蒸汽鍋爐冷凝水零排放技術分析及經濟效益測算

李光資 王 玉

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院南陽分院，河南 南陽473000）

我國是一個水資源匱乏的國家,隨著國民經濟的發展，水資源存在的問題會越來越嚴重，對于地方使用蒸汽的小型企業，凝結水的回收利用是十分重要的環節。凝結水含有蒸汽總熱量的20%～30%，而且品質優良，是相當可觀的余熱資源。本文通過對凝結水回收方式的比較、凝結水回收后的處理及凝結水回收后折算為標準燃料的經濟價值的介紹，為小型企業的節能減排提供一個比較好的思路。

1 凝結水回收的目的

工業用水主要包括冷卻用水、熱力用水，而蒸汽鍋爐在工業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而產生蒸汽，利用蒸汽的熱能進行生產和換熱處理。然而在實際使用過程中，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含的熱量基本都被丟棄。其原因是因為將蒸汽中熱傳效率較低的冷凝水快速排放出去是提高蒸汽使用設備加熱效率的關鍵。然而，蒸汽使用后的冷凝水依然蘊含許多熱量，有效的減少這部分熱量的浪費，提高其利用率，將會極大的提高節能效益。在造紙、制藥、印染、化工等生產工藝中，用汽設備工作后，釋放出蒸汽中的潛熱，轉變為溫度和壓力幾乎一樣的飽和冷凝水。壓力越大，溫度越高冷凝水所蘊含的熱量就越多，在總體的蒸汽中所占的比例就越大。上述這些行業的用汽設備在工作中所產生的飽和冷凝水熱量達到蒸汽全熱量的20% ～30%，且水質良好，溫度較高，如果能夠對其回收，并加以有效利用，則鍋爐所需要的燃料可節約20%～30%。因此，回收冷凝水是符合政府提倡的“清潔生產、節能減排”大方向的。

2 冷凝水回收系統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備工作時產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。其優點是：投資少，成本低，設備簡單，易操作。需要注意的事項是：該方式只能回收溫度在80～100℃度以下的熱能，溫度高于100℃會因為沸騰蒸發成為二次蒸汽蒸發掉。在使用過程中，應該盡量控制溫度，減少冒氣蒸發量，減少污染，減少能量損耗。使用范圍：只能適用于凝結水量，二次蒸汽量較少的小型蒸汽設備。

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，利用除氧器進行冷水軟化，熱水混合，然后進行預加熱，通過水泵供給鍋爐，以此來實現熱能的有效利用。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，通過回收加壓設備直接將其輸送到鍋爐內。優點：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，凝結水的回收溫度僅喪失在管網降溫部分,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，因為密閉恒壓，減少了水質污染，節約了回收水的處理費用，是回收節能效果最好的方式。缺陷：系統初始投資大，操作不方便。

3 在蒸汽鍋爐運行中最大的問題是水的循環利用率和能源損耗率

蒸汽冷凝水回用中，可以根據不同的情況選擇不同的回收方式。例如，冷凝水的狀態參數，現場條件，回收目的等。同時，還有一個不能忽略的問題——即冷凝水的品質。冷凝水的品質是影響冷凝水回收再利用的關鍵。

例如，本地部分企業鍋爐房冷凝水顏色發紅甚至呈現出醬油色。通過對鍋爐房冷凝水，蒸汽，水源，管網系統等的具體數據分析，發現冷凝水的PH 值在6.0～8.0 之間，且存在大量的鐵銹雜質，鐵含量濃度較大。這是因為原始用水的堿性越高，在加熱過程中，水中的HCO3就會隨著溫度的升高而發生分解，分解出的汽體CO2會在回收管中凝結，導致回收的冷凝水PH 值下降，呈現出酸性。酸性的冷凝水鐵離子嚴重超標，水質出現問題，且嚴重腐蝕回收管線，因此無法實現回收利用。

目前，最常用的兩種冷凝水處理技術

3.1 化學藥劑法

這種方法是指在鍋爐的蒸汽口或者是前面投加皮膜胺，揮發性氨，以此改善回水的酸堿度，在回收管線內形成保護膜，減少腐蝕的發生，提高回收水的水質，使其達到回收利用的標準，節約能效。但這種方法常常達不到預想的處理效果。其原因很多，有系統本身的問題，也有特定工藝造成的，總之加藥處理的效果不是很穩定，而且其運行費用也很高，整體經濟效益不理想。

3.2 除鐵過濾器

.但冷凝回水的溫度較高，運用傳統的過濾方式很難達到預期目的，存在著諸多的問題。

第一，在除鐵過程中，因為冷凝水溫度過高，濾材在高溫條件下會釋放一些硬度，導致回水硬度過高，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。這樣在無形中了增加費用，使系統運行過程復雜性增大。

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

4 冷凝水回收意義

對冷凝水中的熱量和水量進行回收利用，對企業而言意義重大：

4.1 減少了燃料的投入，節約了成本。

4.2 冷凝水回收處理后的再利用，可以減少鍋爐設備工作中工業水的使用量，節約了用水。

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生，工人的工作環境也得到了改善。

4.4 發揮鍋爐潛能，提高鍋爐設備的工作效率。冷凝水回收再利用 過程中，鍋爐供水溫度提升，鍋爐在實際工作中熱效提高，同時也節約了燃料。

5 經濟效益測算

5.1 節約用水量

按蒸汽鍋爐產生的蒸汽量：如果能夠將冷凝水的95%進行回用，可以節約的水量是非常可觀的。按4 噸/小時蒸汽系統，每小時綜合用水5 噸，當每天24 小時運行時，每年360 天計算。僅計算正常的蒸發用水為：5 噸X24 小時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，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(含水處理費用)5.5 元/噸計算。

5.2 節約的能源費用

能源的計算是按照水的蒸發熱進行的，假設，采用煤作為能源，煤的價格定在500 元/噸，發熱量按23 MJ/KG 計算；一噸煤可以產生6 噸蒸汽，即每噸蒸汽耗煤0.17 噸；回水溫度在50 度時熱焓為209.33KJ/KG和自來水溫度20 度時熱焓為83.95KJ/KG，之間的熱焓差值為為125.38KJ/KG。

5.3 總節約費用

將以上二項費用節約歸總：

不使用回收冷凝水的系統：用水量43200 噸，費用237600 元，用煤耗量5529.6 噸，費用2764800，合計費用300.24 萬元。

使用回收冷凝水的系統：用水量5193.6 噸，費用2596800 元，用煤耗量5193.6 噸，費用2596800 元，合計費用260.63 萬元。

由匯總的數據表明，在4 噸/小時蒸汽鍋爐中，當采用合理的冷凝水回收技術后，如果回水利用率達到95%，那么二項基本消耗費節約的費用總計，若按鍋爐滿負荷運行，在一年內可以達到39.61 萬元。

6 結論

隨著新技術和新產品的不斷出現，現有的一些冷凝水回收系統也在不斷的完善和發展，其適應性也在逐步的增強，但在實際工作中，該項技術的利用率較低，如果政府及廣大企業用戶能夠充分意識到其優勢，合理的加以利用和引導，其不僅僅是對一個企業產生直接的經濟利益上的節約，而會由點到面，在水資源、能源、環保等多方面產生深遠的影響。