闪蒸蒸汽

回收闪蒸蒸汽的益处、回收方法以及如何将闪蒸蒸汽应用于工厂其他位置以最大化整体效率。

什么是闪蒸蒸汽，为什么应该利用它？

“闪蒸蒸汽”是当高温冷凝水的压力降低时释放出来的。即使是环境室温20°C的水，如果其压力降低到足够低也会沸腾。值得注意的是，170°C的水在低于6.9 bar g的任何压力下都会沸腾。闪蒸过程释放的蒸汽与蒸汽锅炉产生的蒸汽一样有用。 例如，当蒸汽从锅炉中取出、锅炉压力下降时，锅炉中的部分水会闪蒸出来，补充锅炉燃料热量产生的”新鲜”蒸汽。因为这两种蒸汽都是在锅炉中产生的，所以无法区分它们。只有当闪蒸发生在相对较低的压力下，例如蒸汽疏水阀排放侧，闪蒸蒸汽这个术语才被广泛使用。不幸的是，这种用法导致了闪蒸蒸汽在某种程度上不如所谓新鲜蒸汽有价值的错误结论。 在任何寻求最大化效率的蒸汽系统中，闪蒸蒸汽将从冷凝水中分离出来，用于补充任何低压加热应用。以这种方式使用的每一千克闪蒸蒸汽，就是不需要由锅炉供应的一千克蒸汽，也是不会排放到大气中从而损失掉的一千克蒸汽。 回收闪蒸蒸汽的理由在经济和环境方面与回收冷凝水的理由一样有说服力。 有多少闪蒸蒸汽可供利用？ 如果要利用闪蒸蒸汽，了解其可获得的数量是有帮助的。该数量可以通过计算方便地确定，也可以从简单的表格或图表中读取。 示例14.6.1 - 考虑图14.6.1所示的夹套容器 冷凝水以饱和水的状态进入蒸汽疏水阀，表压为7 bar g，温度为170°C。在此压力下，冷凝水的比焓为721 kJ/kg。 通过蒸汽疏水阀后，冷凝水回水管中的压力为0 bar g。在此压力下，每千克冷凝水可容纳的最大热量为419 kJ，最高温度为100°C。多余的302 kJ热量使部分冷凝水蒸发为蒸汽。蒸汽的数量在下文中计算。

在0 bar表压下，从同温度水中产生1 kg饱和蒸汽所需的热量为2257 kJ。因此，302 kJ可以蒸发：

在本示例中，每千克冷凝水产生的闪蒸蒸汽比例等于初始冷凝水质量的13.4%。 如果使用7 bar g蒸汽的设备每小时冷凝250 kg，则在0 bar g下由冷凝水释放的闪蒸蒸汽量为： 0.134 x 250 kg/h冷凝水 = 33.5 kg/h闪蒸蒸汽 或者，可以直接从图14.6.2中的图表读取工厂中常见的中低压力数据。 图14.6.1所示的示例在图14.6.2中表示，显示每千克通过疏水阀的冷凝水产生0.134 kg闪蒸蒸汽。

过冷冷凝水 如果蒸汽疏水阀是恒温型的，排放的冷凝水会过冷至饱和温度以下。较冷冷凝水中的热量会稍少，产生的闪蒸蒸汽量也会减少。 如果示例14.6.1中的疏水阀排放的冷凝水低于蒸汽饱和温度15°C，则冷凝水中的可用热量将减少。 示例14.6.2 考虑在7 bar g下排放且过冷15°C的冷凝水

因此，在本示例中，以低于饱和温度排放的冷凝水已将闪蒸蒸汽比例从13.4%降低到10.4%。 加压冷凝水 示例14.6.3 考虑示例14.6.1中的冷凝水排放到1 bar g加压闪蒸容器 如果回水管连接到1 bar g压力的容器，则可从蒸汽表中查得疏水阀排放处冷凝水的最大热量为505 kJ/kg，1 bar g下的蒸发焓为2201 kJ/kg。 然后可以计算在1 bar g下冷凝水闪蒸的比例：

在本示例中，如果使用7 bar g蒸汽的设备每小时冷凝250 kg蒸汽，则在1 bar g下由冷凝水释放的闪蒸蒸汽量为0.098 x 250 kg/h = 24.5 kg/h闪蒸蒸汽。 因此，闪蒸蒸汽的产生量取决于所使用的蒸汽疏水阀类型、疏水阀前的蒸汽压力以及疏水阀后的冷凝水压力。

闪蒸蒸汽回收容器（闪蒸罐）

闪蒸罐用于按照欧洲压力设备指令97/23/EC分离闪蒸蒸汽。 冷凝水和闪蒸蒸汽进入闪蒸罐后，冷凝水在重力作用下落至容器底部，通过浮球疏水阀排出，通常排至通气的集水罐，然后由泵输送。罐内的闪蒸蒸汽从容器顶部通过管道输送至任何合适的低压蒸汽设备。

闪蒸蒸汽回收容器的选型

选择闪蒸罐尺寸需要以下信息：

• 供应冷凝水到闪蒸罐的蒸汽疏水阀前的蒸汽压力。
• 进入闪蒸罐的总冷凝水流量。
• 闪蒸罐中的闪蒸蒸汽压力。 利用这些信息，结合闪蒸罐选型图表（见图14.6.4），可以确定容器的尺寸。示例14.6.4演示了使用图表进行闪蒸罐选型的方法。 示例14.6.4 确定满足以下条件的闪蒸罐尺寸： 蒸汽疏水阀前的压力为12 bar g，总冷凝水流量为2500 kg/h。闪蒸罐产生的闪蒸蒸汽将供应给使用1 bar g低压蒸汽的设备。 方法：

1. 从”疏水阀前压力”轴上的12 bar g处，水平移动至1 bar g闪蒸蒸汽压力曲线上的A点。
2. 垂直下降至2500 kg/h冷凝水流量水平线的B点，然后沿曲线到达C点。
3. 从C点向右移动至与1 bar g闪蒸线相交的D点。
4. 向上移动至闪蒸罐尺寸并选择容器。 在本示例中，将选择FV8闪蒸罐。

闪蒸蒸汽应用的成功要求

• 要充分利用闪蒸蒸汽，必须满足一些基本要求：
• 必须有来自较高压力应用的持续充足的冷凝水供应，以确保有足够的闪蒸蒸汽可供经济回收。
• 蒸汽疏水阀及其排液设备必须能够在闪蒸系统施加的背压下正常运行。
• 在尝试回收温控设备冷凝水的闪蒸蒸汽时必须谨慎。在低于满负荷时，蒸汽控制阀的关闭动作会降低蒸汽空间压力。如果设备中的蒸汽压力接近或低于指定的闪蒸蒸汽压力，则形成的闪蒸蒸汽总量将很少，此时必须质疑回收是否值得。
• 低压闪蒸蒸汽的需求量必须等于或超过闪蒸蒸汽的产生量。闪蒸蒸汽的不足可通过减压阀的新鲜蒸汽补充。如果闪蒸蒸汽的供应超过需求，将在闪蒸蒸汽分配系统中产生多余压力，需要通过溢流阀排出浪费。
• 可以利用冷凝水中的闪蒸蒸汽用于空间供暖装置——但仅在供暖季节才能实现节能。当不需要供暖时，回收系统变得无效。尽可能的最佳安排是使用工艺冷凝水的闪蒸蒸汽供应工艺负荷——使用供暖冷凝水的闪蒸蒸汽供应供暖负荷。这样供需更可能保持一致。
• 最好在高压冷凝水源头附近实际使用闪蒸蒸汽。低压蒸汽需要使用相对较大直径的管道来减少压力损失和流速，如果闪蒸蒸汽需要输送较远距离，这可能意味着昂贵的安装成本。

闪蒸蒸汽压力控制

• 另一个需要考虑的问题是控制闪蒸蒸汽压力的方法。
• 在某些情况下，闪蒸压力会自行稳定，无需进一步措施。当供需始终一致时，特别是如果低压蒸汽用于产生高压冷凝水的同一设备，只需将闪蒸蒸汽通过管道输送到低压设备，无需其他控制。
• 图14.6.5展示了闪蒸蒸汽回收在多排空气加热器组中的应用，该加热器组为工艺提供高温空气。来自高压段的冷凝水被送至闪蒸罐，低压闪蒸蒸汽用于通过防冻盘管（预热器）预热进入加热器组的冷空气。预热器段的表面积以及进入空气的相对较低温度意味着低压闪蒸蒸汽很容易冷凝。

根据工作温度，闪蒸蒸汽将在某个低压下冷凝，甚至可能是亚大气压。如果现场条件和布局允许，闪蒸罐和排放预热器冷凝水的疏水阀应安装在预热器冷凝水出口下方足够远的位置，以提供足够的静压头将冷凝水推过疏水阀。如果无法做到这一点，可以使用泵送疏水阀来排放预热器盘管和闪蒸罐的冷凝水。 在亚大气压下在预热器中冷凝的蒸汽通常意味着闪蒸蒸汽供应管线上需要安装真空破坏器。这将防止加热器组内的压力变为亚大气压，从而有助于冷凝水流向疏水阀。预热器疏水阀的排放通过重力流动实现。 图14.6.6展示了一个应用，其中闪蒸蒸汽系统通过减压阀供给的蒸汽保持在指定的恒定压力。这确保了在闪蒸蒸汽不足以满足负荷时，低压系统有可靠的蒸汽来源。

闪蒸蒸汽的典型应用

闪蒸蒸汽供需一致 这可实现可用闪蒸蒸汽的最大利用。图14.6.5讨论的空气加热器组就是这样一个系统，但类似的安排在许多其他应用中也是可行的，例如使用辐射板或单元加热器的空间供暖装置。 图14.6.8描绘了一个系统，其中多台加热器由高压蒸汽供应。约90%加热器的冷凝水被收集并送至闪蒸回收容器。这为其余10%的加热器提供低压蒸汽。 使用此系统时，系统总热输出略有降低，因为10%的加热器在较低蒸汽压力下运行。然而，很少有装置在正常负荷以上没有足够的输出余量来承受这一微小降低。 有时会出现一个问题，即利用可用闪蒸蒸汽可能需要多于一台但少于两台加热器。在这种情况下，最好将两台加热器连接到闪蒸蒸汽供应管线上，而不是将多余的闪蒸蒸汽排放浪费。两台加热器一起通常会将闪蒸压力降低到更低水平，甚至降至亚大气压。为了应对这种情况，可以通过减压阀的新鲜蒸汽补充闪蒸蒸汽供应。

另一个供需”一致”的例子是蒸汽加热的热水储水换热器。其中一些换热器在容器底部附近安装了第二个盘管，靠近冷水给水进入的位置。 来自一次盘管疏水阀的冷凝水和闪蒸蒸汽直接送至二次盘管。在这里，疏水阀压降产生的任何闪蒸蒸汽都会被冷凝，同时将其热量释放给给水。典型布置如图14.6.7所示。

这一理念的另一个例子如图14.6.8所示。这里，一台普通的蒸汽-水换热器通过浮球疏水阀将冷凝水排放到一个较小的管壳式换热器（称为闪蒸冷凝器），其中闪蒸蒸汽被冷凝为过冷冷凝水。该装置的安装使得二次流管道与换热器和冷凝器串联。这使得二次回水可以先被冷凝器预热，从而减少对新鲜蒸汽的需求。 如果闪蒸冷凝器中的冷凝水可能是亚大气压的，则需要机械泵将冷凝水提升到任何较高的回水管线。泵排出的动力蒸汽本身在闪蒸冷凝器中冷凝。这样冷凝水的输送几乎不产生额外成本。 必须考虑泵的填充压头，使其大于满负荷条件下闪蒸冷凝器管程的压降。最小600 mm的压头通常可以满足这一要求。

闪蒸蒸汽供需不一致 图14.6.9中的布置是闪蒸蒸汽回收中供需不总是一致的一个例子。 来自三个夹套锅和一个排放袋的冷凝水释放闪蒸蒸汽，但只能用于补充空间供暖装置的蒸汽供应。这在供暖季节是相当令人满意的，只要供暖负荷超过闪蒸蒸汽的可用量。 在夏季，供暖设备不会使用，即使在春季和秋季，供暖负荷也可能无法利用所有可用的闪蒸蒸汽。这种布置并不理想，尽管冬季实现的蒸汽节约很可能足以证明闪蒸蒸汽回收设备的成本是合理的。 有时，多余的闪蒸蒸汽必须排放到大气中，如图所示，溢流阀比安全阀更适合此目的，安全阀通常具有”跳起”或”开/关”动作和设计用于不频繁操作的阀座结构。溢流阀将设定在略高于系统正常压力时开始开启。当供暖负荷下降、系统压力开始上升时，供应补给蒸汽的减压阀关闭。在溢流阀开始开启释放多余闪蒸蒸汽之前，允许压力再升高约0.15至0.2 bar。 如果溢流阀故障，仍可能需要安全阀。安全阀必须设定在溢流阀设定压力和系统设计压力之间开启。通常方便将安全阀安装在闪蒸罐上。 在夏季条件下，有时可能更适合用手动阀（图14.6.9中未显示）旁路闪蒸系统。冷凝水及其闪蒸蒸汽将直接排入冷凝水集水罐，闪蒸蒸汽将在那里排放到大气中。

锅炉排污热回收应用 锅炉水的连续排污对于控制锅炉内TDS（总溶解固体）水平是必要的。连续排污有利于回收排污水的热量，可以实现相当可观的节约。 锅炉排污含有大量热量，可以很容易地作为闪蒸蒸汽回收。通过排污控制阀后，低压水流向闪蒸罐。此时，闪蒸蒸汽不含污染物，与冷凝水分离，可用于加热锅炉给水箱（见图14.6.10）。 从闪蒸罐排出的残余冷凝水可以经过板式换热器，以便在排放前尽可能多地回收热量。以这种方式可以回收锅炉连续排污中总热量的80%。

喷淋冷凝 最后，应考虑闪蒸蒸汽不可避免地在低压下产生但没有合适负荷可利用的情况。 与其简单地将闪蒸蒸汽排放浪费，通常可以采用图14.6.11所示的布置。 当冷凝水集水罐排气口不能引到室外，以及闪蒸蒸汽在机房中排放会造成不利影响时，这种布置非常有用。 在集水罐排气口安装一个轻型不锈钢腔室。向腔室中喷入足够量的冷水以刚好冷凝闪蒸蒸汽。冷却水流量由简单的自力式温度控制器控制，调节到从排气口排出的闪蒸蒸汽量最少。该过程大约每冷凝1千克闪蒸蒸汽需要使用6千克冷却水。 如果冷却水具有锅炉给水品质，则加热后的水加入集水罐的冷凝水中并重新使用。这将在全年持续实现节水。 如果冷却水不适合回收，可以按虚线所示布置安装喷淋管道。冷却水和冷凝闪蒸水将排入废水。