热力系统节能技术

热力系统节能利用技术,企业余热利用技术,余热利用技术,余热资源概述蒸汽余热回收与利用凝结水回收常压二次蒸汽回收利用热泵原理及应用热管技术及应用高效热交换技术,第一节余热资源概述,1、余热资源定义2、余热资源分类3、可利用的余热资源4、余热利用原理和方法,1、余热资源定义,余热资源是指在目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的那部分能量。余热资源不仅取决于能量本身的品位，还取决于生产发展情况和科学技术水平。余热回收固然很重要，但最根本的问题还在于尽量减少余热的排出，这方面的主要措施是降低排烟温度，热能梯级利用，减少冷却介质带走的热量，减少散热损失，提高热工设备的效率等。,注意,高温烟气余热高温产品和炉渣的余热冷却介质的余热可燃废气、废液和废料余热废气、废水余热化学反应余热,按来源分类,50%,6%4%,15%23%,8%,10%16%,10%以下,2、余热资源分类,表1-1可燃废气、液、料的发热量,按温度分类,高温余热中温余热低温余热,500,200500,200的烟气150的液体,表1-2按温度范围划分的余热资源情况,3.1、石油工业每加工1t原油平均消耗燃料（油及气）42.42kg，蒸汽570kg，电力34.5kWh。统一折算相当于358104kJ。其中50%以上的能源消耗是通过各种油加热炉和蒸汽锅炉，热能损失为加热炉的烟气热、空气冷却器和水冷却器带出热。一座年产250万吨的炼油厂，通过空冷、水冷和烟道三方面排走的热量高达480106kJ/h，其温度都在100550范围内。,3、可利用的余热资源,3.2、化工工业化工企业所消耗的能量约占总能耗的20%，但其能量利用率不高。部分能量由于工艺物流的降温、降压而释放出来，成为废热和废功散失于周围环境中。以轻柴油和石脑油为原料的大型乙烯装置中，裂解气温度高达800左右。可以用来产生高压蒸汽。以重油为原料的合成氨装置，在汽化炉里进行强化放热反应，裂解气温度高达1350，也可以用来产生高压蒸汽。一套年处理量为240万吨重油的大型催化裂化装置，可供回收的能量达2万千瓦，本装置主风机需要动力1.5万千瓦，尚有余力发电，供全厂使用。,表1-4我国主要行业的余热资源情况,4、余热利用原理和方法,4.1、科学用能的概念4.1.1能的可用性：科学用能的概念建立在能的可用性基础之上。所谓能的可用性，是指能量可以利用的程度和限度。4.1.2用能过程中的三条规律：1）能量守恒：在用能过程中，能的数量不变;2）能质贬值：在用能过程中，能的质量下降；3）能可做功：在用能过程中，能的品质依据可能作功的多少来衡量。能的可用性应包括能的数量和质量两大方面利用。应当包括作功能（火用）与不做功能（火无）两大部分利用；同时综合考虑上述三点的恰当配合利用。做到把能源提供的能量“吃干榨尽”，全部实现能的可用性。,4.1.3科学用能的概念1）用能的指导思想追求用能过程的最小不可逆性，实现完全用能。2）用能的基本原则用能方式合理化，按质用能，使供能与用能的品质匹配，实现合理用能。3）用能的主体能的数量利用，尽可能减少外部损失，实现有效用能。4）用能的本质能的质量利用，尽可能降低内部损失，实现充分用能。5）用能的系统工程能的综合利用，主要指作功能与不作功能，功与热，动力与工艺等各种能的应用与配合，实现优化用能。,1）用能的指导思想最小不可逆性，完全用能能量传递过程中不可逆程度取决于传递的动力和阻力。过程不可逆性的存在，造成能量的损失。不可逆损失是热力学意义上的真正损失，称为内部损失，是不可挽回的。许多外部损失也是有内部损失引起的，如摩擦。用能的指导思想就是减少不可逆造成的内部损失，追求生产工艺许可的最小不可逆性。主要要点如下：减小传递的动力：即减小能量传递过程中的温差、压差、位差、势差、密度差、浓度差等等。降低传递的阻力：即进一步的、不断的降低摩擦、热阻等，为此必须提高设备制造精度，改进工艺流程，开发新设备等等。最小不可逆条件下的用能量潜力约占实际消耗量的2535。度量过程不可逆程度的尺度是体系的熵增Ssy,由于不可逆而造成的内部损失Ein是体系的熵增与环境热力学温度Ta的乘积，即EinTaSsy,2）用能的基本原则合理用能按质用能：使用能与供能的品质（能级）尽可能相当。能的品质系数（能级），是以能的作功本领来度量的，即总能E中所含火用Ex的比例，故=ExE对热能，h=1-Ta/T对电能，e=1对机械能，m=1对水蒸汽能，st=1-Tas/h式中，Ta-环境温度；T-热源温度；s-水蒸汽的熵；h-水蒸汽的焓。简单用能：要尽量减少能量传递次数和环节。每多一次传递，多一个环节，就多一次不可逆损失。因此，在达到生产目的和工艺要求的条件下，用能的环节越简单越好，传递次数越少越好。这要求不断改进工艺，减少设备，缩短管线。,3）能的数量利用有效用能减少能量的外部损失，更多地利用能的数量，实现有效用能。外部能量损失的主要形式为功损和热损（冷损）。表现形式如排烟损失、排气损失、冷却热损失、散热损失、不完全燃烧损失、摩擦损失、空载损失、无功损失等等，重要为能量的流失和漏损，至于纯粹的跑冒滴漏不应考虑（必须杜绝）。增加有效：努力增加已利用能、提高效率，如炉效、机效及其他多种设备效率和能量利用率；减少损失：排烟温度、排气损失、散热损失等；加强回收：回收各种可回收能（余能），再用可再用能（重能）。降低消耗：所用与能源有关的消耗。,4）能的质量利用充分用能按照能的贬值性，能量利用过程就是能量传递过程，而能量传递总伴随着不可逆存在，因而能量在利用过程中数量虽未减少，但质量却一直下降，直到贬值为环境状态，而成为废能。为了使能的质量在贬值过程中被充分利用，须把握如下环节：防止降质：如高压蒸汽节流，高温气体混合降温；又如煤石油天然气燃烧，化学能转变为热能。重点改善燃烧，提高燃烧产物的品味，如预热燃烧、加压燃烧、绝热燃烧等。防止降质。多次利用：梯级利用、多效利用，磁流体发电-燃气发电-蒸汽发电等逐级利用。提高品位：再热循环、压缩升温、利用热泵；低质利用：吸收式制冷、低沸点工质的兰金循环，低质能供热、采暖等。,5）能的系统利用优化用能除了合理的用能方式，有效的能量利用和充分的能质利用外，科学用能还应包括能的系统综合利用按系统工程进行优化用能。实践证明，并不是所有的作功能（火用）都去作功，所有的不作功能（火无）都去供热就最好，而是应当相互配合，使之优化，才能发挥更大作用。不作功能（火无）虽然不能转化为功，但在供热和供冷上却是十分重要的，甚至是不可缺少的。总能系统：考虑了能的数量和质量、做功和供热等优化的用能系统。如电厂的热电合供、合成氨和乙烯的工艺-动力、动力-工艺的总能系统；热泵系统：利用低温热和不做功能的有效手段。如制冷空调热泵、热泵供暖、海水淡化、热泵干燥、热泵蒸馏等。综合系统：考虑了能量的转换、传递、使用和回收四个环节的综合用能优化。,4、余热利用原理和方法,4.2、余热的确定：1）采用测试、统计手段，参照国家标准、行业标准和地区标准，分析余热资源的数量和质量。2）余热的评价标准（国家标准）：GB/T3486-1993评价企业合理用热技术导则GB/T3485-1998评价企业合理用电技术导则GB/T7119-1993评价企业合理用水技术导则3）主要设备及工艺的能耗指标：如云南省、辽宁省产业能效指导目录,如表1-5工业锅炉最低热效率标准和排烟温度标准,如表1-6工业锅炉烟气余热回收率标准,4.3、余热回收遵循原则4.3.1优先使用原则：1）对于排出高温烟气的各种热设备，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。2）在余热余能无法回收用于加热设备本身，或用后仍有部分可回收时，应用来生产蒸汽或热水，以及产生动力等。4.3.2热经济性原则：要根据余热的种类，数量，介质温度，排出的情况研究利用的可能性，进行企业综合热效率及经济可行性分析，决定设置余热回收利用设备的类型及规模。4.3.3环保原则：符合环保标准。,4.4、余热回收利用的案例,4.4.1按余热品位，结合工艺确定回收方案如：排烟余热的回收高温烟气发电中温烟气供热低温烟气采暖、热水系统,4.4.2按余热特点回收（1）烟气清洁度清洁烟气余热锅炉易积灰、结垢的烟气热管余热锅炉（2）结合本身工艺需要使用蒸汽工艺，利用烟气余热产生蒸汽；需要热空气工艺，利用烟气余热加热热风（空调）；需要烘干工艺，利用烟气余热进行煤调湿（钢铁行业）。,图1-1化工行业的冷凝水余热回收示意图,4.4.3梯级利用,4.4.4其他利用冷却水：先采暖（热泵供热）后冷却塔多效蒸发：蒸发汽逐级利用，按需要量采用喷射增压法或直接混合法补充不足新蒸汽。造纸余热：纸机三段供汽、蒸球乏汽回收；啤酒：煮沸锅乏汽回收，利用洗瓶机废水废热，采用吸附式热泵供杀菌机杀菌。卷烟：真空回潮乏汽回收、加湿汽回收。,第二节蒸汽余热回收与利用,1、蒸气余热种类2、蒸气余热回收原理3、高温凝结水回收4、高温凝结水的污染与处理5、余热回收典型案例,1、蒸气余热种类,1.1工业动力乏汽1.2二次蒸发汽1.3隧道窑干燥排湿乏汽1.4高温凝结水蒸发汽,1.1工业动力乏汽,1.1.1、分类：1)有污染乏汽：如：蒸汽锻锤乏汽，造纸蒸球乏汽，卷烟真空回潮乏汽，硫化胎囊乏汽（和氮气混合）；2)无污染乏汽：如：蒸汽系统超压排气。1.1.2、回收原理及方法：1）影响乏汽的因素：时效性、背压影响、换热效率；2）原理：直接换热：喷淋，引射，蓄热。间接换热：热交换，热吸附。3）考虑除味、过滤、活性炭吸收特殊气体等（硫化胎囊乏汽回收）。,1.2、二次蒸发汽,1.2.1、分类：1）有污染乏汽：蒸煮设备二次蒸发汽（制糖、啤酒、化工等）；硫化罐、水泥养生罐等排放乏汽；2）无污染乏汽：高温凝结水二次蒸发汽；热力除氧器排出汽；循环冷却塔蒸发汽。1.2.2、回收原理及方法：1）影响因素：时效性、背压影响、换热效率；2）原理：直接换热：喷淋，引射，加罩（隔离与引导）。间接换热：热交换，热吸附。3）按品位回收,1.3、隧道窑干燥排湿乏汽,1.3.1、分类：化工除湿烘干隧道窑，造纸除湿烘干，化纤纤维除湿烘干，卷烟行业挂杆复烤烘干线，造纸、印染、纺织滚筒烘干机：1.3.2、回收原理及方法：1）影响因素：时效性、背压影响、换热效率；2）原理：直接换热：喷淋，引射，陶瓷材料蓄热，加罩（隔离与引导）。间接换热：热交换，热吸附。3）特点：品位低、取热难、利用设备占地大。,2、蒸气余热回收原理,2.1、做功（一般为过热蒸汽余热）2.1.1采用余热锅炉发电：2.1.2驱动汽轮机拖动转动设备：如风机、水泵等。2.1.3做可溶、无污染介质压力驱动源：如压送水、凝结水等。2.1.4吹扫、除尘：2.2、传热（一般为饱和蒸汽余热）2.2.1热交换：1）直接接触换热：喷淋、汽水喷射泵、直接混合；2）间接换热：通过换热器等与被加热介质换热。2.3、技术难点：1）背压问题（真空回潮、锻锤、反应釜排汽）；2）蓄热问题（化工、造纸等蒸汽化料后排汽）；3）过滤问题（硫化、蒸球排汽）,2.4、案例：驱动汽轮机拖动转动设备,3.0MPa降压至1.8MPa时，拖动和减温减压的经济分析,蒸汽减温减压（以15t/h高压蒸汽量为例）：蒸汽的流量增加量：G1=Ggs(h2h1)/(h1h0)=15103(3115.7-2930)/(2930-83.9)=0.98t/h价值(运行8000h/y,120元/t）：M11=0.981208000/10000=94.08万元。蒸汽拖动汽轮机：拖动汽轮机产生的电机功率：Kw=Gs（h1-h2）62%/3600=15103(3115.7-2930)62%/3600=479.7KW价值(运行8000h/y,0.6元/度）：M12=479.70.68000/10000=230.25万元。经济性对比：拖动汽轮机比减温减压增加价值：M1=M12M11=136.17万元。采用拖动汽轮机所需投资：N60万。投资回收期：K=N/M10.44年,2.4、案例：汽水喷射泵,射流泵结构喷嘴吸入室喉管入口喉管扩散管,射流泵的主要性能参数,1.压力比：h=射流泵的压力工作压力=射流泵排出压力与吸入压力之差工作流体压力与吸入压力之差2.流量比：q=被吸流体流量工作流体流量3.喉嘴面积比：m=喉管截面积喷嘴出口截面积4.密度比：=被吸流体密度工作流体密度5.基本性能方程：h=f（m,q,）,射流泵基本特性曲线,第三节、高温凝结水回收,一、凝结水的产生1.间接换热产生的凝结水1.1产生饱和凝结水（被加热介质无相变）如果蒸汽的温度等于所在压力对应的饱和温度，称之为饱和蒸汽，饱和蒸汽完全放出汽化潜热后，成为饱和凝结水。饱和蒸汽的总热量等于饱和凝结水的显热和蒸汽汽化潜热的热量之和。高于、等于和低于大气压力时，凝结水都有饱和状态，只是凝结水水温分别大于、等于和低于100。等于大气压力，凝结水处于常压状态，低于大气压力，凝结水处于真空状态。,1.2产生过冷凝结水当被加热介质流速过快，换热器面积足够大时，蒸汽在换热器中完全放出汽化潜热变成饱和凝结水后，仍进一步降温冷却，成为过冷凝结水。,蒸汽t1=t2温度不变，状态改变被加热介质由t1升温至t2,蒸汽t1t2状态和温度都改变被加热介质由t1升温至t2；一般为逆流换热,2.冷启动、输送产生的凝结水2.1冷启动时产生凝结水2.1.1间接换热设备冷启动时产生凝结水（考虑疏水阀排量）2.1.2蒸汽输送管网冷启动时产生凝结水（考虑疏水阀排量）2.2蒸汽输送管网产生凝结水2.2.1无保温管网产生凝结水2.2.2有保温管网产生凝结水3.其他情况产生凝结水3.1汽封冷却产生凝结水3.2空气调节产生凝结水,蒸汽输送管网冷启动时产生凝结水(kg/m),算例：1.计算初始数据：管径DN40，管重g=4.1kg/m；初温0；蒸汽压力0.6MPa；饱和温度165；焓值2064kj/kg；碳钢比热0.49kj/kg;2.计算步骤：2.1每米管道由0上升至蒸汽饱和温度的吸热量：Q1=gcp(tb-t0)=331.49kj/m2.2单位时间完成每米管道升温需要蒸汽放热量：Q2=mhpt/60kj/m1）管网冷启动1小时，单位管长产生凝结水量：m=Q1/hp=331.49/=2064=0.16kg/h2）管网冷启动20分钟，单位管长产生凝结水量：m=60Q1/20hp=0.48kg/h,蒸汽输送管网不保温（保温）时产生凝结水(kg/m),1.计算步骤：1.1单位长度管网散热量：1.2单位时间单位长度管网冷启动需要蒸汽放热量：1.3单位长度管网产生凝结水量：G=(q1+q2)/,1、凝结水的热量饱和状态下，冷凝水显热与蒸汽的总热量有一定的内在关系，饱和蒸汽压力越高，冷凝水显热占蒸汽的总热量比例越大，其关系式可表达如下：=h/h*100%h某温度下饱和水焓(kj/kg)；h同温度下饱和蒸汽焓(kj/kg)。图2-1水水蒸气热力特性,二、凝结水的热力学特性,2.1闪蒸原因：管网的散热和压力损失，一方面使冷凝水温度降低，另一方面造成热能剩余，为饱和冷凝水提供了蒸发的能量，于是产生了闪蒸汽。冷凝水的闪蒸汽并不仅是降至大气压时才发生，但降至大气压时闪蒸量达到最大。闪蒸汽属于饱和蒸汽，而剩下的冷凝水也仍属于饱和水，在压力和温度改变的情况下，汽与水仍可以相应转化，这种汽液两相变化决定了利用冷凝水的复杂性。2.2闪蒸率：X=(h1-h2)/r*100%（2-2）式中x-闪蒸率(kg/kg)h1-闪蒸前饱和水的热焓(kj/kg)h2-闪蒸后饱和水热焓(kj/kg)r-闪蒸压力相对应的潜热(kj/kg),2、凝结水的闪蒸,3、凝结水的品质：,3.1纯净的蒸馏水：3.2凝结水的污染：3.2.1物理污染：1）蒸汽在产生和使用的过程中要混入一些不纯物和不凝汽；2）生产负荷急剧变化导致加热器损坏，或用汽设备故障，停止供汽时，加热器内形成真空状态，生产工序中的液体就会泄漏；再次起动时，排出的就是被污染的冷凝水。被加热工质与水接触时，在加热温度下不发生化学反应，则产生的污染是物理污染，反之是化学污染。3.2.2化学污染：1）化学腐蚀：金属表面和周围介质直接进行化学反应，使金属表面遭到破坏的过程。如金属被高度过热蒸汽直接氧化所引起的腐蚀。,2）电化学腐蚀：金属和腐蚀介质组成腐蚀电池，在这个腐蚀电池中，金属因失去电子而遭到腐蚀。金属失去电子的过程，称为阳极过程；腐蚀介质得到电子的过程，称为阴极过程。凝结水一般为弱酸性，通过无缝钢管输送，则相当于铁在酸中的腐蚀：铁释放自由电子被腐蚀成Fe2+，即FeFe2+2e自由电子传到阳极，H+吸收电子被还原成H2,即2H+2eH2因此，电化学腐蚀过程，实质上就是腐蚀介质吸收铁遭到腐蚀时，放出自由电子的过程。即：-2e2H+FeFe2+H2在这里，铁金属作为阳极放出电子，而H+阴极吸收电子，从而构成一对腐蚀电池。,3.3影响腐蚀的因素及条件：,1）溶解氧：开式冷凝水回收系统，或闭式回收，但间断运行、真空运行，导致阀门、法兰等处渗入氧气的系统，免不掉或多或少地溶解氧。氧(O2)是一种去极化剂，促进阴极过程，引起金属腐蚀。2）PH值：水中的PH值低，水中H+浓度大，此时H+充当极化剂，产生的腐蚀称为氢去极化腐蚀。所以PH值愈低，金属的腐蚀速度愈快。PH值与腐蚀速度关系如图1-2,当PH4时，腐蚀速度随PH值降低急剧增加。这是因为PH14，铁的腐蚀速度又重新增加，这是因为保护膜被浓碱溶解了的原因。3）水中盐类的含量和成分的影响水中盐类的含量越高，腐蚀速度越快。因为含盐量越高，水的电阻就越小，这样，腐蚀电池的电流就越大。当水中含有CO32-和PO43-时，就会在铁的阳极区生成难溶的碳酸铁和磷酸铁保护膜，从而降低铁的腐蚀速度。,如果水中含有Cl时，由于Cl容易被金属表面所吸附，并置换氧化膜中的氧，形成可溶性的氯化物，所以能破坏氧化物保护膜，加速金属的腐蚀过程。在一定条件下，氯化镁能够在锅炉中水解形成与铁起作用的盐酸。此时形成的氯化亚铁再与氢氧化镁相互反应重新出现氯化镁：MgCl2+2H2O=Mg(OH)2+2HClFe+2HCl=FeCl2+H2FeCl2+Mg(OH)2=Fe(OH)2+MgCl2所以腐蚀不断进行。炉水中含有硝酸盐能阻碍金属晶间腐蚀的出现。,4）冷凝水的流速影响一般来说，水流速度越大，水中各种物质扩散速度也越快，从而使腐蚀速度加快。5）冷凝水的温度影响在密闭系统中，腐蚀速度是随水温的升高而加快的。一般讲，水温每升高1，钢铁的腐蚀速度约增加30%。当温度升高时，各种腐蚀介质的扩散速度也会加快，当达到阴极表面，发生去极化的作用也加快，从而使腐蚀反应加快。随着水温度的升高，水的粘度减小，使电解质水溶液的电导增加，使腐蚀电流加大，这些都会加速电化学的腐蚀进程。,在敞口系统中，由于水温升高，会使溶解氧等有害气体在其中的溶解度下降，可以降低腐蚀速度。但是，由于湿度升高而降低水的粘度使氧扩散速度加快，又增加了腐蚀。所以总的说来冷凝水在80以下腐蚀速度才下降。3.4减少冷凝水腐蚀的办法1）除氧给水除氧，一般蒸发量6T/h以上锅炉都配热力除氧器，给水经热力脱氧后仍残留一定量的溶解氧，加上给水系统的不严密性也会增加给水的溶解氧。一旦发现氧腐蚀严重时，应在热力除氧基础上加化学除氧。例如：联氨除氧或亚硫酸钠除氧。,冷凝水杜绝氧渗入如采用密闭式冷凝水回收方法，保证氧气不渗入系统中。2）保证冷凝水的PH值一般通过加氨来提高给水的PH值，减缓CO2腐蚀，在实际生产中，氨中和水中的CO2反应分两步完成：第一步：NH4OH+H2CO3NH4HCO3+H2O计算表明：反应进行到这一步时，水的PH值约为8.0。第二步：NH4OH+NH4CO3(NH4)2CO3+H2O此反应完成时，水的PH值约为9.2；当给水中加入氨量过大时，在氧化物质(例如溶解氧)的参与下，铜发生腐蚀。所以给水中氨的过剩量应在0.20.5毫克升为宜。,3）除二氧化碳（CO2来源）冷凝水中存在CO2是电化学腐蚀和酸性腐蚀的主要原因。首先，低压锅炉给水处理采用单纯钠离子交换法或锅内加药处理，因此水中含有游离的CO2，使水成酸性反应：CO2H2OH+HCO3-2H+CO3-水中游离CO2的含量越高，H+浓度就越大，由H+去极化所引起的腐蚀就越严重。水中的CO2的来源和含量决定于原水中游离CO2的含量(与水温有关)和碳酸盐含量。因为碳酸盐在锅炉受热分解，分解的百分比与锅炉压力有关：2HCO3-CO32-+H2O+CO2CO32-+H2OCO2+2OH-,CO2溶于普通水中只显弱酸性，但CO2溶于纯水中，会显著地降低PH值。如每升纯水中CO2的含量为0.2mg/L时，PH值可降至5.9左右，当CO2的含量为1.0mg/L时，PH值可降至5.5左右。但弱酸的腐蚀性还不能单凭PH值来衡量，因为弱酸在水中只是一部分电离，随着氢的去极化进行，消耗掉的H+会被弱酸继续电离所补充，即所谓后备酸度，一直会使腐蚀进行到所有弱酸电离完毕。游离CO2腐蚀受温度影响很大，因为温度升高，碳酸的电离度增大，会促进腐蚀。其次是中、低压锅炉的水处理系统失效：因水质或蒸汽质量的要求，锅炉采用了化学除盐系统。由于阴床先失效，阳床送出的是酸性水，使锅水呈现酸性。另外，在氢钠离子交换或铵钠离子交换中，若控制不当也会送出酸性水，而引起酸性腐蚀。,3.5酸性腐蚀与氧腐蚀对比,酸性腐蚀：集中，成坑状，腐蚀的面积比较广和均匀，而是均匀减薄。腐蚀产物不易形成保护膜。氧腐蚀：不集中，腐蚀产物易沉积，有时突出呈丘状。严重时会使管壁穿孔。氢的去极化过程，一般分成以下几步：1)水化氢离子的脱水H+nH2OH+nH2O2)电子与氢离子结合成原子态H+eH3)氢原子成对地结合成H2H+HH24)氢分子形成气泡，从表面逸出H+HH2由于游离CO2所引起的酸性腐蚀，通常发生在蒸汽冷凝水的管路和设备内。若是锅炉锅水呈现酸性，会使整个锅炉设备受到酸性腐蚀。,三、凝结水的回收,1开式回收系统1.1定义：即凝结水收集水箱（罐）和大气相通的系统，不同压力的用汽设备排放的凝结水通过一条或几条凝结水回收管路，汇集到一个开式凝结水收集水箱（罐），通过凝结水泵将凝结水输送到锅炉房蓄水池，再和生水一起进行软化、脱碳、除氧处理，重新用于锅炉给水的系统。1.2开式回收系统特点：1）排放闪蒸汽，2）凝结水水温低，3）受污染程度大，4）系统投资小。1.3工艺流程：,开式回收系统工艺流程,1.4、高温冷凝水不回收现场,疏水阀选型安装不当冷凝水不回收跑冒滴漏、浪费能源,2、闭式回收系统2.1定义：从冷凝水管网到收集水罐，整个回收过程中系统处于大气压力以上运行，凝结水收集水罐除设计安全考虑超压放外，其他部位始终不与大气接触，凝结水通过专门设计的防汽蚀水泵输送至锅炉房热力除氧器或锅炉汽包。凝结水无需软化、脱碳和除氧处理。2.2闭式回收系统特点：1）很少排放闪蒸汽，2）回收水温高，3）冷凝水无污染，4）系统投资相对较大。2.3工艺流程：,闭式回收系统工艺流程,自来水,防汽蚀装置,3开式和闭式判断标准：3.1自动控制阀门：由于回收系统设计安全，要考虑用汽设备疏水装置泄露、用汽设备使用压力异常（升高）、饱和凝结水降压增大时产生二次闪蒸汽量较大等导致回收系统压力升高的最不利工况，系统必须设置自动控制阀门，紧急排除引起系统超压的蒸汽。3.2判断标准：以用汽设备使用蒸汽压力P1，集水罐的标定压力P2和大气压力P0三者的关系来判断回收系统的密闭程度，当P2越接近于P1时密闭程度越高，节能率越高；反之，P2越接近于P0时，则回收系统的密闭程序越差，节能率越小。当P2=P0时，回收系统为开式系统。,四、凝结水回收管网的运行方式,1余压回水1.1定义：余压回水凝结水依靠疏水器背压送至凝结水回收罐。凝结水从用汽设备到凝结水回收罐的输送不需要任何附加动力，系统处于大于大气压力以上运行。1.2余压回水的条件：一般地说，余压回水受用汽设备使用蒸汽压力和凝结水回收半径影响。适于蒸汽使用压力200KPa以上的用汽设备，回收半径依用汽设备蒸汽使用压力大小而定。1.3比摩阻范围：建议通过管网水力计算调整比摩阻在80100Pa/m。1.4余压回水的管网形式：按用汽设备使用压力确定回收管制。1）一管制，2）多管制，3）梯级回收。,2.1定义：凝结水背压不足以克服管道阻力时，在用户处将一个或几个用户联合起来设置区域凝结水加压装置（气压冷凝水回收装置、自调节压力疏水阀、管路喷射增压器、小型电动冷凝水回收装置），把冷凝水送回锅炉房的凝结水回收方式。2.2特点：1）加压回水管路可以和余压回水共用一条回收管网。只是加压回水管路与余压回水的管路在连接点处压力必须与主管网设计压力相等，保持主管网系统的压力平衡。2）单独加压回水管网，凝结水流态为夜相，凝结水温度略低于饱和温度，无汽化及汽塞现象。3）加压回水与余压回水共网的管网，凝结水为汽液两相。4）加压回水比摩阻范围：120200Pa/m。,2加压回水,五、凝结水及闪蒸汽的利用方式,1凝结水的利用方式1.1直接还原方式（直接作为锅炉汽包补水）1.2间接还原方式（取代锅炉其他热能）1.3和水处理组合的方式（除油、除铁）2.闪蒸汽的利用方式2.1梯级分离方式：分离汽并入对应压力的蒸汽管网。2.2冷却方式1）间接冷却：换热，2）直接冷却：喷淋、引射。2.3增压方式采用蒸汽喷射泵，利用高压蒸汽引射低压二次闪蒸汽，提压后的混合蒸汽直接送入低压热用户。,六、凝结水回收系统组成及设备,凝结水回收系统组成：凝结水回收系统一般用汽设备、疏排水装置（疏水阀）、回收管网、回收设备、热用户五部分组成。其中，热用户可能是锅炉汽包、热力除氧器、软水箱等终端设备，也可能是换热器、水处理装置等热转换中间设备。当然，凝结水的最终用户最好是锅炉。因为凝结水无污染时是纯净的蒸馏水，具有一定的热能，又通过软化、除氧处理，最适合做锅炉给水。污染后的凝结水应根据污染种类进行相应处理，处理后的凝结水最终也应进锅炉。,1、用汽设备（按用途和原理分）：1.1热交换器1.2加热釜1.3空气加热器1.4干燥器：1）管式干燥器，2）筒式干燥器。1.5硫化缸1.6热板式压力机：1）硫化压力机，2）多级热板式压力机1.7伴热管关注点：不同方式的用汽设备使用不同型式的疏排水装置，根据水力计算结果需要选择排量，根据用汽设备特点选择疏排水装置型式。,2、疏排水装置,1）疏水阀疏水,2）液位控制疏水,2）液位疏水,3）其他疏水工作原理节流式自动控制疏水器的系统如图所示：,1.3回收管网1）回收管网的管制：单管制，双管制，多管制。用汽设备使用蒸汽压力差在0.3Mpa以上，凝结水回收管网一般分别设置，具体压差选多大，可根据水力计算结果、疏水阀漏汽状况和运行经验确定；对季节性负荷，即使用汽设备使用蒸汽压力一致，凝结水回收管网也应分别设置。2）回收管网的汽水分离器（图）：3）回收管网的减压器、增压器（图）：,汽水分离器,作用：1、降压、平衡管网压力2、汽水分离3、疏水阻汽,减压器、增压器,作用：1、减压器：（1）型式：节流、扩容、分离；（2）作用：高低压混合时降压，超压排放。2、增压器：（1）型式：喷射泵；（2）作用：高压流体引射低压流体。,1.4凝结水回收水箱及附属设备：1）回收水箱方形、长方形水箱，多用于常压、低温凝结水回收。带圆形封头的水箱，大于大气压及温度超过100的凝结水回收。一般承载总回收量2040min的体积，并考虑疏水阀漏气量、凝结水闪蒸汽量所占体积。承受压力：一般为用汽设备蒸汽使用压力，用汽设备和凝结水回收罐之间有开口容器时，如闪蒸罐、减压器，以闪蒸罐、减压器（末端）标定压力为承受压力。2）回收水箱附属设备液位计安全阀汽水接触淋板（低压汽利用）阻油挡板（含油凝结水回收）均压挡板（高低压凝结水混合回收）,2.回收设备,2.1冷凝水回收设备种类1）蒸汽(压缩空气)加压法：原理：回避水泵输送，采用气体压送。关键技术：汽水两路单向阀。主要参数：气压与管阻。存在问题：压缩空气为动力时，不凝气排除、氧腐蚀。蒸汽为动力时，乏汽排除损失。2）位差法：原理：利用位差增加水泵吸入压头。关键技术：回水阻力能否满足提升位差。主要参数：水温、位差、汽压。存在问题：用汽设备负荷波动影响疏水。,3）喷射增压法原理：利用喷射泵引射增压原理，增加水泵吸入压头。关键技术：喷射泵性能参数、喷射泵汽蚀参数。主要参数：引射系数、喷射泵汽蚀极限、水温、水泵汽蚀余量。存在问题：因内循环增压导致水泵运行电量增加。4）往复式活塞压缩法原理：回避水泵输送，采用活塞式压缩机压送。关键技术：汽水两路单向阀、活塞式压缩机压缩比。主要参数：压缩比、汽液体积比与管阻。存在问题：冷凝水回收间断运行，汽液体积比严重影响活塞式压缩机压缩比，乏汽排除损失。5）其它回收方法,2.2回收设备选型1）按回收温度进行选型（适于电动凝结水回收装置）：水温超过150，水温120-150，水温90-120，水温小于90。2）按回收场合选型：非防爆场合，防爆场合：采用防爆电机，采用气力输送。3）扬程、流量：扬程：管网水力计算阻力1.1-1.2倍；流量：最大凝结水流量1.05倍。2.3回收装置数量、控制1）回收装置数量：按工序要求配置，一般一开一备、二开一备。2）回收装置自动控制：水位控制、压力控制；单独控制、系统控制。,3、凝结水回收系统水力计算,3.1凝结水回收管道的流动特性如图所示，凝结水回收系统中的各个区段，均有不同的流动特性。1）管段K11K12、K21K22、K31K32分别是高压、中压、低压用汽设备末端至疏水阀前端管段；流动状态：凝结水与蒸汽交替充塞状态，有时还含有空气。配管方式：疏水阀安装位置靠近用汽设备，留有一定的坡度；采用依靠温差疏水的疏水阀时，应留出一段过冷段。2）管段12至A1A2，12至B1B2，12至C1C2分别是高压、中压、低压用户疏水阀出口至主干线节点的管段；,配管方式从疏水阀后一次爬高，采用高位配管方式与主干线连接。管段压力（阻力）分支管和主干管节点的压力必须满足主管线的水力计算确定的压力。流动状态及密度为汽水乳状混合的满管流动；,管道局部阻力损失,管道连接方式,3、凝结水回收系统水力计算,3）管段A1A2至A0，B1B2至B0，C1C2至C0分别是高压、中压、低压冷凝水回收主干线至#闪蒸罐（低压为集水罐）管线；流动状态受用汽设备同期使用系数影响，用户量大时是满管的乳状流动状态，用户量小时是半管的乳状流动状态。混合密度：水力计算时，先确定闪蒸罐（低压为集水罐）的压力，用管段节点压力和闪蒸罐压力计算凝结水平均密度，未确定压力的管段，采用假定、反算法，直至密度误差在闪蒸罐压力波动的合理范围内。,3、凝结水回收系统水力计算,管段压力（阻力）比摩阻及管径按最不利压力管线为主干线计算；配管方式尽量一次爬高，按5坡度设计；二次爬高时，在爬高点最低位置设自动或手动排水阀，以保证冬季管线超过停运时间时的管线防冻问题。4）管段D1D0D1D0段从集水罐经凝结回收装置（泵）压送到锅炉房的锅炉汽包或除氧器管段，凝结水压力输送属于压力输送，且输送压力大于凝结水饱和温度对应的饱和压力，凝结水处于过冷状态，不会汽化，是高压满管单相的高温水流动状态。,3.2凝结水管网水力计算基本公式,1）水力计算的任务已知凝结水的流量和管道的允许压力降，计算管道的直径；已知凝结水的流量和管道直径，计算其管道压力降并确定管道中各点的压力；已知管道直径及允许压力降，核算管道的输送流量；按保温方式和保温材料，计算管道散热量。2）基本参数的选择凝结水管道控制流速：主管线回水管道：V=0.53m/s；分支线回水管道：V=35m/s；凝结水泵进出管：凝结水泵进口管：V=0.51.0m/s；凝结水泵出口管：V=13m/s；,3.2凝结水管网水力计算基本公式,二次蒸汽管道控制流速：分支管超压排放管道：分支管至主管线节点通过节流、扩容等手段无法调节平衡压力时，必须设超压排放管道及阀门，二次蒸汽排放速度=1530m/s。凝结水回收罐超压排放管道：二次蒸汽利用排放时25m/s；二次蒸汽不利用排放时=60m/s；3）相对粗糙度Kd闭式系统回水管Kd=0.5mm；二次蒸汽管Kd=0.2mm。,3.2凝结水管网水力计算基本公式,2）水力计算的基本公式管线管径计算：按流速确定管径：m式中Dn管子内径，m；G凝结水的质量流量，t/h；凝结水的管段密度，kg/m3；V凝结水的管段平均流速，m/s。按比摩阻确定管道管径：mR凝结水的管段平均比摩阻，Pa/m。,3.2凝结水管网水力计算基本公式,比摩阻计算公式：Pa/m流量计算公式：按流速计算管线流量（见流速计算）：按比摩阻计算管段流量：t/h流速计算：流速计算公式：m/s管线限定流速：非标准规定，一般小于5m/s。,3.2凝结水管网水力计算基本公式,3）管线允许比压降计算余压凝结水管道Pa/m式中P1管道内起点压力，即疏水器出口压力，Pa；P2管道内终点压力，即集水罐或闪蒸罐压力，Pa；P3管道翻高时压力损失，Pa；L管道直线长度，m；Ld管道局部阻力的当量长度，m；在概算时Ld可取Ld=，一般可取0.30.4。自流凝结水管道按用汽设备始端压力、经济比摩阻范围，确定凝结水输送距离。,3.2凝结水管网水力计算基本公式,4）漏汽及闪蒸汽的计算由于管道压降，饱和冷凝水一部分汽化成为二次蒸汽、二次蒸汽与冷凝水在管中呈汽水混合乳状两相流动状态，其比容比满管流动的过冷水大几倍，甚至几十倍，在确定回水管径时，二次蒸汽量的计算至关重要。计算管段末端的冷凝水总含汽率为：kg/kg其中疏水器漏汽率，正常情况下，0.003kg/kg。疏水器前后压力差产生的二次闪蒸汽量，kg/kg式中h1疏水器前压力下，饱和凝结水的比焓，KJ/kg；h2疏水器后压力下饱和凝结水的比焓，KJ/kg；ht疏水器前凝结水的过冷度所对应的比焓，KJ/kg；r2疏水器后压力下的汽化潜热，KJ/kg。,3.2凝结水管网水力计算基本公式,冷凝水流过一段管道，因压降每公斤凝结水所产生的二次蒸汽量kg/kg式中h2计算管段始点压力下饱和凝结水的比焓，kJ/kg；h3计算管段端点压力下饱和凝结水的比焓，kJ/kg；r3计算管段端点压力下的汽化潜热，kJ/kg。凝结水流过一管道，由于向四周散热而产生的蒸汽凝结量：式中q凝结水管道单位长度散热损失，KJ/mh；L管道的总长度m；t1，t2管道中凝结水温度，周围环境温度；G凝结水流量,kg/h；计算管段末点压力下的汽化潜热，kJ/kg。,3.2凝结水管网水力计算基本公式,其中：凝结水管单位长度热损失可按下式近似确定w/mt凝结水平均温度，；t0管道周围介质平均温度，；R从凝结水到周围介质间每米供热管道的总热阻，m/w；局部热损失系数，一般=10-20%。5）汽水乳状混合物的平均密度的计算：kg/m3式中汽水乳状混合物的平均比容，m3/kg；凝结水比容，m3/kg,可近似取=0.001m3/kg；蒸汽比容，m3/kg;计算管段中的含汽率，kg/kg。,3.2凝结水管网水力计算基本公式,6）水力计算采用水力计算表水力计算表编制参数热水：温度100，密度表面粗造度=0.5mm；蒸汽：过热蒸汽300，密度凝结水：温度100，密度参数修正：如实际参数与编制参数不符合时，应进行修正。密度修正：如时：表面粗造度修正：如管径修正：由于壁厚变化而影响管道内径变化,对流速V和单位压力损失R影响有影响，但影响较小,可不进行换算。如要换算可按下式进行：介质流量超出图表给定范围时修正：将流量增加或减少10倍，变成假定流量,则由表查得R应减少或增加100倍，而V减少或增加10倍。,3.3凝结水管网水力计算基本步骤,1）编制冷凝水回收系统平面布置图。包括泵站位置、用汽设备分布及用汽参数、用汽设备编号及标高。2）确定主回收干线（比摩阻最小的管线），并进行主干线水力计算，步骤如下：主干线及经济比摩阻：Rjj=80120Pa/m,超过此范围时,可适当提高冷凝水回收泵站凝结水罐内的压力；从终端用户开始，计算主干管段第一个分支点压力，管段压力降为Pa。分别计算管段始端和终端压力下的冷凝水密度，求该管段的实际冷凝水平均密度jjpj。由平均密度，将该管段的经济比摩阻换算为制表条件下的平均比摩阻。Pa/m,3.3凝结水管网水力计算基本步骤,查水力计算表，参照凝结水的限定流速，求该管段的冷凝水管径Dn，比摩阻Rbi和流速Vbi；根据冷凝水的平均密度，确定实际比摩阻Rsh、实际流速Vsh。根据管道直径和管道构件，求管道的局部当量长度Ld。计算该管段的实际压力降Pa；根据该管段的始端压力及其实际压力降，确定该管段的终端实际压力。根据该管段实际始端压力和终端压力，验算该管段冷凝水实际平均密度与原假定的密度是否一致。若两者相差较大，则应重新计算。在重新计算时，则以求得的该管段实际蒸汽密度为基础进行计算，计算方法同前所述。,3.3凝结水管网水力计算基本步骤,3）确定分支回收管线，进行分支管水力计算。分支管水力计算是在主干线水力计算完成后进行的,此时各分支点的汇管节点压力是已知的。根据分支管路始端（用汽设备）和汇管节点，计算最大允许比摩阻和冷凝水的平均密度。将该管路的最大允许比摩阻换算为制表条件下的最大允许比摩阻。根据该管路流量和制表条件下的最大允许比摩阻，并参照冷凝水在分支管内的限定流速，查水力计算表，确定分支管直径，比摩阻和流速。,根据计算管路的冷凝水平均密度，确定其实际的比摩阻和流速。求分支管路的局部阻力当量长度Ld。计算分支管的实际压力降。当实际压力降确定的分支管终端压力和主干线水力计算结果不符时，应在分支管上设置减压阀（调节阀）、扩容器等，以便消耗剩余压力，保证系统安全运行。当减压阀、扩容器等，不足以消耗剩余压力时，应进行分管设计，即另设一路回收干线，计算方法同上。,4、凝结水回收的技术问题,4.1汽液能级问题因此可以得出以下冷凝水回收结论：1）温度压力高的冷凝水（大于150）宜降压使用，先析出二次蒸汽，再回收冷凝水；2）析出的二次蒸汽力争达到一定的压力，以和相同压力的直接蒸汽混合，达到二次利用目的；3）冷凝水应密闭回收，不挥发二次蒸汽，冷凝水回收泵应带防汽蚀功能，保证输送120以上高温饱和冷凝水而不汽蚀。,4.2高低压共管问题,（1）问题提出：用汽设备因加热工艺要求不同，使用不同压力的加热蒸汽；冷凝水回收管网因投资成本和占用空间原因，应尽量使用一条回收管线；不同压力的冷凝水混入一条回收管线时，会产生汽塞、水锤、振动等影响用汽设备生产运行问题；一条回收管线共网的冷凝水必须保证相近的压力等级。,高低压共管问题,（2）高低压共管平衡调节的方法：节流调节压力：在分支管上，和疏水阀配合使用；扩容调节压力：分支管和主管网皆可用，分和扩容管两种型式，扩容器析出二次蒸汽可并入低压蒸汽管网；喷射增压调节压力：高压冷凝水管和低压冷凝水管同时并入主管时使用喷射泵增压方式调节，但压力和水量应适宜；排放泄压调节压力：有压力等级要求的管网和集水罐使用。,（3）回收半径问题,冷凝水管网阻力：冷凝水管网比摩阻（单位长度沿程阻力损失）范围为：120200Pa/m；冷凝水管网局部阻力：因加装疏水阀、过滤器、观视镜、止回阀、截止阀以及扩容管、喷射器等原因，冷凝水管网局部阻力较大，一般占沿程阻力的50左右；因此，用汽设备压力等级大于0.5MPa时，冷凝水回收罐内压力标定为0.2MPa时，管网回收半径一般为500m。（0.50.580（500120（10.5）/1000000）20.2）,（4）安装问题,节流调节阀的安装,安装问题,扩容器的安装,安装问题,扩容管的安装,安装问题,喷射泵的安装,安装问题,二次汽排放的安装,安装问题,二次汽排放的混合均压器的特点:冷凝水侧轴向微型喷射泵（多个、差压设计）冷凝水二次汽雾状混合（同温混合的最佳方式）混合均压器喷射泵进出口前后压差根据集水罐标定压力和冷凝水回收装置输送阻力确定回收装置启动时，二次汽通过混合均压器引射混合输送回收装置停止时，二次汽依靠二次汽压力通过回收装置后冷凝水输送管道输送回收装置无论开停，二次汽均能定压排放冷凝水回收系统全密闭运行，汽水全部利用,安装问题,为减少阻力应使管网直线长度最小。尽量减少法兰、阀门、弯头等产生局部阻力损失的构件。避免二次爬高。尽量利用原有管架铺设。利用好自然膨胀，尽量不用膨胀节。,（5）冷凝水回收设计问题,回收系统水压图及主管线压力线绘制目的1)确定疏水阀工作压差，及前后阀门调节范围。2)掌握回收管网压力工况，以防止汽塞、汽阻。3)确定集水罐标定压力及泄压阀规格。绘制条件1)回收管网及设备地形等高线2)回收管网长度构件及标高。3)用汽设备编号、参数，疏水点位置及标高。4)集水罐标定压力。,回收管网水压图背压波动曲线,冷凝水回收设计问题,回收管网水力计算：确定回收管网主干线，可以是一条，也可以是几条。确定集水罐压力进行主干管网的水力计算，确定主干管网阻力损失。校核水力计算结果的平均密度与假定平均密度误差，误差大则按新密度重新标定集水罐压力并重复上述水力计算。根据水力计算结果确定各分支点压力。进行分支管网水力计算，并按限定流速确定管径。设计减压阀，以消除分支管剩余压头。校核疏水阀排放口尺寸与减压阀尺寸，确定疏水系统。,高温冷凝水回收泵及防汽蚀装置,高温冷凝水回收泵及防汽蚀装置,高温冷凝水回收泵及防汽蚀装置,高温冷凝水回收泵及防汽蚀装置,高温冷凝水回收泵及防汽蚀装置,（6）集水罐压力控制问题,设压力调节阀（均压器）和安全阀：防止疏水阀漏汽，导致系统压力升高（超过回收主干线限定压力）。泄压的二次汽在冷凝水回收泵出口通过混合均压器和冷凝水混合。保证集水罐设计条件的安全压力。集水罐安全压力控制阀的选择：电动调节阀控制（高温）。隔膜式减压阀控制（中温）。安全阀控制（低温）。,高温冷凝水回收技术案例某厂系统改造工艺流程,高温冷凝水回收技术案例经济效益分析,锅炉热效率由改造前的65.12%提高到70.8%单位产量煤耗降低了16.25%年节能效益：62.77万元每年减排CO27991吨项目投资回收期：1.5年,第四节、常压二次蒸汽回收利用,1、分类：1.1有压乏汽：（1）余压可并入低压蒸汽管网利用的乏汽（2）余压可并入换热器利用的乏汽（3）余压仅可喷淋利用的乏汽1.2无压乏汽：需要动力（喷射泵）驱动的乏汽,2、利用方法：（1）扩容回收：有压乏汽（0.3MPa）收集至扩容器（定压0.3MPa）并入该压力等级管网；（2）换热器回收：有压乏汽（0.15MPa）收集至换热器，冷凝