工业供热蒸汽冷凝水回收方案研究

谢标林

(中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司，广东 惠州516082)

随着人们节能环保意识的提高，人们对冷凝水的看法也在发生转变。 曾经被视为蒸汽输送中低廉副产品的冷凝水，由于冷凝水回收技术的应用，如今已被视为宝贵的资源，把冷凝水直接排掉，无异于丢弃可观的经济效益。

化工园区的工业蒸汽一般运用于换热器和反应釜，冷凝水多为表面式换热产生的冷凝水，水质较好。目前国内大型综合型工业园区的供热企业为了抢占热力市场、巩固与化工厂的商业关系，通常对有需要的化工厂冷凝水进行回收。目前常见的冷凝水回收方法主要有冷凝水闪蒸利用蒸汽、用于采暖供热、用于工业水或纯水或直接用于锅炉给水等方案。

1 冷凝水回收背景

某化工厂2×75t/h（额定压力5.19MPa）锅炉因环保政策要求需拆除。经与化工厂、热电厂达成初步的意向，其使用的大部分蒸汽由热电厂提供。由于化工厂锅炉拆除后，其冷凝水大量无法消耗，按现行的环保政策，其冷凝水的排放难度较大，而且冷凝水的温度为98℃，降温排放将造成水资源的浪费和运行费用增加。从园区循环经济，资源充分利用的角度，热电厂考虑进行该厂冷凝水的回收利用。

冷凝水水量及水质分析:

化工厂配置有2×75t/h（额定压力5.19MPa）锅炉，冷凝水温度为97～98℃，正常流量为90～100t/h。根据热电厂对化工厂汽水进行取样分析以及化工厂提供的逐月监测数据，目前正在运行的冷凝水水质如下：

表1 冷凝水水质

取样分析其它水质数据（化工厂采用自备锅炉数据）如表2。

表2 化工厂水质数据

目前的数据仅为化工厂采用自备锅炉的水质数据，蒸汽冷凝水中的杂质由换热设备的腐蚀和泄漏产生，假设冷凝水水质为蒸汽品质和系统换热的泄漏量（腐蚀和泄漏总量）总和，则预测化工厂蒸汽冷凝系统泄漏量预估如表3。

表3 化工厂蒸汽冷凝系统泄漏量预估

由于热电厂蒸汽品质较化工厂自备锅炉要好，冷凝水水质数据应该较目前冷凝水水质好，如果采用热电厂供汽后，假设化工厂换热系统泄露量不变，且冷凝水水质为蒸汽品质和系统换热的泄漏量（腐蚀和泄漏总量）总和，则预测采用热电厂供汽后的冷凝水水质如下：

从表4 数据可以分析得出，采用热电厂蒸汽后，化工厂冷凝水水质电导水平在1.34-10μs/cm 之间，铁离子、二氧化硅等杂质含量较上升，无法直接补入热电厂锅炉补给水系统，需要进行除盐处理。

表4 采用热电厂供汽后的冷凝水水质

2 可行性方案及分析

2.1 总体方案

根据现有化工厂冷凝水水质和采用热电厂供汽后冷凝水水质预估，冷凝水水质设计指标按照如下：

表5 冷凝水水质设计指标

充分利用现有设备及系统情况下，化工厂至热电厂冷凝水回收总体方案如图1。

正常水质时，冷凝水经过换热降温后，送至锅炉补给水处理系统前端清水箱，经过“一级除盐+混床”处理。在启动或者水质异常时，供汽回水水质超过最大浓度时，不进行回收处理，管道内的存水经过换热降温后排至废水中转池，利用现有废水泵送至工业废水处理站进行处理复用（图2）。

2.2 可行性方案

本方案设置两级冷却装置，第一级采用板式换热器，供热回水用来加热汽轮机系统的凝结水，板片材质可采用TP304。被加热的凝结水来自汽轮机轴封加热器旁路。根据汽机厂提供的热平衡图，额定供热工况下轴加旁路的凝结水温度为36.6℃，加热后按93℃回至6 号低加进口凝结水管道。热网回水可以被冷却至42℃，42℃的水再与原水混合后降至38℃以下进入锅炉补给水车间进行处理。

但在夏季，轴加旁路水温为48℃，供热冷凝水通过一级冷却后为53℃，在此温度下与原水混合无法满足现有水处理设备的进水温度要求。且当热网回水率大于50%时，会出现混合水温度偏高的情况。为满足这些工况下锅炉补给水进水温度要求，考虑在一级换热器后设置二级换热器，经过一级换热后的热网回水在二级换热器中与循环水（海水）进行进一步的换热，被冷却至38℃以下再进入锅炉补给水车间进行处理（图3）。

2.3 方案对机组原系统影响分析

2.3.1 方案对汽轮机、低加和轴加的影响

一级冷却器采用凝结水回收热网回水热量的方案，从轴加旁路抽取了部分凝结水经过换热后回至6 号低加进口，流经7、8 号低加的凝结水流量变小，相应7、8 段抽汽的抽汽量也相应减小，更多的抽汽返回至汽轮机做功，从而增加了汽轮机的出力，汽轮机的排汽量也会相应增加。由于凝结水换热后的温度与未换热之前6 号低加进口的凝结水温度一致，因此不会对6号低加以及6 段抽汽产生影响。

采用本方案后，7、8 段抽汽量虽然有所减少，但是在达到汽水平衡后，对7、8 号低加的水位不会产生影响。

凝结水至一级换热器取水位置定在轴加旁路管道，此处凝结水温度未经过轴加加热，温度相对较低。从此位置抽取凝结水，对轴加本体的换热及水位均不会产生影响。

考虑到园区供热回水存在突然中断的情况，此时在很短的时间内，由于从8 号低加进口抽取的凝结水无法被加热，将以较低的温度进入6 号低加进口。由于进入6 号低加的凝结水温突降，6 段抽汽量也会相应发生变化。经过核算，在此工况下，6 段抽汽的抽汽量将会增加约9.5t/h,因此6 号低加疏水量也会增加9.5t/h。假设此时6 号低加水温为正常水位，则上升至高水位报警线的时间为247s，上升至高水位切除线的时间为380s。

一般电动执行机构的全行程时间为60s 左右，当热网回水突然中断时，设置在回水管道上的温度测点应有感应并连锁关闭凝结水引出管道上的电动关断门，电动关断门在60s 内可以实现全关，此时加热器水位还在未达到报警水位，因此不会对6 号加热器水位造成较大的波动。

图1 冷凝水回收总体方案示意图

图2 冷凝水化学处理流程示意图

对于7、8 号低加，在热网回水中断的情况下，随着凝结水管道引出管道上的电动关断阀逐步关闭，流经7、8 号低加的凝结水量会相应增加100t/h,7、8 段抽汽的抽汽量也会相应分别增加3.7t/h 和5.7t/h, 由于抽汽量随着凝结水流量的增加逐步增加的，且增加量相应较少，通过疏水阀门开度的调整，完全可以将7、8 号低加的水位控制在安全的范围内。同时，因7、8 号低加的抽汽量增加而造成汽轮机功率减少分别为0.374MW 和0.367MW，对汽轮机功率影响甚微。

2.3.2 回水处理对除盐系统影响分析

在夏季极端工况下，循环水为35℃时，可以保证进除盐系统水温小于38℃。根据DL 5068《发电厂化学设计规范》表5.1.2-1 要求，阳、阴离子交换树脂进水水温5-45℃。离子交换树脂一般为001×7 和201×7 树脂，根据资料，001×7 树脂H 型最高允许温度为100℃，201×7 树脂OH 型最高允许温度为40℃。故在夏季极端工况下，水温可以满足树脂要求。

根据《发电厂化学设计规范》表5.1.2-2 要求， 在满足电导率<10μS/cm,二氧化硅<100μg/L 时，混床周期出水可以保证二氧化硅≤20 g/L，电导率(25℃)≤0.2 S/cm，且运行周期大于168h。假设冷凝水回水电导率小于<10μS/cm，pH 为9.2，折算在pH 在9.2 时，纯水电导率为4μS/cm，NH3 含量为0.5mg/L，减去NH3 部分电导率，其它盐分电导率为6μS/cm，假设全部为NaCl含量，则近似NaCl 含量为2.5mg/L。

从表中可知，如果在冷凝水电导率为10μS/cm，计算比较采用原水67.8μS/cm 进水时，处理100t/h 原水系统节约的酸碱及除盐水量如表6。

从以上数据可以看出，在冷凝水电导率为10μS/cm 时，冷凝水回一级除盐系统可节约大量酸碱和再生用酸碱。根据上海漕泾电厂类似供热工程调研，回水最大电导率为5μS/cm，正常电导率小于1.5μS/cm，实际运行再生周期将更长，酸碱耗量将进一步减少。

2.4 经济性分析

按年费用法进行的经济性比较分析如表7。

从表7 可以看出，冷凝水回收后每年可节省运行费用约65万元。

3 结论

图3 冷却水系统示意图

表6 节约的酸碱及除盐水量

表7 冷凝水回收前后运行费用对比

通过方案分析，设计方案采用两级冷却方案（第二级水冷），即冷凝水冷却系统采用两级冷却。第一级采用板式换热器使用凝结水冷却并回收冷凝水中的热量，凝结水取水自精处理出口，回水至7 号低加出口。第二级采用管式换热器使用循环水进一步对冷凝水进行冷却降温，以确保在夏季凝结水温度高时能够将冷凝水温度降低到满足化学制水的补水温度要求，循环水取回水接到凝汽器的循环水进回水管道。两级冷却系统做为公用系统，两级换热器均按2×65%配置，凝结水和循环水分别从两台机组取水，确保系统运行可靠性。

冷凝水接入系统方式：冷凝水经两级换热器冷却后进入化学制水系统进行净化处理。在冷凝水进入热电厂时设置Na、TOC、电导率等化学仪表检测水质，根据水质情况确定冷凝水接入系统方式，大部分时间水质较好时补入制水系统清水箱。当系统检测冷凝水水质不合格时，立即关断阀门停止回收，管道内的存水经过换热降温后排至废水中转池，利用现有废水泵送至工业废水处理站进行处理复用。