（化学工程专业论文）蒸汽凝结水系统节能降耗过程研究.pdf

摘要 蒸汽凝结水是在石油炼制生产过程中蒸汽经换热后凝结产生。由于蒸汽管网 布局不合理或者设备选用不当造成蒸汽大量排放，同时由于生产过程中存在设备 泄漏以及腐蚀造成凝结水水质不达标而大量排放，这不但造成企业经济损失，而 且增加了污水处理的压力，加重了环境污染，因此做好蒸汽凝结水回收系统的节 能工作具有重要意义。 本文分析了锦西石化分公司的蒸汽凝结水系统节能改造前的工艺设备状况， 通过合理布局乏汽管网并选择性能可靠的疏水设各优化蒸汽疏水系统，节汽效果 明显；在采用多点前沿加设凝结水自动泵的基础上，建立分区域开式加压的凝结 水回收网，既减缓了对凝结水自压回流的阻力，又强化了凝结水的回送效果；最 后在凝结水处理工艺中加设表面冷凝液过滤器和精密过滤器，用来增强水处理系 统除油、除铁效率，使处理后的凝结水达到锅炉给水质量要求。 蒸汽凝结水系统改造于2 0 0 5 年1 1 月底完成，经过一年的运行，分公司全年 节约低压蒸汽3 5 0 万吨，回收蒸汽凝结水1 1 2 万吨，经处理后水质达到锅炉给水 要求。实际证明现有工艺设计合理、操作简单、运行平稳。本文对蒸汽凝结水系 统的经济效益进行了初级核算，年经济价值1 1 9 9 8 0 万元，具有良好的发展前景。 关鲁皂词：蒸汽凝结水：节能；回收；改造 a b s t r a c t s t e a mc o n d e n s a t ew a sp r o d u c e db ys t e a me x c h a n g i n gh e a td u r i n go i lr e f i n i n g l a r g ea m o u n to fs t e a mw a sd i s c h a r g e db e c a u s es t e a mn e t w o r k sw e l _ eu n r e a s o n a b l y d e s i g n e da n de q u i p m e n t sw e f ea p p r o p r i a t e l yc h o s e n a tt h es a m et i m e c o n d e n s a t i o n w a t e rq u a l i t yc o u l dn o tm e e ts t a n d a r d sd u et ol e a k i n ga n dc o r r o s i o no ft h ed e v i c e s ， w h i c hd i d n lo n l yb r i n go u te c o n o m i cl o s sb u ta l s oi n c r e a s e dp r e s s u r eo f d e a l i n gw i t h s e w a g e t h e r e f o r e i ti sv e r yi m p o r t a n tt od ow e l le n e r g y - s a v i n gw o r ko fr e c o v e r y s y s t e mo f s t e a mc o n d e n s a t i o nw a t e r i nt h i sw o r k , w ea n a l y z e d p r o c e s se q u i p m e n tc i r c u m s t a n c eb e f o r em o d i f y i n g e n e r g y - s a v i n go fr e c o v e r ys y s t e mo fs t e a mc o n d e n s a t i o nw a t e ro f j i n x ip e l x o c h e m i e a l c o m p a n y s t e a m - s a v i n ge f f e c tw a so b v i o u sb ym a k i n gr e a s o n a b l ep i p en e t w o r k sa n d c h o o s i n ge x c e l l e n te x p o r tw a t e re q u i p m e n t ；r e o v e r yn e t w o r k so fs t e a mc o n d e n s a t ew i t s b u i l tb a s e d0 1 1 i n s t a l l i n ga u t o m a t i cp u m p , w h i c hd e c r e a s e dr e s i s t a n c eo fc o n d e n s e d w a t e rr e f l u e n e eu n d e rs e l 殛r e s s u r ea n de n h a n c e de e h o p l e xe f f e c to fc o n d e n s e dw a t e r , f i n a l l y , 8 u l f a c ec o n d e n s i n gl i q u i l df i l t e r a n dp r e c i s ef i l t e rw e r ei n s t a l l e do nt h e p r o g r e s so fd e a l i n gw i t hc o n d e n s ew a t e ri no r d e rt oi m p r o v e e f f i c i e n c yo fr e m o v i n g i r o na n do i l b yd o i n gs o ，c o n d e n s a t i o nw a t e rm e e t q u a l i t y o f b o i l e rw a t e r s u p p l y i n g t h em o d i f i c a t i o no fs t e a m - c o n d e n s a t ec i r c u i th n sb e e nf i n i s h e db yn o v 2 0 0 4 d u r i n g0 n ey e a r , t h eb r a n c hc o m p a n ys a v e d3 5t h o u s a n dt o n so fl o wp r e s s u r es t e a m , r e c o v e r e d1 1 2m i l l i o nt o n so fc o n d e n s a t i o nw l t t e ra n dt h ew a t e rw a sm e a s u r e du pt o t h er e q u i r e m e n to fb o i l e rf e e dw a t e r i tp r o v e dt h a tt h ee x i s t i n gt e c h n o l o g yw a s r e a s o n a b l e , s i m p l ea n ds a f e t h er o u g he s t i m a t eo fe c o n o m i ce f f e c t t o s t e a m - c o n d e n s a t ec i r c u i th a sb e e nd o n ei nt h ew o r ka n dt h et e c h n o l o g y , w h i c hw i l l o b t a i n 儿9 9 8m i l l i o ny u a ni nay e a r , w i l lb ec o m p e t i t i v e k e y w o r d s ：s t e a mc o n d e n s a t e ；e n e r g y - s a v i n g ；r e c o v e r y ；m o d i f y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以杯注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼_ 大堂或其他教育t - , r l , p , , 7 的学位或讯书而 使片j 过的材料。与我一同：】j ：作的同志对本研究所做的经何贡献均己征论文s h l 。_ 明确地说明并表示了谢意。 学位沦文作者签名：盛莉 签字同期：z 磊2 月2 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权 灭津犬学可以将2 手何论文的令部或部分内容编入有关数摒席进行榆索，并采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借嘲。网意学校向蹦家柏关郝 门或机构送交论文的复印件和磁盘。 学位论文作者签名 盛韵 签字 = j l 期铷锌z 月：h 导师签名 刻彻主 签字同期：艇钢一月叫同 第一章前言 第一章前言 炼油厂中的公用工程系统和炼油装置很多地方采用蒸汽作为加热热源。由于 泄漏，蒸汽凝结水的带油问题不可避免。这种带油的蒸汽凝结水作为锅炉给水时， 会在锅炉气包内形成焦油似的块状物，影响过热器的传热，甚至引起爆管；或在 碱性条件下产生油泡沫，或在生成水中漂浮水渣，促使蒸汽品质恶化；再者，不 少炼油设备和管道往往由于某些原因会遭到腐蚀，致使凝结水中带有主要是铁和 铜的金属腐蚀产物。因此，炼油厂回收的凝结水必须经过处理后才能作为中低压 锅炉补给水。一座中型的炼油厂平均蒸汽消耗量均在3 0 0 t h 以上，做好蒸汽及凝 结水的管理是炼油厂的一项重要的节能内容。因此，根据凝结水的水质，经过经 济比较，确定适宜的处理方法处理和回收利用凝结水是十分必要的。 锦西石化分公司与北京拓峰阿姆斯壮蒸汽管网节能技术有限公司合作，对锦 西石化分公司的蒸汽系统和凝结水回收与再利用进行节能改造，主要是利用 a n n s t r o m g 公司在蒸汽系统优化改造方面的技术实力与先进设备，对分公司原有 的蒸汽凝结水系统实施技术改造。 蒸汽凝结水系统技术改造具有下列主要特点： 1 、根据锦西石化分公司实际情况，该项技术改造保留了焦化、石蜡、酮苯 和自土车间部分汽泵，其它所有汽泵都由电动泵取代。由此，汽泵产生的乏汽量 将大大减小，也即含油乏汽的量将大大减小。 2 、针对未回收凝结水分布较分散的具体情况，依据经济性和技术可行性原 则，对凝结水采取分区域开式加压的方式进行回收。针对回收区域建立凝结水回 收主管线，各处凝结水靠疏水阎背压输送到本区内凝结水泵，然后通过凝结水泵 加压送至回收主管线，依就近原则分别送至厂东、厂西、厂中三个凝结水站，最 后靠三个凝结水站原有的电动泵和输送管线送至厂东凝结水处理装置的隔油罐。 3 、锦西石化分公司原有凝结水管线共1 2 条，分别送至厂西、厂中和厂东凝 结水站进行回收。随着生产工艺改造，部分凝结水线现已停用，本着节约的原则， 利用部分旧凝结水管线改造原有凝结水系统。 4 、该技术改造项目中，水处理系统加设表面冷凝液过滤器和精密过滤器除 去所含油、铁锈等杂质，处理后水质达到锅炉给水标准供锅炉使用。 本文详细叙述了蒸汽凝结水系统的技术改造，并对改造后所取得的经济效益 进行分析。该改造项目实施后，对节约能源、挖潜增效、减轻环境污染和水资源 的合理利用等方面的工作，都起到了积极地促进作用，对提高企业的竞争力做出 巨大的贡献。 第二章文献综述 2 1 课题的背景及意义 第二章文献综述 蒸汽作为一种热能载体被广泛应用于发电、石油、化工、印染、造纸、轻 纺、酿造、橡胶、陶瓷等工业领域中。蒸汽通过直接或间接的对物料或其它介质的 加热，在各用汽设备中放出汽化潜热后，变为近乎同温同压下的饱和凝结水，由于 蒸汽的使用压力大于大气压力，所以凝结水所具有的热量可达蒸汽全热量的 2 0 - 5 0 “2 1 ，且压力、温度越高，凝结水具有的热量就越多，占蒸汽总热量的比例 也就越大。就凝结水本身而言，它又具有温度高、水质好、不需软化处理的优点， 将其直接送回锅炉或通过与补给水换热后进入水处理装置，这样不仅节约了燃料和 水处理的费用而且降低了补给水的用量。可以看出，1 0 0 的回收凝结水的热量具有 很大的节能潜力。 在炼油企业中，蒸汽是重要的供热热源，随着生产装置及各系统对其热能的利 用，加上管网中的压力损失和热损失，就会产生大量蒸汽凝结水。凝结水所具有的 高回收价值是炼厂节能降耗的重要潜力。但凝结水处理起来比较复杂，不仅因为不 同生产环节的凝结水压力等级、温度、水质情况等不同，需要采取不同的处理方法， 而且大部分凝结水温度接近沸点，在回收管网中容易形成汽液两相流，给泵送带来 困难。同时如果回收管网设计不合理，各装置凝结水温度、压力得不到很好的平衡， 还会造成严重水击，打破设备或管线。因此，如何设计个合理的凝结水回收流程， 选择合适的设备，对炼厂节约能源、提高系统热效率、增加经济效益、保护环境都 具有重要意义【3 】。同时，随着中国加入w t o ，石油化工市场竞争越来越激烈，降低能 耗、实现低成本战略也是提高企业竞争能力的重要手段。 2 2 1 蒸汽凝结水的回收系统 长期以来，蒸汽凝结水回收都面临着一对无法避免的矛盾，即一方面要尽可能 提高回收温度，提高余热回收率，另一方面又要尽可能不要影响原有生产的正常进 行。因为如果要提高余热回收的品位，就要提高背压，那么在某情况下会影响凝结 水的排放。应该找到一个合适的平衡点，在制定凝结水回收方案时，这点应特别注 意 4 1 。科技的进步推动了凝结水回收技术的提高和发展，包括疏水器技术、耐高温输 第二章文献综述 送水泵极其防汽蚀技术、含有水汽两相流的管网设计技术及相关的电控技术等，使 原来认为不能回收或很难回收凝结水的一些行业和领域现在也能正常地回收运行。 2 2 1 1 凝结水回收的原则 凝结水的回收作为供热系统的最后的环节，要想达到如期的节能效果就应从两 个方面着手阿： ( 1 ) 选择泄漏率低、使用寿命长的疏水器及凝结水自动回收装置。 ( 2 ) 根据系统的工艺方案以及设备的技术要求来选择凝结水回收方案。 ( 3 ) 在满足工艺要求的条件下，凡凝结水有可能被回收的，应尽量采用蒸汽间 接加热方式，以提高回收量。 ( 4 ) 凝结水回收率不得小于6 0 n , 6 。 ( 5 ) 对可能被污染的凝结水，确认有回收价值的，应设置水质监测及净化装置 予以监测回收或净化回收。 ( 6 ) 二次蒸发箱产生的蒸汽和高温凝结水的热能应尽量利用。 2 2 1 2 凝结水回收方法对比分析 通常，凝结水回收系统可分为开式和闭式两大类咖。 ( 1 ) 开式回收系统 开式回收系统是把凝结水回收到锅炉的给水罐中，在凝结水的回收和利用过程 中，回收管路的一端是向大气敞开的，通常是凝结水的集水箱敞开于大气。当凝结 水的压力较低，靠自压不能到达再利用场所时，可利用泵对凝结水进行压送。 开式回收在大多数场合进行了应用，根据在时间工作观察时发现，该方式对每台 用汽设备的疏水器的工作性能有极高的要求。如果在疏水器失效或疏水器的泄漏率 高的情况下都会造成有大量的新鲜蒸汽从集水罐的排气口喷出，造成环境的污染和 能源的浪费。同时由于开式系统在回水缸处与大气相通，这样就不可避免地造成大 量的闪蒸汽的溢出，实际的凝结水温度仅在7 5 左右；又由于空气直接进入系统， 会造成严重的管网腐蚀，所以开式系统的弊端较多，并且系统所得的经济效益差。 总的来讲，余热回收率不会超过5 0 ，软水回收率一般在7 0 左右。这种系统的优 点是技术原理浅显明白，适应性宽，设备简单，操作方便，初始投资小。这种系统 适用于小型蒸汽供应系统，凝结水量较小，二次蒸汽量较少的系统。该系统被采用 时，应尽量减少冒汽量，从而减少热污染和工质、能量损失。见图2 _ 1 。 第二章文献综述 图2 - 1 凝结水开式回牧系统 f , 9 2 - 1 t k q 旧血曙毋咖o f e c l a 砌i g c o a t t a i l w s l e r ( 2 ) 闭式回收系统 闭式回收系统是凝结水集水箱以及所有管路都处于恒定的正压下，系统是封闭 的。其凝结水回输的基本原理为压差式的回收，即用汽设备尾部疏水器处的压力高 于管道阻力和集水罐压力的总和，蒸汽凝结水可以靠压力差回输进集水罐内，虽然 由于压差减少会影响流速，但只要对疏水器排量、管径、管网布置等充分考虑裕量， 问题不难解决。 闭式回收设计可以直接输送高温的凝结水，因而回收系统得以在较高的温度和 压力下运行，这就使空气不直接进入系统，系统内的闪蒸量也会明显的减少，系统 中凝结水所具有的能量大部分通过一定的回收设备直接回收到锅炉里，凝结水的回 收温度仅丧失在管网降温部分，热量得到充分的利用。同时由于封闭，水质有保证， 减少了回收进锅炉的水处理费用。在这里要说明的是：在这种情况下不需要安装蒸 汽疏水阀。如果蒸汽供汽压力高于回水管线的压力，在疏水泵的出口需要安装蒸汽 疏水阀，且该闭式回收一般用于压力低于回水管线压力的工况。闭式回收系统的优 点是凝结水回收的经济效益好，设备的工作寿命长，但是系统的初始投资大，操作 不方便。闭式回收通过提高余热的品位、余热基本无排放和即排即放的回收理念， 实现较高的余热回收率和理想的节能经济效益。随着高温凝结水回收装置的研发以 及国外进口设备的引入( 例如：美国阿姆斯壮公司的凝结水自动回水泵和国内加装 喷射增压回路的离心泵) ，闭式回收系统得以在一定的范围内使用。见图2 - 2 。 第二章文献综述 日求f 垂 l 牲 止目一藏水泵止目一 圈2 - 2 凝结水闭式回收系统 j 龟z - z t h e s h u t t 啦s y s t e m o f c o n d e n s e d w a l m - 相对于开式回收，闭式回收的优点是非常突出的，就是将企业现有的开式系统 改成闭式系统，其增加的节能效益一般也可以在1 年内收回投资。开式回收与闭式 回收对比如表2 - 1 啊。 表2 _ l 凝结水回啦唠式比较 1 - h 二l c o m p a r e o n t h e m o d e o f c o n d e n s e d w s ( e r 开式和闭式回收系统仅仅是凝结水回收系统的大体分类，具体的凝结水回收系 统还要根据具体的项目情况，如凝结水的现场条件、凝结水的状态参数、回收目的 等的不同而有不同的回收系统。值得注意的是，在闭式循环中，如汽轮发电装置中 凝结水都是可以利用的；但开式循环中凝结水是否回收视污染的程度而定。 第二章文献综述 2 工1 3 蒸汽凝结水的输送 为了保证凝结水高效地低损耗输送，凝结水输送系统一般由两部分构成，一部 分为疏水系统，另一部分为凝结水回收装置( 两部分不一定同时存在，要根据系统 的实际情况而定) 。 ( 1 ) 疏水系统 疏水系统的重要设备即疏水器在节能和凝结水回收系统内起到了极为重要的作用。 性能良好的疏水器不但能及时的完成阻汽排水和排不凝性气体任务，而且也是整个 凝结水回收和利用系统的重要门户。一旦使用质量差的疏水设备，不但损失了大量 的新鲜蒸汽，污染了环境，而且回水管线内产生气阻导致凝结水回收系统不能正常 工作( 严重时造成凝结水回收系统瘫痪) 。 ( 2 ) 凝结水回收装置 凝结水回收装置般包括集水罐和凝结水回收泵两部分。凝结水通过疏水器和 回水管线进入集水罐，经过缓冲后由凝结水泵输送至换热设备或除氧器等下级设备。 2 2 2 凝结水的回收途径 一般来说凝结水的回收主要通过两种途径伽：一种是利用凝结水自身的压力通过 疏水器将凝结水输送至除氧器或其它的下一级设备，这种回收方式对疏水器质量以 及阀后背压的确定都有较高的要求。由于凝结水流动过程中压力的降低产生一定量 的闪蒸汽，使管内流动状态十分复杂。一般工程上，对于压力相差较小的回水系统 可加装集水罐来控制压力。另一种回收途径是通过凝结水回收装置来进行加压回水。 2 2 3 凝结水回收设备的确定 由于目前凝结水回收技术的不断提高和完善，凝结水回收设备的不断改进和新型 高性能回收设备的不断研制，凝结水回收系统有效利用凝结水的各种资源的可能性 大大提高。以往，凝结水回收系统采用的回收设备一般是疏水阀、集水箱、普通水 泵等，对于回收系统中存在的问题，如汽水共存而产生的管路里的水击现象，疏水 阀选型不当而产生的漏汽现象，普通水泵运行时产生的汽蚀问题，凝结水不能有效 利用问题等等，随着回收设备的研制和开发逐步得到解决。如为了充分利用凝结水 中的含汽问题和有效利用其能量，在管路里设置凝结水扩容箱，使凝结水闪蒸产生 二次蒸汽，回收闪蒸蒸汽，从而达到能量的充分利用并解决管路里的水击问题。再 如，为解决高温饱和凝结水的泵内汽蚀问题，利用喷射增压原理，并在国外先进 技术基础上，研制的高温饱和凝结水密闭回收装置，解决了离心泵在泵送高温饱和 凝结水时产生的汽蚀问题，并解决了喷射泵喷射增压过程中本身的汽蚀问题，为闭 第二章文献综述 式回收系统充分利用凝结水中的热能，最大量地回收凝结水，节约燃料和软化水， 提高凝结水回收系统的经济性提供了可能。当然，还有其他一些设备，如利用q 熟泵 抽吸闪蒸汽技术研制的j c r s 型无疏水阀的热泵式凝结水回收装置“”，它是利用蒸 汽喷射式热泵，将凝结水的闪蒸汽升压，回收利用，做到汽水同时回收，使可用蒸 汽量大于锅炉的供汽量。并可使凝结水在闪蒸汽被吸走时温度降低，用防汽蚀泵打 回再用，节能效果显著。还有，带自增压环加压装置的蒸汽回收压缩机，可将蒸汽 及高温凝结水以高温方式直接压进锅炉，这种回收设备的回收热效率较高。 凝结水回收装置的完善使凝结水回收系统的回收效率大大提高，装置的选择不 仅要考虑回收系统的具体现场情况，还要考虑实际的用汽条件如蒸汽的压力、温度， 闪蒸汽的回收方式，疏水阀的型式等。 在系统选择时也并非系统的回收效率越高越好，在系统达到回收目的的同时， 还要考虑系统热经济性的问题，也就是在考虑余热利用效率的同时，还要考虑初始 的投入，即项目的经济技术比较，只有通过合理的经济技术比较达到投入和回收的 合理比值才是工程项且的优化方案。由于闭式回收系统的效率较高，环境污染少， 往往被回收项目优先考虑和采用。 2 3 凝结水的利用 作为一种优质的软化水和含高热量的热水，凝结水具有极高的经济价值和广泛 的应用价值，加之高压凝结水降压后产生的二次蒸汽使其被利用的潜能更大。目前 凝结水的利用方式主要有以下几种： ( 1 ) 锅炉补水 理论上讲蒸汽凝结下来的凝结水是含高热的纯净软化水，如将纯净凝结水直接 输送到锅炉，不仅节约了补给水量和水处理的费用，而且减少了加热补给水所需的 燃料费用。这种方式利用凝结水是最有效的途径之一。但实际工作中很难保证凝结 水的品质，由于蒸汽运用场合及工艺的不同，凝结水中往往会含有部分有机物，例 如：油等化学物质和一部分固体污物。所以在保证有效的利用凝结水的前提下，考 虑到运行成本的同时，在把凝结水输送回锅炉之前可以进行必要的水处理，除去凝 结水中的固体污物以及超标的元素含量，以提高凝结水的品质。特别值得注意的是 如果凝结水回到有汽轮机存在的设备时，必须控制凝结水中硅的含量，一旦硅的含 量超标将严重影响汽轮机叶片的工作性能 1 1 o 所以说如果要将凝结水送回锅炉就一定 要监控凝结水的水质情况。 ( 2 ) 换热的利用 换热利用主要适用于： 凝结水的集中处距离锅炉较远时； 第二章文献综述 用汽单位没有锅炉； 凝结水混入具有腐蚀性的污染物质； 凝结水的水处理费用较高时( 远大于凝结水的自身价值) 。 以上的情况适合锅炉补水的利用方式，通常是利用换热器给锅炉补给水进行加 热或者本着就近利用的原则利用到生产工艺中。 ( 3 ) 闪蒸汽的利用 处于饱和状态下的凝结水一旦排至低压区时，部分凝结水就会产生二次蒸汽， 这种现象即为凝结水的闪蒸。由于闪蒸汽从凝结水中带走大量的热量，所以闪蒸汽 具有很高的利用价值。充分的利用闪蒸汽是凝结水利用的重要组成部分。闪蒸汽的 产生量主要与凝结水前后的压力差和流量有关旧。具体参数如图2 - 3 。 j 一一 。 。 0 o 6 8 9 1 3 7 52 0 6 72 7 5 6 饱和叠结米的压力地- m 2 - s 每立方米凝结水在大气压下黻时形成闪蒸汽的量 f i 9 2 - 3 q u a n t i t y o f f l a s h e d s t e a m w h i c h p o s e d f r o m c o n d e n s e d w a t e r p e r s t e r e u n d e r a t m ( m p h e r e 在一般的情况下，如果闪蒸汽的量较小，就可以直接将闪蒸汽引进软化水箱内， 如果闪蒸量较大可采用以下两种方法。 第种方法是将凝结水引入闪蒸罐，通过闪蒸罐的闪蒸汽进入低压管网或低压 用汽设备。这里应当注意的是，如果低压用汽设备只靠闪蒸汽进行加热时，为保证 低压甩汽设备的蒸汽供给量，应加装新鲜蒸汽补给系统。其主要的功能是通过减压 阀来实现的，当凝结水量减少时闪蒸汽量也减少并造成闪蒸汽压力降低，此时设置 在低压用汽设各前的蒸汽压力传感器将信号传给新鲜蒸汽供给管线上的减压阀，这 时减压阀开启向低压用汽设备补充新鲜蒸汽，真到压力传感器显示达到要求的蒸汽 压力为止关闭减压阀。通过以上的补给装置保证了低压用汽设备的正常用汽量。 枷 狮 撕 狮 *鬻舅*权科、壤g*农科 第二章文献综述 第二种方法是通过加热锅炉补给水或加热其它工艺介质。其整个过程的实现是 通过热交换器来实现的，该过程同样要依据就近的原则，以达到最少热损失的目的。 在某些情况下可以在集水缸上设置填料冷却器，利用软化水喷淋闪蒸汽。 2 4 膜分离技术的发展 常见的水处理技术有物理处理法、物理化学处理法、化学处理法、生物处理法 等。在这些技术中，分离技术得到了更为广泛的应用。如：蒸馏、吸附、萃取吸收 等。但这些传统技术都不同程度的存在着分离效率低、能耗大、对水温要求严格等 缺点。膜分离技术的出现与发展，很好地解决了这些问题1 1 3 1 。作为一种新型的分离 技术，膜分离技术既能进行有效的水净化，又能回收一些有用的物质，同时具有节 能、无相变、设备简单、操作方便等优点，因此使其成为解决当代人类面临的能源、 资源、环境等重大问题的重要新技术【1 4 】。尽管在环保领域的研究和应用刚刚起步， 但已有良好的开端，并在多年研究积累的基础上得到快速发展，在水处理包括废水 治理与实现清洁化生产、城市废水的治理和回用、工业用水物质的回收与水的再利 用、工业废水的治理中成为先进技术，为水处理的技术革新带来新机遇【1 5 】。本文主 要对超滤膜、纳滤膜以及膜生物反应器技术在化工行业水处理中的应用和发展进行 综述。 2 4 1 超滤膜分离技术的应用 超滤是一种压力驱动的膜分离过程，是根据分子的大小和形态而分离的筛选机 理进行分离的【佩啊。自2 0 世纪6 0 年代以来，超滤很快从实验规模发展成为重要的 工业单元操作技术，它已广泛用于食品、医药、工业废水及生物技术工业；在工业 废水处理方面应用的最普遍的是电泳涂漆过程。城市污水处理及其他工业废水处理 领域都是超滤未来的发展方向f l 毋。 超滤膜在含油废水处理中的应用【1 刃。机械行业工件的润滑、清洗和石化行业的 炼制及加工等会产生含油废水，其油一般以漂浮油、分散油和乳化油三种形式存在， 其中乳化油的分离难度最大。用电解或化学法破乳使油粒凝聚的费用较高，而超滤 就不需要破乳直接可将油水分离，特别适用于高浓度乳化油的处理和回收。超滤处 理乳化油废水时，界面活性剂大部分可透过，而超滤膜对油粒子完全阻止，随浓度 增加油粒子粗粒化成为漂浮油浮于液面上，再用撇油装置即可撇除。 2 4 2 纳滤膜分离技术的应用 第二章文献综述 纳滤是2 0 世纪7 0 年代中后期开发的一种新型膜分离过程。由于在渗透过程中 截留率大于9 5 的最小分子约为l n m ，故被命名为“纳滤膜”。纳滤膜的操作压力应 1 5 0 m p a ，截留分子量2 0 0 1 0 0 0 。大部分纳滤膜为菏电膜，其对无机盐的分离行 为同时受到化学势梯度和电势梯度的控制影响，即纳滤膜的行为与其菏电性能、溶 质的菏电状态和相互作用都有关系。纳滤膜的一个很大特征是膜本身就带有电荷性， 通过静电相互作用，阻碍多价离子的渗透，所以它能在很低压力下具有较高脱盐率。 纳滤膜在石油工业废水处理中的应用。在石油开采和炼制过程中，会产生各种 含有机物和无机物的废水，成分非常复杂。采用纳滤膜将原油废水分离成富油的水 相和无油的盐水相，然后把富油相加入到新鲜的供水中再进入洗油工序，这样既回 收了原油又节约了用水嘲。石油工业的含酚废水中酚类物质毒性很大，必须脱除后才 能排放。采用纳滤技术，不仅酚的脱除率可达9 5 以上，而且在较低压力下就能高效 地将废水中的镍、贡等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。 2 1 3 膜生物反应器技术的应用 膜生物反应器( m m b r a n ebio r e a c t o r m 脓) 废水处理技术是把膜分离技术与废 水处理中的活性污泥工艺相结合，将生物反应器与膜组件联用的一项技术。其流程 为：原水进入生物反应器与生物相充分反应后，在循环泵的作用下，流经膜组件， 排放过滤出水，生物相回流入生物反应器。膜组件取代了传统工艺的二次沉淀池， 且比之传统工艺有许多优点： ( 1 ) 膜生物反应器中同时进行生物处理和过滤消毒作用，所以其出水水质良好； ( 2 ) 在反应器中可获得较高的微生物浓度，提高处理负荷； ( 3 ) 水力停留时间与污泥泥龄完全分离。使生物处理过程易于控制且具有更高 的可靠性及灵活性； ( 4 ) 可以截留一时难于降解的大分子有机物； ( 5 ) 设备紧凑，占地少。 膜生物反应器在工业废水处理中的应用。1 9 9 0 年代以来，m 阴的处理对象不断 拓宽，除中水回用、粪便污水处理以外，m b r 在工业废水处理中的应用也得到了广泛 关注，如处理食品工业废水、染料废水、石油化工废水、水产加工废水等，均获得 了良好的处理效果。9 0 年代初，美国通用汽车公司采用外置错流管式超滤膜生物反 应器处理工业和生活混合废水，系统出水c o d 和b o d 5 的质量浓度分别低于4 0 0 m l 和1 0 m g i 脚。某玉米加工厂采用厌氧消化超滤( a d li f ) 膜生物反应器处理玉米加 工废水，c o d 去除率达9 7 ，膜透过液中c o d 的质量浓度可降低到1 0 0 虮以下 l 。 第二章文献综述 2 鲋膜分离技术的应用开发新动向 膜分离技术在水处理中的主要方向为饮用水的制取、工业废水的治理、工业用 水中物质的回收与水资源再利用等。与此同时，对膜及相关过程的规模化、膜污染 的监测与控制、杂化膜过程的研究、操作条件的优化都是研究的主要方向。膜技术 在环保领域的应用将成为国内外重点发展的前沿课题。因此对膜材料提出了更高的 要求，尤其是要制备出适应于环保行业高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料嘲。 膜分离技术用于污水处理能耗低，效率高，工艺简单，投资小和污染轻，膜组 件简洁，紧凑，易于自动化操作，维护方便，于其他污水处理方法相比具有明显的 优势，所以在污水处理中已受到特别的青睐。但廉价、性能完备的膜的制备和膜污 损问题影响着膜分离技术在污水处理中广泛应用。为此研究新材料与开发制膜新工 艺，开发性能完备的集成膜分离技术以及开发膜分离与传统的分离技术相结合的新 型膜分离过程将是未来一段时期内的主要研究方向嘲。另外，由于膜与膜分离技术涉 及到物理化学、数学、生物等学科，且其应用领域多与医学、食品、石油、环境保 护等行业有关，所以，2 1 世纪的膜分离技术将与以上各学科进行更好地交叉结合， 在水处理领域发挥更加重要的作用。 目前，我国国有大中型企业已进入由计划经济转向市场经济、由粗放经营转向 集约经营的关键阶段。在国内市场与国际市场逐步接轨的新形势下，我国工业企业 面临着严峻的挑战。通过技术进步和科学管理，提高经济效益和企业的竞争力，已 成为企业当前最重要的课题之一。对工业企业来说，应用能量系统优化技术来提高 经济效益，是一个十分重要的方面。目前已形成体系并实际应用的三环节技术咖基于 能量转换、利用、回收三个子系统的“三环节模型”，以能量的工艺利用环节为核心， 通过分解协调，在各子系统以模拟为基础的佣经济优化基础上实现全局调优；在全 厂范围内，通过装置优化和热联合、低温热利用和蒸汽动力系统优化的统筹安排， 实现能量系统优化目标。 企业的经营活动，可通过下列公式来反映嘲： b + t = ( s m ) 一0 ( 1 ) 式中，b 为利润，t 为税金，s 为销售收入；( m + o ) 为总成本；m 为原材料费用；0 为加 工费用，由能耗费o c 、设备费o d 、和其它费仉三项构成： 第二章文献综述 0 = o a + 仉+ 0 c ( 2 ) 公式( 1 、2 ) 反映了增加企业效益( 总利税b + t ) 的两大途径：增加从原料到产品的 增值( 即销售收入与原材料费用的差值s _ m ) ，和降低加工费用0 。以加工1 吨原油 为基础来分析，增加s - m ，意味着增加销售收入，同时降低加工损耗；这是着眼于 物料优化的集约。降低o 主要是使( 0 d + 仉) 为最小；在总流程一定的条件下，这是 着眼于能量优化的集约，这实际上正是节能的目标：在能耗费唧设备费o d 之间权衡 使( o d o , ) 最小。 凝结水的利用提高了系统的可靠性，减少了回水热量的损失，即降低了能耗费 o c 。现就利用凝结水的效益估算如下脚： ( 1 ) 回收凝结水的热量，设自来水水温为2 0 c ，回水温度为1 0 0 c 。则每吨回 水- - i n 用热量为3 3 4 5 2 8 k j ，如果在热效率为1 0 0 的情况下，折合标准煤1 1 5 k g 。 ( 2 ) 锅炉水处理每吨的费用为1 1 0 元。 ( 3 ) 自来水费3 0 元吨，按每千克标准煤折合1 4k g 原煤，原煤价按0 2 4 元k g 计，自来水处理损失率2 0 计。则每回收一吨凝结水可节约资金约： 0 2 4 x 1 1 5 x 1 4 + 1 1 0 + 3 0 1 2 = 1 8 4 6 元 对于闭式凝结水回收系统，其总的投资主要有用汽设备的疏水阀的改换或者增 加；回收设备如泵、集水箱、热交换器、扩容器、高性能的回收装置等，以及 保温及管网材料、技术服务、工程施工费用等。几项费用的累计构成全部工程投资， 投资情况需要根据现场条件和项目的可行性分析来确定。而回收项目的经济效益则 是从以下几个方面进行a - f f 的； ( 1 ) 由于采用闭式回收系统，系统封闭运行，使背压提高而减少蒸汽的漏汽量， 产生的效益； ( 2 ) 凝结水的回收节约软化水的价值； ( 3 ) 凝结水回收温度的提高，使锅炉进水温度提高，而节约的燃料耗量产生的 效益。 当然，还有一定的社会效益，凝结水回收可减少蒸汽和凝结水的跑、冒、滴、 漏，和废水排放等产生的污染。很明显，对于凝结水回收系统的效益和投资间存在 着一定的关系，如何使项目在效益与投资中达到一个较为优化的点，是凝结水回收 系统要考虑的热经济问题。通常，项目设计者采用工程技术中常采用的投资回收年 限来确定项目投入的合理性和可行性。在综合考虑了凝结水回收项目的节能与经济 问题后，一个回收系统的社会与经济效益往往是很显著的。 第二章文献综述 2 6 炼油厂凝结水的水处理状况 2 6 1 凝结水品质的定性分析 回收凝结水品质主要指标是硬度、焙干残余物和碱度。不洁净物质一油、 金属腐蚀产物、石炭酸、酸和碱等含量在许多情况下是不同的。 ( 1 ) 凝结水的油污染 从理论上讲，炼油厂各装置回收的凝结水应不含油，但在实际运行中，由于换 热设备本身制造的缺陷、设备不紧密或其它原因，凝结水往往受污染。油在凝结水 中部分溶解，浮在水面上成为珠状或薄膜状，可靠静置、隔油方式除去；溶解的油 则常用吸附或膜分离等方式来清除。 ( 2 ) 凝结水的金属腐蚀产物污染 凝结水系统的腐蚀，在很大程度上是由凝结水和空气经常接触造成的氧腐蚀， 致使凝结水中带有主要是铁和铜的金属腐蚀产物。铁化合物主要是f e 3 0 4 和0 3 等。 目前炼油厂凝结水系统的设计和布置主要是开式系统，因此空气经常和凝结水接触， 使凝结水系统造成腐蚀。 另外，污染物对凝结水系统造成电化学腐蚀。若有氧气存在时会产生电流回路， 此时沉淀物是阳极，而金属是阴极。电解过程虽然很弱，但在沉淀物着床地点会使 金属发生破坏，使管道或其它金属部分发生斑点孔蚀。 炼油厂回收凝结水，主要是回收加热油品用蒸汽的凝结水，由于它不和生水、 循环水接触，故回收的凝结水中的污染物主要是油和铁的氧化物，硬度很小。 2 6 2 凝结水含油所带来的危害 2 6 2 1 水质不好无法作为锅炉给水 水质中的油、电导率等指标超标，所回收的凝结水必须就地排放，这不仅浪费 了大量的凝结水资源，同时也浪费了大量的热值费用。锅炉给水水质不好，极易造 成热力设备结垢、腐蚀、过热器和汽机的积盐等问题，会降低热力设备的热效率， 甚至会影响动力设备的安全经济运行侧。当不合格的凝结水进入锅炉时，会给锅炉的 安全带来极大的隐患。 2 6 2 2 水质中的油给锅炉带来的危害性 由于给水中带油，会给锅炉系统产生严重的危害。 第二章文献综述 ( 1 ) 油质附着在管壁上，受热的时候就会分解生成热导率很低的附着物，严重 影响管壁的传热，造成管壁金属的变形，危及炉管安全。 ( 2 ) 给水中的油会使水形成泡沫及生成水中的漂浮的水渣，促使蒸汽品质的恶 化。 2 6 3 凝结水中金属腐蚀产物所带来的危害 凝结水中铁的腐蚀产物，既有二价铁，又有三价铁，以离子、胶体或悬浮物的 形态存在。各种不同蒸汽的凝结水中，金属腐蚀产物的含量各不相同，而且随着运 行条件的变化而变化。 金属腐蚀产物进入水中，使水中杂质增多，加剧受热面上的结垢过程。含有高 价铁的水垢，容易引起垢下金属铁的腐蚀，而铁的腐蚀又容易重新结成水垢，这种 恶性循环会迅速导致爆管、爆炸事故1 。 2 6 4 凝结水中污染源主要原因分析 通过对蒸汽凝结水回收系统的分析，所回收的凝结水的杂质主要来自以下几个 方面随捌： ( 1 ) 锅炉补给水带入悬浮物和溶解盐，即中压蒸汽的汽相携带； ( 2 ) 凝结水循环系统中，钢制设备和管道中的金属腐蚀产物； ( 3 ) 工艺设备存在泄漏，可能漏入生水造成硬度超标或漏入工艺介质造成 油超标。 2 6 5 凝结水回收水质标准 根据小型火力发电厂设计规范g b 5 0 0 4 9 - - 9 4 第1 0 5 a 条和小型热电站实用 设计手册( 第十一章化学水处理) 的生产回水标准，可回收的凝结水水质标准为嗍： 总硬度小于或等于5i a n o l l ：总铁量小于或等于5 0 0 嵋k 总油量小于或等于1 0 m g t , 处理后的凝结水指标：总硬度小于或等于5p m o l l ：总铁含量小于或等于1 0 0 r t e , t , ：总油量小于lm g l 。 当凝结水水质指标超过e 述标准时，不能作为锅炉给水使用，应降级使用或排放 掉，如可送至常减压蒸馏装置作为电脱盐装置的注水。 2 6 6 凝结水处理设备 第二章文献综述 凝结水处理设备主要有以下两大类t 3 5 1 ： 一类是过滤器，即浮油过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器、纸浆覆盖过滤器、 碳素纤维过滤器和电磁过滤器； 另一类是混床，即深层混床和粉末树脂覆盖过滤器。 前类处理设备只能用来除去机械杂质和不溶性油质；后类设备兼有除盐和除杂 质功能。这两类设备在电厂应用较多；炼油厂中因凝结水基本上不与生水接触，故 凝结水回收系统只采用前一类设备即可满足要求。本文在这里仅介绍几种常用的水 处理设备。 ( - 9 水一水换热器 设置水水换热器主要考虑两点：第一是环保，避免高温凝结水扩容蒸发到处冒 汽，形成白色污染；第二是回收部分热能。 口浮油过滤器 浮油过滤器设备有：立式罐、隔油罐 各装置来的凝结水须先经水质指标检测，符合凝结水回收水质标准时，经浮油 过滤器静置时间达1h 以上，除去大颗粒浮油，然后进入活性炭过滤器进一步除油； 不符合进一步处理条件的凝结水外送给常减压蒸馏装置作电脱盐注水用。 o 碳素纤维过滤器 基本原理 水的过滤过程最初是依靠滤层表面滤料颗粒间小孔的机械阻留和滤料表面的吸 附作用来完成的。当水中悬浮物被截留下来时，它们彼此重叠，架桥而形成一层附 加的滤膜，这层滤膜主要起过滤作用。对于凝结水来说，因为它所含有的杂质都是 很微小的悬浮体和胶体，大都能穿过普通的粒状滤料过滤层，为此碳素纤维过滤器 采用碳素纤维做成套子作滤料，以便截留水中油和铁锈等污物。 在碳素纤维过滤器中，碳纤维套子套在一种特制的多孔管件( 滤元) 上，作为滤 膜，水由管外通过滤膜和孔进入管内进行过滤。碳素纤维过滤器由多根滤元组成。 碳素纤维的性能 碳素纤维是一种高效吸附材料。它是天然或人造纤维经硫化、活化处理后制成的， 具有高度发达的微孔结构，巨大的比表面积，以及众多的官能团，其吸附性能大大 超过活性炭，且耐酸碱、耐高温、易成型和不粉化等。但价格较高，约为颗粒状活 性炭的3 5 倍，其详细特性为：比表面积为l0 0 0 15 0 0m 2 g ；微孔容积大于0 6 m l g ：苯吸附量大于3 0 0r a g g ：碘吸附量大于8 0 0m g g ：吸附脱吸速度比颗粒状活 性炭高1 0 0 多倍；强度高，易再生，易操作，可连续作业。 碳素纤维过滤器的运行 碳素纤维过滤器用于蒸汽凝结水回用，可在不需降低温度的条件下除去凝结水 第二章文献综述 中的悬浮物，且对三价铁离子等杂质也有较好的脱除作用。碳素纤维过滤器可在下 列参数条件下运行：运行流速3 5m h ( 空墒；再生流速5 删m 空塔) ；工作温度小于 1 0 0 c ；t 作压力1 0m p a 。因为碳素纤维的化学稳定性好、比表面积大、吸附能力强， 所以它有良好的除铁、除油效果，可将凝结水的铁含量从7 0 0 陷l 降至2 0 0p 扎； 油含量从6 m g l 降至1 m g