蒸汽锅炉冷凝水热回收的节能设计探讨

蒸汽锅炉冷凝水热回收的节能设计探讨

尹小红

青岛海信日立空调营销股份有限公司，山东 青岛 266000

摘要：本文详细介绍了蒸汽锅炉高温冷凝水的热价值，分析了两种冷凝水热回收的方式及其优缺点，阐述了蒸汽型自动冷凝水回收泵在酒店蒸汽系统的使用情况和有关的节能计算。

关键词：冷凝水的价值；冷凝水热回收；蒸汽型自动冷凝水回收泵；二次闪蒸

1 引言

随着人们物质生活水平的提高，各个城市的酒店项目越来越多，酒店往往含多种功能空间，根据酒店的特殊使用情况，洗衣房需要蒸汽，空调系统加湿需要蒸汽，所以自备蒸汽锅炉在酒店这类项目上成为首选。蒸汽通过换热设备，变成高温冷凝水，在讲究节能减排的今天，冷凝水的节能利用问题也变的日益重要。冷凝水的利用价值包括原水价值，软化价值，除氧价值，脱盐价值，热价值，环境价值。本文将针对某酒店在冷凝水节能方面的设计做进一步探讨。该酒店总建筑面积约5.5万平方米，内设5台2T/h的蒸汽锅炉，用汽情况如下：A；洗衣房用蒸汽，蒸汽压力0.8MPa，用量约1.5T/h。B：生活热水机组用蒸汽，蒸汽压力0.4MPa，用量约4T/h。C：空调热水机组加湿用蒸汽，蒸汽压力0.4MPa，用量约4T/h。锅炉房内设置一台（蒸汽型）自动凝结水回收泵对B，C两部分冷凝水进行回收利用。

2 冷凝水回收的价值

冷凝水回收可以节约锅炉给水的费用、排水的费用，和水处理的费用。酒店锅炉用软化水10m³/h，可以回收的冷凝水约7m³/h。蒸汽锅炉产生的冷凝水温度一般高于70℃，而排水的温度要低于40℃，把7m³/h、80℃左右的高温水降到40℃以下，需注入10℃的自来水约4 m³/h，酒店锅炉按每天工作20个小时计算，合计消耗80m³/h·每天。

冷凝水是蒸馏水，其TDS（溶解性总固体，是溶解在水中的无机盐和有机物的总称）的含量很低,通常不超过20ppm，而锅炉TDS含量越高排污次数越多，由此可见，利用凝结水作为补水可以有效的减少锅炉的排污次数.从而使锅炉节省燃料，节省化学处理的用量，以及水的用量。

锅炉额定能力是指给水温度在100℃时锅炉蒸汽的产量，低的给水温度将减少蒸汽的产生量，给水温差所造成的锅炉的理论与实际上的蒸汽产量差别被称为“蒸汽系数”。例如:当没有凝结水回收时，给水温度是5~15℃，那么，锅炉在额定工作压力下的蒸汽产量(理论上)将降低12%。^【4】

蒸汽释放其潜热转变为凝结水状态，大约有15%的能量保留在凝结水中，如果把凝结水排放掉，所失去的热能必须通过燃烧更多的燃料来加热低温的补充水来弥补。冷凝水回收最重要的是节约预热锅炉给水的热能。

蒸汽压力降低，凝结水箱内会存在二次闪蒸，这部分蒸汽排至锅炉房内或室外，会产生冒白汽的现象，这将严重影响酒店机房的环境质量，而且存在安全隐患，因此，无论从节约能源，还是从改善机房的使用环境来看，都应该对冷凝水进行回收。

3 冷凝水回收的方式

冷凝水回收的方式有两种：一种是把冷凝水降温，然后利用电泵把冷凝水回收至冷凝水箱；另一种是采用蒸汽动力型自动凝结水回收泵。（本工程采用第二种方式）

方式一：利用电泵打水的方式回收冷凝水，通常，从换热机组出来的冷凝水先回收至生活水泵房和锅炉房的凝结水箱，使水温降至60℃或更低，再通过电泵打水的方式，将冷凝水打至锅炉房的凝结水箱，而离心式水泵不适用于高温冷凝水，因为离心式水泵抽水是通过泵浦转子的转动来实现的，这种转动会使凝结水压力降低，驱动器空转时压力降到最低，当凝结水温度为100℃时，一些凝结水会发生气化现象 (压力越低，饱和温度越低)，多余的热量将再次蒸发，有一部分凝结水便会蒸汽成为蒸汽，当压力升高时，汽泡破碎，液态的凝结水将会高速冲击水泵的叶轮及内壁，这就是气蚀，气蚀会对叶片轴承造成损坏，烧坏泵的马达。为了防止这种现象的产生，实际工程中一般会通过降低凝结水的温度来实现，即利用一个大的未保温的收集箱，将冷凝水回收，集箱内水的温度降至60℃或更低，然后再通过泵送到锅炉的凝结水箱。这种回收方式的缺点是：A: 损失了凝结水中的热量，回收温度低，产生能量损失；B:易出现气蚀，使泵在短期内损坏，影响泵的使用寿命。

方式二：采用自动凝结水回收泵，凝结水回收泵是一种利用浮球机械结构来驱动泵循环的泵，它不会造成气蚀损坏，也没有高速运动的部件，而是利用蒸汽作为动力，不需要电力，液位控制或者其他非机械装置，以上种种均可以使安装简化，保证泵的运行可靠，当凝结水到达回收泵时，它将驱动浮球机构，从而开始泵的循环，保证在一旦产生冷凝水的情况下即回收凝结水，这种泵会自动地对凝结水量的变化作出反应，以适应蒸汽系统中凝结水量的来回波动，这是一种机械式、免维护的能源回收机。

4 工程概述

4.1 设备参数

冷凝水回水器锅炉房内设置冷凝水热回收器一台，型号MFP14，口径DN80*50，回收期本体设计工作压力为1.6MPa，额定排量为8000Kg/h，冷凝水回收泵运行时的动力蒸汽压力为0.4MPa。本项目生活热水冷凝水负荷约3000KW，空调热水冷凝水负荷约3200KW。冷凝水提升高度5m，凝结水箱8m³。

4.2 方案描述

本项目中，洗衣房、生活热水、空调热水这三部分的冷凝水回至锅炉房内的冷凝水回收器，再通过冷凝水回收器回收至锅炉房内的凝结水箱。高温冷凝水释放的二次闪蒸蒸汽一路接至凝结水箱的底部，加热水箱内的凝结水。另一路接至生活水泵房，通过在水箱上部设置一根DN100的水管，将二次闪蒸蒸汽引至生活水泵房，用以作为生活热水换热器的一次侧热源。由此可见，冷凝水产生的二次蒸汽被两次最大程度的充分利用，从而实现节能目的。（见图1）

4.3 系统原理图

图1 冷凝水热回收原理图

5 投资节能回收计算

5.1 原水价值的节能计算

本项目酒店内共设置锅炉5台，总蒸发量为10t/h。

a.空调换热机组和生活热水换热机组能回收的冷凝水约7m3/h。

b.所需要的冷水的量 L_L=L_R[1-(T_H-T_L)/(T_R-T_L)]^【1】

L_L——所需的冷水量。M³/h

L_R——需要排放的热水量。M³/h

T_H——混合水的温度。（℃） 40（℃）

T_L——冷水的温度。（℃） 5~15（℃）

T_R——热水的温度。（℃） 70~90（℃）

L_L=7*【1-（40-10）/(80-10)】=4m³/h

自来水的费用,2元/M3电的费用,0.93元/KW

设年工作时间=5000小时每年；（每天20个小时，每年250天计算）

节省的软化水费用1=5000*2*4=4万元/年

C.把冷凝水排至室外，需设排水泵用电功率1.1KW。

节省的电费用2=5000*0.93*1.1=0.5115万元/年

5.2 冷凝水热价值的节能计算

本项目酒店共设锅炉5台，总蒸发量为10t/h,燃料热量值（天燃气）=34544KJ/m³，燃气市场价按2.5元/m³；假设酒店的年工作时间=5000小时·每年，则：

a.回收冷凝水量=7000Kg/h

b.Q=CM(T1-T2)=4.2*7000*（97-15）=2411KJ/kg^{【2】【3】}

c.回收冷凝水可节约的燃料量=2411000/34544=69.73m³/h

d.每年燃气节省费用3=69.73*5000*2.5=87.2万元/年

5.3 本工程采用蒸汽型自动冷凝水回收泵

冷凝水不需要冷却，通过冷凝水回收泵，直接打至凝结水箱，因此采用冷凝水回收泵可以节省一部分冷却损失。

a.温差热损失（回水温度80℃，电泵打水方式回水温度约为60℃）

从60℃--80℃的热损失

Q=CM(T1-T1)=4.2*7000*20=588000KJ/h

b.温差损失可节约的燃料量=588000/34544=17m³/h

J.每年燃气支出可降低的费用4=17*5000*2.5=21万元/年

6 结论

（1）蒸汽型自动冷凝水回收泵价格为15万元。根据费用4（21万元/年）判断，通过9个月可以回收设备投资。

（2）锅炉补水利用回收的冷凝水可以为业主节省费用为：费用1+费用2+费用3=7.2+0.84+87.2=95.24万元/年。

（3）利用凝结水箱的二次闪蒸，去加热生活热水的供水和提高凝结水内凝结水的水温，不但回收了一部分能量，而且还解决了二次蒸汽直接排至大气产生的水汽现象，从而改善了酒店锅炉房内及室外的环境。^【5】

（4）冷凝水二次蒸汽闪蒸被反复利用，使蒸汽本身的热量得到了充分的回收，水的循环利用率达90%以上，节约了锅炉水和水处理的费用。而采用蒸汽型自动冷凝水回收泵与采用降温回收冷凝水相比，可节约费用约20%。

7 结语

综上所述，在酒店项目中，蒸汽锅炉的冷凝水回收潜力巨大，既可以节约锅炉的燃料，节约锅炉给水的费用，又可以充分利用二次闪蒸蒸汽的潜热，提高锅炉的热效率，节约生活热水一次侧能源，达到节能减排的目的。

参考文献：

[1]建筑给水排水设计手册，第二册，P338，2018-07-10

[2]贺平，孙刚.供热工程（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社,1993-01-01.

[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册(第三版)[M].北京：中国建筑内工业出版社,2008.05

[4]斯派莎克蒸汽与冷凝水系统手册

[5]周蔚.空调冷凝水回收利用技术及实践分析[J].实验室科学，2011，（05）：66-68.

5