然這種方式密閉較好，但是除氧器卻是半開放容器，依然存在熱能量浪費(fèi)的問題。

2.3 密閉式回收

所謂密閉式回收是指冷凝水通過回收管理被引入回收罐中，通過回收加壓設(shè)備直接將其輸送到鍋爐內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：密閉式回收中的冷凝水回收箱，所有的管路都是密閉，恒壓狀態(tài)，凝結(jié)水的回收溫度僅喪失在管網(wǎng)降溫部分,可以有效地防止熱能源的泄漏，提高了冷凝水的回收再利用。另外，因?yàn)槊荛]恒壓，減少了水質(zhì)污染，節(jié)約了回收水的處理費(fèi)用，是回收節(jié)能效果最好的方式。缺陷：系統(tǒng)初始投資大，操作不方便。

3 在蒸汽鍋爐運(yùn)行中最大的問題是水的循環(huán)利用率和能源損耗率

蒸汽冷凝水回用中，可以根據(jù)不同的情況選擇不同的回收方式。例如，冷凝水的狀態(tài)參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)條件，回收目的等。同時(shí)，還有一個(gè)不能忽略的問題——即冷凝水的品質(zhì)。冷凝水的品質(zhì)是影響冷凝水回收再利用的關(guān)鍵。

例如，本地部分企業(yè)鍋爐房冷凝水顏色發(fā)紅甚至呈現(xiàn)出醬油色。通過對(duì)鍋爐房冷凝水，蒸汽，水源，管網(wǎng)系統(tǒng)等的具體數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)冷凝水的PH 值在6.0～8.0 之間，且存在大量的鐵銹雜質(zhì)，鐵含量濃度較大。這是因?yàn)樵加盟膲A性越高，在加熱過程中，水中的HCO3就會(huì)隨著溫度的升高而發(fā)生分解，分解出的汽體CO2會(huì)在回收管中凝結(jié)，導(dǎo)致回收的冷凝水PH 值下降，呈現(xiàn)出酸性。酸性的冷凝水鐵離子嚴(yán)重超標(biāo)，水質(zhì)出現(xiàn)問題，且嚴(yán)重腐蝕回收管線，因此無法實(shí)現(xiàn)回收利用。

目前，最常用的兩種冷凝水處理技術(shù)

3.1 化學(xué)藥劑法

這種方法是指在鍋爐的蒸汽口或者是前面投加皮膜胺，揮發(fā)性氨，以此改善回水的酸堿度，在回收管線內(nèi)形成保護(hù)膜，減少腐蝕的發(fā)生，提高回收水的水質(zhì)，使其達(dá)到回收利用的標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)約能效。但這種方法常常達(dá)不到預(yù)想的處理效果。其原因很多，有系統(tǒng)本身的問題，也有特定工藝造成的，總之加藥處理的效果不是很穩(wěn)定，而且其運(yùn)行費(fèi)用也很高，整體經(jīng)濟(jì)效益不理想。

3.2 除鐵過濾器

.但冷凝回水的溫度較高，運(yùn)用傳統(tǒng)的過濾方式很難達(dá)到預(yù)期目的，存在著諸多的問題。

第一，在除鐵過程中，因?yàn)槔淠疁囟冗^高，濾材在高溫條件下會(huì)釋放一些硬度，導(dǎo)致回水硬度過高，無法回爐直接使用。因此，必須在過濾后增加適合高溫條件的軟化系統(tǒng)。這樣在無形中了增加費(fèi)用，使系統(tǒng)運(yùn)行過程復(fù)雜性增大。

第二，反洗是過濾系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行的基本保證。反洗時(shí)要求濾料的膨脹率高于50%，否則系統(tǒng)不能清洗干凈，會(huì)降低過濾效果。同時(shí)，要提高反洗效果，達(dá)到反洗要求，反洗的水流速度，壓力都要很高，水量要達(dá)到過濾總水量的5-10%。因此需要配備壓力很高的供水系統(tǒng)。這對(duì)于有固定軟化水供水量的系統(tǒng)，很難實(shí)現(xiàn)這多余的反洗水量的供給。

4 冷凝水回收意義

對(duì)冷凝水中的熱量和水量進(jìn)行回收利用，對(duì)企業(yè)而言意義重大：

4.1 減少了燃料的投入，節(jié)約了成本。

4.2 冷凝水回收處理后的再利用，可以減少鍋爐設(shè)備工作中工業(yè)水的使用量，節(jié)約了用水。

4.3 燃燒投入減少，意味著燃料燃燒過程中煙塵，二氧化硫的排放也相應(yīng)減少，大氣污染也隨之減少。冷凝水的回收再利用，消除了直接排放過程中的熱氣產(chǎn)生，工人的工作環(huán)境也得到了改善。

4.4 發(fā)揮鍋爐潛能，提高鍋爐設(shè)備的工作效率。冷凝水回收再利用 過程中，鍋爐供水溫度提升，鍋爐在實(shí)際工作中熱效提高，同時(shí)也節(jié)約了燃料。

5 經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算

5.1 節(jié)約用水量

按蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量：如果能夠?qū)⒗淠?5%進(jìn)行回用，可以節(jié)約的水量是非?？捎^的。按4 噸/小時(shí)蒸汽系統(tǒng)，每小時(shí)綜合用水5 噸，當(dāng)每天24 小時(shí)運(yùn)行時(shí)，每年360 天計(jì)算。僅計(jì)算正常的蒸發(fā)用水為：5 噸X24 小時(shí)X360 天=43200 噸；如果99%能夠回用，回收的水資源為42768 噸，如果再加上軟化43200 噸水時(shí)，樹脂再生反洗用水，4320 噸（約10-12%）；鍋爐采用回用水后的排污減量4320 噸（10%），按綜合水費(fèi)(含水處理費(fèi)用)5.5 元/噸計(jì)算。

5.2 節(jié)約的能源費(fèi)用

能源的計(jì)算是按照水的蒸發(fā)熱進(jìn)行的，假設(shè)，采用煤作為能源，煤的價(jià)格定在500 元/噸，發(fā)熱量按23 MJ/KG 計(jì)算；一噸煤可以產(chǎn)生6 噸蒸汽，即每噸蒸汽耗煤0.17 噸；回水溫度在50 度時(shí)熱焓為209.33KJ/KG和自來水溫度20 度時(shí)熱焓為83.95KJ/KG，之間的熱焓差值為為125.38KJ/KG。

5.3 總節(jié)約費(fèi)用

將以上二項(xiàng)費(fèi)用節(jié)約歸總：

不使用回收冷凝水的系統(tǒng)：用水量43200 噸，費(fèi)用237600 元，用煤耗量5529.6 噸，費(fèi)用2764800，合計(jì)費(fèi)用300.24 萬元。

使用回收冷凝水的系統(tǒng)：用水量5193.6 噸，費(fèi)用2596800 元，用煤耗量5193.6 噸，費(fèi)用2596800 元，合計(jì)費(fèi)用260.63 萬元。

由匯總的數(shù)據(jù)表明，在4 噸/小時(shí)蒸汽鍋爐中，當(dāng)采用合理的冷凝水回收技術(shù)后，如果回水利用率達(dá)到95%，那么二項(xiàng)基本消耗費(fèi)節(jié)約的費(fèi)用總計(jì)，若按鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行，在一年內(nèi)可以達(dá)到39.61 萬元。

6 結(jié)論

隨著新技術(shù)和新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，現(xiàn)有的一些冷凝水回收系統(tǒng)也在不斷的完善和發(fā)展，其適應(yīng)性也在逐步的增強(qiáng)，但在實(shí)際工作中，該項(xiàng)技術(shù)的利用率較低，如果政府及廣大企業(yè)用戶能夠充分意識(shí)到其優(yōu)勢(shì)，合理的加以利用和引導(dǎo)，其不僅僅是對(duì)一個(gè)企業(yè)產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)利益上的節(jié)約，而會(huì)由點(diǎn)到面，在水資源、能源、環(huán)保等多方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。