工业系统使用蒸汽有两个主要目的:发电,如发电厂或热电联产,以及为加热和工艺系统提供热量。
1kg蒸汽完全冷凝后,在相同的温度和压力下会产生1kg的冷凝水。一个高效的蒸汽系统将重复使用冷凝水。如果冷凝水不回收,既不节省成本,又影响环境,整个系统缺乏技术含量。图1
当饱和蒸汽用于加热时,它会释放潜热(蒸发焓),这是蒸汽中所含能量的绝大部分。冷凝水中剩余的部分热量称为显热(水焓),如图2所示
冷凝水不仅含有一定的热量,而且是蒸馏水,非常适合锅炉给水。高效的蒸汽系统会将冷凝水循环到除氧器、锅炉给水罐或用于其他过程。只有在冷凝水污染后才能将水循环到锅炉中。即使是被污染的冷凝水也可用于其他加热过程蒸汽疏水阀原理图,其所含的热量应在排放前充分利用。
冷凝水通过疏水阀以较高的压力从蒸汽消耗设备中排出。由于疏水阀出口压力低,一部分冷凝水会闪蒸成闪蒸汽(又称二次蒸汽)。闪蒸蒸汽的比例由蒸汽和冷凝水所含的热量决定。一般闪蒸的质量占高压冷凝水的10%~15%,但闪蒸的体积会很大蒸汽疏水阀原理图,冷凝水的排放量为7 bar g。在大气压下,其中13%会闪蒸成蒸汽,占冷凝水空间的200倍,因此疏水阀后的管径需要比阀门前的管径大。
示例:计算闪蒸汽量
7 bar g 的热冷凝水含有 721kJ/kg 的热量。排入大气(0 bar g)时,每公斤水只能含419kJ的热量,余热为721-419=302kJ。会闪蒸成蒸汽,其量由多余热量占低压蒸发焓的百分比决定。在本例中,大气压下的蒸发焓为 /kg。
所以在这个例子中,闪蒸汽的百分比是 = 302/2258 × 100% 闪蒸汽的量是 = 13.4%
除了计算方法外,还可以用一个简单的图表来确定闪蒸汽的比例(见图3)。
示例:使用图表找出闪蒸汽的比例。
疏水阀前压力 = 4 bar g
闪蒸汽压力 = 0 bar g
闪蒸汽百分比 = 10%
闪蒸汽量是决定疏水阀出口管道的最重要因素。
水在锅炉中加热后产生的蒸汽称为直接蒸汽。与闪蒸相比,仅在来源上有所不同。无论是锅炉产生的直接蒸汽,还是自然闪蒸的闪蒸蒸汽,都包含相同的压力。同样的潜热。闪蒸汽的热量可以占到整个冷凝水所含热量的一半,如果直接排放冷凝水和闪蒸汽,就意味着更多的补给水、燃料和运行成本。
疏水阀通常是用于去除蒸汽系统中冷凝水的装置。它可以是疏水阀、疏水泵或泵和阀的组合。疏水阀排放冷凝水的能力取决于其前后的压力差。疏水阀泵或泵阀组合的排量与其运行时的压差无关(但受压力额定值的限制)。
冷凝水回收:高效的冷凝水回收系统,可收集蒸汽设备的冷凝水,返回锅炉给水系统,可在短时间内获得回报,
图 4 是一个简单的冷凝水系统,冷凝水返回锅炉给水箱。
为什么要回收冷凝水?
1. 节省成本
凝析油是一种宝贵的资源,即使是其中一部分也可以经济地回收,仅从一个疏水阀排放的凝析油就值得回收。如果冷凝水不能回收,就需要在锅炉中加入冷水补给水,增加了水处理、水和燃料的成本。
2. 排放限制
比如在英国,法律规定超过43℃的冷凝水不能排入公共排水系统,因为会造成环境破坏,损坏公共排水管道,所以高于这个温度的冷凝水必须排入公共排水系统。在排放之前冷却,这会增加成本。,大多数国家都有类似的限制,如果你不遵守规定,你将需要支付排放费甚至被罚款。
3、最大化锅炉的出力
低温锅炉给水会降低锅炉蒸汽产量。给水温度越低,加热给水所需的热量就越多,因此用于产生蒸汽的热量就越少。
4、锅炉给水质量
冷凝水是蒸馏水,几乎不含任何溶解固体 (TDS)。锅炉需要排污以降低 TDS。回收更多的冷凝水意味着更少的排污,因此更少的能量损失。
冷凝水回收的好处:
减少水费;
降低可能的冷凝水的排放成本和冷却成本;
降低油耗;
锅炉可以产生更多的蒸汽;
减少锅炉排污,从而减少能量损失;
降低水处理成本。
图 5 为相同压力下 1kg 蒸汽和冷凝水所含热量的对比。冷凝水中所含热量的百分比从 1 bar g 时的 18% 增加到 14 bar g 时的 30%,这清楚地表明冷凝水是非常值得回收的资源。
锅炉:
/h 每天 24 小时工作,每周 7 天和 50 周/年(8400 小时/年) 未净化的补充水约为 10°C,冷凝水排放温度为 90°C。未净化水费3元/m?,排放费1/m?。锅炉效率85%,使用天然气成本3.4元/m?约0.34元/kwh。
确定一年内冷凝水回收的价值
第一:确定燃料成本
用公式:Q=CpM⊿t计算将1KG冷水温度升高80℃所需的热量。

Q=热量(千焦);m=质量(kg) Cp=比热(kJ/(kg.℃)) ⊿t=温升(℃)
1kg×4.19 kJ/(kg.℃)×80=335(kJ/kg);那么一年是/h×335 kJ/kg×8400 h/a=/a
如果锅炉平均效率为 85%,加热补给水所需的热量为:
/a/0.85=33106 Gj/a
燃料成本为 94.4/GJ,则冷凝水所含热量为:
年燃料成本=331.6GJ/a×94.4/GJ=31303
第 2 部分 - 确定水的成本
如果没有冷凝水回收,每年需要补充的水量为
8400小时×/小时
/m?
= ?/a
如果水费为3/m3,一年的水费为:
/年×3/m3=元
第 3 部分 - 确定排放费用
如果排污费为1/m3,年排放量为 ,则年排污费为:
/年×1/m3=84000元
第 4 部分 - 冷凝水的总值
下表:
可见即使是1%的冷凝水回收量也能节省不少
若投资5万,冷凝水回收率80%,蒸发量/h,节水及投资回收期为:
节省=×80%×5000/10000=72297/a
投资回收期=50000/72297/a=0.69年








