冷凝水回收简介

关于冷凝水回收和回用理由的介绍，包括能源成本、水费、排放限制和水处理成本。包含潜在节约的计算示例。

冷凝水回收简介

蒸汽的产生通常出于以下两个原因之一：

• 用于发电，例如在发电厂或热电联产工厂中。
• 为加热和工艺系统提供热量。 当一千克蒸汽完全冷凝时，会在相同压力和温度下形成一千克冷凝水（图14.1.1）。一个高效的蒸汽系统将重复使用这些冷凝水。 不回收和重复利用冷凝水在财务、技术和环境方面都没有意义。

用于加热的饱和蒸汽释放其潜热（蒸发焓），这是其所含总热量的大部分。蒸汽中剩余的热量以显热（水的焓）的形式保留在冷凝水中（图14.1.2）。

除了具有热含量外，冷凝水基本上是蒸馏水，非常适合作为锅炉给水使用。高效的蒸汽系统会收集这些冷凝水，将其返回到除氧器或锅炉给水箱，或在其他工艺中使用。只有当存在真正的污染风险时，才不应将冷凝水返回锅炉。即便如此，仍然可以收集冷凝水用作工艺热水，或通过换热器回收其热量，然后将水排放。

冷凝水通过蒸汽疏水阀从较高压力排放到较低压力的蒸汽设备中。由于这种压降，部分冷凝水会重新蒸发为”闪蒸蒸汽”。以这种方式”闪蒸”的蒸汽比例取决于蒸汽和冷凝水中可以容纳的热量。质量百分比10%到15%的闪蒸蒸汽量是典型的（见模块2.2）。然而，体积百分比的变化可能要大得多。7 bar g的冷凝水在闪蒸到大气压时会损失约13%的质量，但产生的蒸汽所需的体积大约是形成它的冷凝水的200倍。这可能产生堵塞尺寸不足的疏水阀排放管的效果，在确定管线尺寸时必须考虑。 示例14.1.1 计算冷凝水闪蒸蒸汽量 7 bar g的高温冷凝水的热含量约为721 kJ/kg。当释放到大气压（0 bar g）时，每千克水只能保留约419 kJ的热量。因此每千克冷凝水中的多余能量为721 – 419 = 302 kJ。这部分多余能量可用于将部分冷凝水蒸发为蒸汽，蒸发量由多余热量与在较低压力下蒸发水所需的热量之比确定，在本示例中即大气压下的蒸发焓，为2258 kJ/kg。

闪蒸蒸汽的主题在模块2.2”什么是蒸汽？“中有更深入的探讨。本模块使用一个简单的图表（图14.1.3）来计算闪蒸蒸汽的比例。 示例： 使用图14.1.3计算闪蒸蒸汽比例： 疏水阀前压力 = 4 bar g 闪蒸蒸汽压力 = 0 bar g 闪蒸蒸汽百分比 = 10% 管道中闪蒸蒸汽量是确定疏水阀排放管尺寸时最重要的因素。

锅炉中通过加热水产生的蒸汽通常称为新鲜蒸汽。新鲜蒸汽和闪蒸蒸汽这两个术语仅用于区分其来源。无论蒸汽是在锅炉中产生还是通过自然闪蒸过程产生，它具有完全相同的放热潜力，并且每种蒸汽都已成功用于此目的。冷凝水产生的闪蒸蒸汽可包含冷凝水总能量的一半。高效的蒸汽系统将回收和利用闪蒸蒸汽。冷凝水和闪蒸蒸汽排放浪费意味着更多的补给水、更多的燃料和增加的运行成本。 本模块将探讨两个基本领域——冷凝水管理和闪蒸蒸汽回收。将概述一些明显的问题领域并提出实用的解决方案。 注：术语”疏水阀”用于表示蒸汽排水装置，可以是蒸汽疏水阀、泵送疏水阀或泵与疏水阀的组合。任何疏水阀排放冷凝水的能力取决于其两端的压差，而泵送疏水阀或泵与疏水阀的组合则能够不受运行压差限制地排放冷凝水（受设计压力等级限制）。

冷凝水回水

一个有效的冷凝水回收系统，从蒸汽使用设备收集高温冷凝水并将其返回锅炉给水系统，可以在极短的时间内收回投资。 图14.1.4展示了一个简单的蒸汽和冷凝水回路，冷凝水返回锅炉给水箱。

为什么要回收冷凝水并重复利用？

经济原因 冷凝水是一种宝贵的资源，即使是少量回收通常也是经济上合理的。单个蒸汽疏水阀的排放通常值得回收。 未回收的冷凝水必须在锅炉房用冷水补给水替代，并且需要额外的水处理和将水从较低温度加热的燃料成本。 水费 任何未回收的冷凝水都需要用补给水替代，这会产生当地水务供应商的额外水费。 排放限制 例如在英国，温度超过43°C的水依法不得排入公共下水道，因为这对环境有害并可能损坏陶土管道。超过此温度的冷凝水必须在排放前冷却，这可能产生额外的能源成本。大多数国家都有类似的规定，水务供应商可能对不合规行为征收排放费和罚款。 最大化锅炉输出 较低温度的锅炉给水将降低锅炉的蒸发率。给水温度越低，加热水所需的热量和燃料越多，从而留给产生蒸汽的热量越少。 锅炉给水品质 冷凝水是蒸馏水，几乎不含总溶解固体（TDS）。锅炉需要排污以降低锅炉水中溶解固体的浓度。将更多冷凝水返回给水箱可减少排污需求，从而减少锅炉损失的能量。 为什么要回收冷凝水并重复利用？

• 冷凝水回收理由总结：
• 水费降低。
• 排放费和可能的冷却成本降低。
• 燃料成本降低。
• 锅炉可以产生更多蒸汽。
• 锅炉排污减少——锅炉损失的能量减少。
• 原始补给水的化学处理减少。 图14.1.5比较了相同压力下每千克蒸汽和冷凝水中的能量。冷凝水中能量与蒸汽中能量的百分比从1 bar g时的18%到14 bar g时的30%不等；显然液态冷凝水值得回收。

以下示例（示例14.1.2）展示了回收冷凝水的经济价值。 示例14.1.2 一台锅炉产生： 10000 kg/h蒸汽，每天24小时，每周7天，每年50周（8400小时/年）。 原始补给水温度为10°C。目前所有冷凝水均在90°C时排放浪费。 原始水成本为£0.61/m³，排放成本为£0.45/m³ 锅炉效率为85%，使用按中断费率计价的天然气，费率为£0.01/kWh（£2.77/GJ）。 锅炉中通过加热水产生的蒸汽通常称为新鲜蒸汽。新鲜蒸汽和闪蒸蒸汽这两个术语仅用于区分其来源。无论蒸汽是在锅炉中产生还是通过自然闪蒸过程产生，它具有完全相同的放热潜力，并且每种蒸汽都已成功用于此目的。冷凝水产生的闪蒸蒸汽可包含冷凝水总能量的一半。高效的蒸汽系统将回收和利用闪蒸蒸汽。冷凝水和闪蒸蒸汽排放浪费意味着更多的补给水、更多的燃料和增加的运行成本。 本模块将探讨两个基本领域——冷凝水管理和闪蒸蒸汽回收。将概述一些明显的问题领域并提出实用的解决方案。 注：术语”疏水阀”用于表示蒸汽排水装置，可以是蒸汽疏水阀、泵送疏水阀或泵与疏水阀的组合。任何疏水阀排放冷凝水的能力取决于其两端的压差，而泵送疏水阀或泵与疏水阀的组合则能够不受运行压差限制地排放冷凝水（受设计压力等级限制）。 冷凝水回水 一个有效的冷凝水回收系统，从蒸汽使用设备收集高温冷凝水并将其返回锅炉给水系统，可以在极短的时间内收回投资。图14.1.4展示了一个简单的蒸汽和冷凝水回路，冷凝水返回锅炉给水箱。

确定回收冷凝水的年度价值

第1部分 - 确定燃料成本 每千克未返回锅炉给水箱的冷凝水必须用1 kg冷水补给水（10°C）替代，且该补给水必须加热到冷凝水温度90°C。（温差 ΔT = 80°C）。 使用公式2.1.4计算将1 kg冷水补给水升温80°C所需的热量。

m为1；ΔT为冷水补给水与回收冷凝水温度之差；cp为水的比热，4.19 kJ/kg°C。 1 kg x 4.19 kJ/kg°C x 80°C = 335 kJ/kg 以平均蒸发率10000 kg/h、设备每年运行8400小时为基础计算，替代补给水中热量所需的能量为： 10 000 kg/h x 335 kJ/kg x 8 400 h/year = 28 140 GJ/year 如果平均锅炉效率为85%，加热补给水所供应的能量为：

以燃料成本£2.77/GJ计算，冷凝水中的能量价值为：

年度燃料成本 = 33 106 GJ/year x £2.77/GJ = £91 704 第2部分 - 确定水成本 水按体积销售，正常环境温度下水的密度约为1000 kg/m³。因此，一年中替代未回收冷凝水所需的总水量为：

如果水成本为每立方米£0.61，年度水成本为：

年度水成本 = 84000 m³/year x £0.61/m³ = £51 240 第3部分 - 确定排放成本 未回收的冷凝水必须排放为废水，也可能被水务部门收取费用。 一年中排放的废水总量同样等于84000 m³ 如果排放成本为每立方米£0.45，年度排放成本为： 年度排放成本 = 84000 m³/year x £0.45/m³ = £37 800 第4部分 - 冷凝水总价值 10 000 kg/h冷凝水排放浪费的年度总价值如表14.1.1所示：

表14.1.1 示例14.1.2中回收冷凝水的潜在价值

在此基础上，如示例14.1.2所示，每10 000 kg/h蒸发量中每回收1%的冷凝水，就可能实现表14.1.1中各项数值1%的节约。 示例14.1.3 如果决定投资£50 000在一个与示例14.1.2类似但总蒸发量仅为5 000 kg/h的工厂中回收80%冷凝水的项目，节约和简单投资回收期为：

此计算示例不包括因正确TDS控制和减少排污带来的节约价值，这将进一步减少水损失和锅炉化学药剂成本。这些在不同地点之间差异很大，但在最终分析中应始终予以考虑。显然，在评估特定项目的冷凝水管理时，必须确定并纳入这些节约。 TDS控制和水处理已在第3单元中讨论。 示例14.1.2和14.1.3中概述的计算方法可发展为强制路径计算的基础，为改善冷凝水回收项目赋予货币价值。 公式14.1.1可用于计算年度燃料节约：

水成本节约可使用公式14.1.2确定：

排放成本节约可使用公式14.1.3确定：

示例14.1.4 一个大型冷凝水管理项目成本为£70 000，预计可回收工厂中额外35%的冷凝水。 锅炉平均蒸发率为15000 kg/h，设备每年运行8000小时。 使用固定费率£0.011/kWh的天然气，锅炉效率估计为80%。 补给水温度为10°C，保温的冷凝水回水管确保冷凝水返回锅炉房时温度为95°C。 水成本为£0.70/m³，总排放成本为£0.45/m³。 确定项目的投资回收期。 第1部分 - 确定燃料节约 使用公式14.1.1：

第2部分 - 确定水和排放节约

使用公式14.1.2计算年度水成本节约：

第3部分 - 确定投资回收期