高溫凝結水閉式回收工藝的節能減霾效益評估

姚朝飛

摘 要：在以蒸汽為熱媒的生產、生活供熱系統中，密閉式凝結水回收裝置回收高溫飽和凝結水，具有回收效率高、節能減霾效果顯著，得到越來越廣泛的應用，高溫凝結水回收的環保節能效益評估是項目立項、驗收的一項重要工作。本文結合實際生產工藝，講述該工藝節能、減排的計算方法，供設計院、用戶在設備選型時參考。

關鍵詞：高溫凝結水；回收；節能減霾；評估

中圖分類號：TK227 文獻標志碼：A

在市政供熱、電力、石油、化工、造紙及橡膠等高耗能行業中，大部分生產過程是采用蒸汽供熱系統進行，伴隨生產工藝會產生大量高溫凝結水，傳統開式凝集水回收，是凝結水從用熱設備排出，經疏水器進入開式凝結水箱，然后經凝結水泵送入熱力除氧器，與軟化水混合除氧后，再經給水泵送入鍋爐。

開式回收系統回收凝結水時，凝結水在進入開式凝結水箱后，因與大氣相同，導致壓力、溫度驟降，凝結水發生閃蒸，生成閃蒸汽。閃蒸汽逸入大氣，一方面造成10%～15%凝結水的損失，另一方面，閃蒸汽帶走了20%～30%凝結水的熱量，使凝結水的溫度降低。這種開關凝結水回收系統，造成凝結水及其熱能的損失，同時又增加了CO2，SO2等有害氣體的排放，是造成天空霧霾重要成因。

為了減少傳統開式凝結水回收造成的耗能霧霾影響，取而代之的是密閉式凝結水回收裝置研發、應用。該裝置通過引汽噴射泵，擬將生產加熱系統經疏水器回收的凝結水，通過密閉裝置，全部送入除氧器或鍋爐中，由于對凝結水的回收是在密閉系統中實現的，因而實現了最大程度的節能。目前，高溫凝結水回收裝置的環保節能評估是項目立項、驗收的一項重要工作內容。本文中以長慶油田某天然氣凈化廠高溫凝結水回收系統改造為例，介紹密閉式凝結水回收裝置節能、減排指標量化計算方法。

1 系統工藝過程與技術參數

1.1 高溫系統改造前工藝流程說明

長慶油田某天然氣凈化廠高溫凝結水回收系統改造前，凈化區凝結水是通過開式水箱進行加收。系統高溫凝結水匯集到汽水分離器（工作壓力為0.20MPa，對應的飽和水溫度為133℃、液體焓值為559.18kJ/kg）后，然后經總回水管道進入開式水箱（工作壓力為0.1MPa，工作溫度大約是70℃，對應的飽和水液化焓值293.1kJ/kg）減壓降溫后，再進到高位除氧器（工作溫度104℃，液體焓值435.74kJ/kg）除氧后送入鍋爐（工作溫度大約156℃，汽化熱2099.96kJ/kg）。

由于原系統無法解決加壓泵的汽蝕、飽和水二次閃蒸蒸汽收集等問題，故采取將高溫飽和水送入開式凝結水水箱，將133℃高溫降到70℃低溫，壓力從0.2MPa降至常壓0.1MPa，形成低壓低溫凝結水，而后同補充的軟化水一起送入除氧器，加熱升溫到104℃并除氧后進入鍋爐。此工藝過程中產生大量的閃蒸汽直排空中，造成大量熱量損失和汽污染，另一方面，回收的凝結水再次被氧污染，增加了鍋爐水處理成本。

1.2 高溫凝結水回收系統改造后工藝流程情況說明

采用高溫凝結水閉式回收裝置對原系統改造升級后。系統高溫凝結水匯集到汽水分離器（工作壓力為0.20MPa，對應的飽和水溫度為133℃、液體焓值為559.18kJ/kg）后，經總回水管道進入工作溫度120℃（對應的飽和水的液體焓值為503.7kJ/kg）閉式回收裝置，133℃的高溫水進入閉式回收設備產生的閃蒸汽，經過引射器抽吸后連同凝結水用高壓泵送進高位除氧器（工作溫度大約104℃，液體焓值435.7kJ/kg）。過飽和水除氧后再送入鍋爐（工作溫度大約156℃，汽化熱2099.96KJ/kg）。

技改前回收工藝溫度梯降為133℃→70℃→4℃，技改后高溫凝結水回收工藝溫度梯降為133℃→120℃→104℃。由此可見，凝結水回收溫度顯著提高。技改后的高溫凝結水閉式回收工藝流程見圖1。

2 節能計算

長慶油田某天然氣凈化廠供熱中心共有4臺蒸汽鍋爐，經測試，整個凈化供熱系統凝結水平均回水量

G回=30 t/h

經測算，技改前除氧軟化水補水量

G補=10 t/h

技改后為5 t/h。

（1）技改前凝結水采用開式系統回收的熱能損失計算

凝結水采用開式水箱回收的熱能損失分兩部分：①是凝結水進入開式水箱，溫度從133℃降到70℃時損失的熱能（飽和凝結水蒸發量按回水量的16.7%計），②是開式水箱回收的凝結水及補充的軟化水進入熱力除氧器加熱消耗的熱能，回收凝結水的溫度從70℃～104℃，補充軟化水的溫度從20℃～104℃。

①凝結水進入開式水箱的熱能損失

Q損=Q降+Q排=G回·（1-r）（i1-i2）+G回ri1=30×103×（1-16.7%）（559.18-239.1）+30×103×16.7%×559.18=9.45×106 kJ/h

式中：

i1為133℃飽和凝結水熱焓值。

i2為70℃凝結水熱焓值。

r為開式系統飽和凝結水蒸發率。

②開式水箱凝結水、補充軟化水進入熱力除氧器消耗的能量

Q耗=Q開耗+Q補耗=G回（1-r）（i3-i2）+G補（i3-i4）=G回30×103（1-16.7%）（435.74-293.1）+ G補10×103（435.74-83.7）=7.085×106 kJ/h

式中：

i3為104℃飽和凝結水熱焓值。

i4為20℃常溫水熱焓值。

r為開式系統飽和凝結水蒸發率。

③開式回收工藝能量總損失

Q開損=Q損+Q耗=16.535×106 kJ/h

（2）技改后凝結水閉式回收系統的能量損失計算

采用凝結水閉式回收系統，飽和凝結水二次閃蒸蒸發量很少，可忽略不計。該工藝能量轉換分兩個過程，一是飽和凝結水回水進入閉式設備，水溫下降釋放出的熱量，用于補充的5 t/h除氧軟化水升溫用掉大部分熱量，余下熱量形成部分閃蒸蒸汽通過引射器抽吸進行除氧器。二是凝結水和加熱后的補充水進入除氧器，溫度從120℃下降到104℃，此熱量損失是閉式回收工藝唯一能量損失。

Q閉損=（G回+G補）（i5-i3）=（30+5）（503.7-435.74）=35

×103×67.96=2.379×106 kJ/h

式中：

i3為104℃飽和凝結水熱焓值。

i5為120℃飽和凝結水熱焓值。

閉式回收系統節能計算包括：節能凝結水5t/h和節約能量（兩回收系統損失能量之差），為

Q節=Q開損-Q閉損=16.535×106-2.379×106=14.156×106 kJ/h

3 綜合效益評估

（1）節能效益。生產運行時間為8000h，標準煤價格為320元/t，標準煤的當量熱值為29400kJ/kg，全年節能為

Q節=8000×14.156×106=113.25×109 kJ

全年節能效益為

（113.25×109÷29400）×（320÷103）≈123萬元

（2）節能率。蒸汽鍋爐工作設定溫度156℃，對應汽化熱2099.96 kJ/kg，鍋爐出力30t/h蒸汽，總耗能

Q總耗=30×103×2099.96=62.999×106 kJ/h

節能率為

η能=Q節/Q總耗=（14.156×106）÷（62.999×106）=22.47%

（3）節水效益。技改前，系統補水10 t/h，技改后，系統補水5 t/h，每噸軟化水成本按6元/ h計算，全年節水效益

5×6×8000=24萬元

（4）節水率。技改前，系統補水10 t/h，技改后，系統補水5 t/h，全年節水量

5×8000=40000t

節水率為

η水=5/10=50%。

（5）CO2、SO2減排量。全年節約標準煤為

113.25×109÷29400×10-3=3852 t

年減排CO2為

3852×0.7106=2737t

（噸煤燃燒CO2排放系數為0.7106），年減排SO2（可燃S含量按5%計）：3852×0.01779=68.5 t；（噸煤燃燒SO2排放綜合系數為0.01779）。

結論

通過密閉式凝結水回收裝置工藝流程，節能、減排計算工作步驟：

（1）確立進行節能、減排量化計算比較時所需的工藝方案。

（2）明確工藝流程及主要工藝點工況參數（流量、壓力、溫度）。

（3）明確飽和凝結水、補充軟化水對應不同壓力的焓值（非典型焓值按照插入法計算）。

（4）根據熱能平衡原理，進行熱能變化計算，確定節能量。

（5）依據節約標準煤量、燃燒排污經驗系數，計算減排量。據此得出的節能、減排指標才是有理論根據的，也才是符合生產實際的，才能對節能減排、治污減霾具有指導作用。

參考文獻

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