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蒸汽凝结水闭式回用的难点分析

来源:北京德奥能源技术有限公司 作者:超管 时间:2020/10/31 17:37:14 浏览:419 << 返回

       摘要

       蒸汽作为工业生产中应用最广的热媒,在间接加热设备中释放出潜热以后形成凝结水而尽快排出。蒸汽冷凝水作为余热,含有20-30%的蒸汽热能,又是品质优良的脱盐水。因此,合理而高效地回收蒸汽冷凝水,具有特别的经济效益和社会效益,也是我国大力提倡实现“循环经济”的一个有效途径。

       蒸汽供热系统节能可以从不同环节着手,蒸汽凝结水的闭式回用是提高蒸汽供热系统热效率的重要措施。目前很多工厂企业都在采用这种技术,取代原有的开式回收系统,但有相当多的企业凝结水闭式回收系统并不成功,有的甚至由于闭式系统的投运,影响了蒸汽换热工艺。本文针对蒸汽凝结水闭式回收系统经常出现的问题,进行分析并提出解决方法。

        关键词:蒸汽供热系统、疏水器、凝结水闭式回收、水泵汽蚀

        一.闭式回收凝结水系统的建立

        蒸汽凝结水闭式回收系统可以提高凝结水回收热效率,随着蒸汽压力的提高,闭式回收系统热效率越高。以0.5MPa蒸汽产生的凝结水为例,闭式回收系统较开式回收系统提高热效率30%左右。因此闭式回收系统的建立对于提高整个蒸汽供热系统效率有着重要的意义。

        建立高温凝结水闭式回收系统是一个复杂的综合的系统工程,需综合考虑换热工艺方式、疏水器选型、凝结水管网、闭式回收装置以及高温凝结水的综合利用等各个环节,只有处理好每个环节,凝结水闭式回收系统才能得以成功投运。因此凝结水闭式回收系统的建立必须处理好以下几个问题:

     1闭式系统建立后,疏水器后的背压有所提高,疏水器的疏水能力降低,可能影响生产工艺换热。

     2闭式系统中是汽水两相共存的动态状态,很容易发生汽阻、水击等不稳定不安全问题,同时实际输送能力大大降低。

       3当不同工艺的冷凝水都进入闭式系统时,可能会发生低压冷凝水回水不畅的问题。

       4当用汽设备的疏水点与闭式回收装置之间距离远或跨过马路、建筑物事,需要冷凝水爬高回收时,会出现冷凝水爬高能力不够的问题。

       5当系统个别疏水器漏汽严重,会造成整个系统背压升高时,影响闭式系统平衡,影响其它疏水器正常工作和系统安全问题。

       6输送高温冷凝水水泵叶轮发生汽蚀、导致抽空,设备损坏的问题。

       7凝结水水质问题。

       8疏水背压提高,如何解决失流现象的发生。

        因此我们讲,凝结水闭式回收系统的建立是一个综合的系统的工程项目,在方案设计时,要通盘考虑以上问题。

        二、闭式系统中的疏水器:

        疏水器在蒸汽供热系统中起着重要的作用,是凝结水闭式回收系统的关键环节。疏水器的作用在于“阻汽排水”,同时要迅速排除系统中的不凝气体。一般来讲在闭式回收工艺中选择机械式疏水器即常见的浮球式疏水器和倒吊桶疏水器,热动力疏水器由于其工作原理不适合闭式回收工艺要求。疏水器选型是一项复杂的程序:

        1.确定凝结水量Q。

        2.根据加热工艺形式确定疏水倍率K。

        3.确定疏水背压P2

4.计算疏水器前后压差ΔP

5.根据疏水曲线进行选型。

在疏水器选型时往往被忽略的几个问题:

1)疏水倍率K

  疏水器的疏水能力, 不仅满足系统正常运行状态下排除产生的凝结水要求, 而且须满足在系统启动时产生的过量凝结水的要求。因此选用的疏水器, 其疏水能力大于正常运行负荷, 即选用倍率为许多资料中提出可根据不同情况在内选取, 甚至在凝结水回收遇到困难的情况下, 出现层层放大, 以求排水通畅的现象。疏水器的蒸汽泄漏率与疏水倍率成线性关系,疏水倍率取值越大,疏水器的漏气率越大。

      2)疏水器的气锁现象

     判断一个蒸汽供热系统是否可能会发生气锁现象是选择疏水器的一个决定性因素,当疏水器距离加热设备较远时,以及当冷凝水通过虹吸管或浸泽管进入疏水器时,均会发生气锁现象。蒸汽始终作用在疏水器的入口端导致设备积水无法排除。

     3)群组疏水

     群组疏水是指两个或两个以上的加热设备,使用一台疏水器排除冷凝水的现象。即使换热器的用汽压力相同,处于连续用汽方式,也不主张使用群组疏水模式,毕竟加热工艺要求温度、疏水点疏水器的距离等因素会造成部分加热器疏水出现“短路”现象,而部分加热器出现凝结水排水不畅现象。在闭式回收系统中由于疏水压差更小,更容易出现上述现象。

      三.闭式回收工艺中的凝结水管网

      较开式回收工艺比较,由于疏水背压的提高导致闭式回收凝结水管网的凝结水输送压差更小,同时由于凝结水从疏水器到回收设备间属于汽水两相流动,因此管道部件“三通”、“阀门”、“弯头”、“变径”等对凝结水输送的影响更大。同时由于管道部件的扰动增加了系统阻力。如何降低凝结水闭式回收系统阻力,是建立闭式回收系统的难点。

     一般来讲,凝结水依靠自压输送的流速选择在1m/s左右,但最为重要的还是要根据可利用的静压差来决定疏水管线的管径。由于凝结水的输送过程中,压力逐步降低,导致部分饱和凝结水汽化,产生二次蒸汽,同时疏水器的漏气现象的存在,可能形成“汽阻”现象,大大增加了凝结水的流动阻力,因此在必要时需增加汽水分离点,将闪蒸汽进行分离、稳压,然后输送。对于凝结水管网中的三通,建议采用“斜三通”,来减小分支凝结水对系统的影响。在凝结水管线的连接时尽可能杜绝“T”连接方式。

      四.不同压力等级凝结水的共网回收问题

     在生产过程中,加热设备可能需用不同压力等级的蒸汽进行加热,为了降低一次性资金投入,不同压力等级蒸汽产生的凝结水实现共网回收是必须解决的课题。

     判断不同压力等级蒸汽产生的凝结水是否可以共网回收的主要判定条件为:凝结水混合后温度产生的压力是否大于加热设备中最小用汽压力。凝结水系统的背压是有凝结水的温度决定的,回收点形成的背压是由多路凝结水混合后的温度决定的。因此,各路凝结水的温度、流量均会对背压产生影响。对于符合判定条件的不同压力等级蒸汽产生的凝结水可以通过一套凝结水闭式回收系统来实现闭式回收。

    对于不满足凝结水闭式回收条件的,我们可以通过对高压蒸汽产生的凝结水进行梯级利用,如增设闪蒸罐,闪蒸出低压蒸汽供低压蒸汽热用户使用,分离出来的饱和凝结水再进入凝结水管网实现共网回收。但需要注意的是:这样处理后的凝结水系统同样需要满足共网回收条件。

      五.凝结水闭式回收装置

    凝结水闭式回收装置是整个闭式系统的核心设备,其核心技术是“解决了输送高温水(150℃以下饱和水)水泵汽蚀问题”。该技术与日本的泵前加引流高压水有着本质的区别。闭式回收装置主要技术性能指标:

1) 无漏汽和闪蒸二次汽的排放。

2) 系统平衡、稳定、智能化全自动运行。

3) 无水泵汽蚀现象。

4) 具备完善的液位、压力、温度控制系统。

闭式回收装置是整个凝结水回收系统的终端,其除了具备以上性能的同时必须考虑以下两个方面。

1) 闭式回收系统所回收很多生产工艺的凝结水,其可能包含几十只或上百只疏水器,一旦某一只疏水器损坏发生漏气现象,直接导致整个疏水系统背压的升高,导致整个凝结水回收系统瘫痪。因此闭式回收装置必须具备超压排放的功能。使得闭式回收装置在某个特定的压力点下稳定运行。

2) 闭式回收系统所回收很多生产工艺的凝结水,一旦出现某一个换热器泄漏(如炼油厂的储油罐),污染整个凝结水系统,导致凝结水的COD、PH值、电导率等指标升高不符合锅炉给水要求。因此对于大的凝结水回收系统而言,必须具备完善的检测功能。对将被污染的凝结水分支及时从系统中分离出去,以保证回用凝结水的品质。

        六.凝结水回收方式的选择

          目前国内凝结水回收方式归结起来主要由三种方式,一种是利用开式水箱对凝结水直接回收或加装喷淋系统来回收凝结水。这种做法不仅损失了大量的凝结水热能同时闪蒸汽的排放污染环境,因此这种回收方式已经被逐渐淘汰。其二是以气动回收泵,其原理是:使用蒸汽(或压缩空气)做动力源输送凝结水,没有水泵汽蚀现象。气动泵具有:系统无背压、占地面积小、安装方便,对疏水器性能要求低等优点,但也有不足之处,比如:单机设备回收能力低,凝结水同样存在二次闪蒸浪费,凝结水输送距离受限制、设备自身调节性能差等缺点。因此,我们说气动泵适合应用于:凝结水温度低、水量小的凝结水回收工艺。其三:是闭式回收装置,该设备彻底消除了凝结水闪蒸汽的二次排放,回用更多的热能;彻底消除了输送饱和凝结水水泵汽蚀的难题。但该设备具有回收能力大,设备本体控制系统完善,可以做到连续输水。但也有不足之处:如对疏水器的性能要求高,凝结水管网设计繁琐,一次性资金投入高。

        以上提倡的两种回收方式,各有优缺点。因此,判断一个凝结水回收系统究竟选择哪种回收方式,因根据本身工艺特点出发,从蒸汽凝结水的温度、流量,工艺生产的特点(比如连续生产还是间断生产),以及凝结水低温余热的利用情况综合来考虑。

        总结:闭式回收蒸汽凝结水,可以提高整个蒸汽供热系统热效率,节约一次能源,实现很好的经济效益和社会效益。但是,建立凝结水回收系统不是简单的更换设备,而是一项繁琐的系统工程,需要从换热工艺入手对换热器形式与特点、疏水器、凝结水管网、凝结水品质等环节详细调研,从而建立起适合自身工艺的特点的闭式回收系统。

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