步 彬
（河北大河邯鋼設計院有限公司，河北 邯鄲 056000）
摘 要：蒸汽作為鋼鐵企業的重要能源介質，在冶金生產中具有廣泛的用途，廠區內蒸汽管網排水點眾多，均為直接排放，其凝結水量和余熱量一直未能得到行業重視，不符合我國推行的節能低碳政策。因此，鋼鐵企業應根據蒸汽系統工藝特點，分別設置蒸汽凝結水回收系統，提高蒸汽凝結水和余熱的回收率，以期改善噸鋼水耗和熱能成本。
關鍵詞：蒸汽；凝結水；回收
0 背景
在大型鋼鐵企業的生產中，蒸汽作為一種重要的能源介質，被廣泛地應用于物料加熱、濾料再生、工藝取暖和生活衛生中，在廠區也會形成一個龐大的輸送網絡，并且擁有眾多的管網排水點[1]。一般來講，工藝換熱等設備用汽量相對較大，冷凝水量較多，回收效益較為明顯，企業關注度較高。相反，對于輸送管網而言，排水點雖然眾多，但是分布較為分散，單個排水點凝結水量少，回收相對困難，企業一般都會將其直接排入下水道。這樣的排放工藝，一方面會造成下水道冒汽，造成路面局部地段高溫；另一方面，企業會白白損失大量高品質的純水和余熱能，不利于鋼鐵企業低碳生產的循環經濟發展。
1 蒸汽管網冷凝水回收
蒸汽冷凝水，作為蒸汽釋放能量后的另一種液體狀態的載體，其本身仍具有蒸汽熱能的20 %~30 %[2]，甚至某些設備能達到40 %[3，4]，由于鋼鐵企業用的蒸汽較為干凈，其冷凝水高于軟化水，近似于純水，是一種不可多得的工業水源。
根據工程熱力學原理，水具有的熱能計算公式如下：
Q—以零度為起點水具有的熱能，kJ。
cw—水的比熱，cw=4.18 kJ/(kg•℃)
△t—水的溫升，℃。
蒸汽具有的熱能計算公式如下：
Q—以零度為起點水具有的熱能，kJ。
cs—水的比熱，cs=1.84 kJ/(kg•℃)
△t—蒸汽的溫升，℃。
2500—每千克0℃水變成0℃的水蒸氣所具需要的汽化潛熱，kJ/kg。
由工程熱力學計算公式可以看出，蒸汽所具有熱能的最大一部分是潛熱，蒸汽狀態的顯熱只是占據了少量一部分，液體狀態下的顯熱明顯高于蒸汽的顯熱，所以凝結水回收的熱量所具有的效益仍然不可低估。
1.1 蒸汽冷凝水回收系統分類
蒸汽冷凝水回收系統按照其系統的封閉性，可以劃分為開放式回收系統和閉路式回收系統[5]。
開放式回收系統，蒸汽經過換熱設備的排水器后，直接排入敞開口的收集池內，然后通過凝結水泵輸送到相應的水系統內。
圖1蒸汽凝結水開放式回收系統示意圖
Fig.1 The schematic diagram of steam condensate open recovery system
閉路式回收系統，蒸汽經過換熱設備的排水器后的管道，送至密閉的回收器皿中，當壓力過高時會通過安全閥釋放。二次閃蒸產生的乏蒸汽被引送到低壓蒸汽用戶，高溫冷凝水則會被凝結水泵直接打入鍋爐除氧器等用戶點。
圖2蒸汽凝結水閉路式回收系統示意圖
Fig.2 The schematic diagram of steam condensate closed recovery system
另外，根據蒸汽冷凝水回收動力不同，還可以分為重力回收系統、余壓回收系統和加壓回收系統[6]。
重力回收系統，利用管網地形的高度落差，依靠重力使冷凝水自行回流至收集池內。
余壓回收系統，利用疏水器背壓，通過壓降使高溫冷凝水通過管道輸送至局部收集容器內。
1.2 蒸汽冷凝水回收存在問題
雖然蒸汽冷凝水回收方式眾多，但是在實際生產應用時，均會存在一些問題。
開放式回收系統最為簡單，不會影響到用汽設備原工藝參數設置，仍可使用舊疏水器，節省了一部分閥門投資。但是，因為被送至敞開的收集池內，與大氣接觸會污染水質，另一方面由于壓力下降，凝結水會閃蒸出大量蒸汽，擴散至附近環境中，造成了熱量損失。
閉路式回收系統較為復雜，需要更換部分用汽設備的疏水器，對輸送管道的材質要求較為嚴格，投入成本相對較高。但是，因為采用閉路循環的方式，避免了與外界接觸，凝結水的品質相對較高，節省了后期再處理成本。另一方面，閉式回收系統可以利用更高溫度的凝結水和大量的余熱能，極大地提高了企業余熱回收利用率。
其次，輸送蒸汽的管道一般采用碳鋼材質，由于高溫蒸汽腐蝕，凝結水中會含有大量鐵離子，甚至經常會發生鐵銹堵塞疏水器，造成排水設施失靈，影響管網輸送蒸汽的品質。蒸汽中含有少量不凝結氣體，其中尤其以CO2和O2危害最大，它不僅與熱水混合成弱酸加快設備腐蝕，還使得回收后的凝結水PH值偏低[7]，不符合鍋爐補水PH值在8~9的數值要求。下面是相關化學反應[8]：
另外，凝結水管道還容易出現水擊現象[9]，這是由于高溫凝結水與管道中相對低溫水混合發生的物理反應。高溫高壓的凝結水從蒸汽疏水閥排入低壓回收系統時，由于壓力降低凝結水汽化帶來閃蒸，放出的二次蒸汽不僅會對管網造成一定的沖擊，還會帶走一部分蒸發的潛熱，降低了凝結水的可利用焓值。
1.3 蒸汽冷凝水回收解決方法
開放式回收系統會造成大量凝結水和熱能的損失，不符合國家關于工業余熱回收的政策，因此在工藝條件允許的前提下，應盡量采取閉路式回收系統對蒸汽凝結水進行再次利用。
（1）根據用汽設備疏水閥后壓力，劃分成不同壓力等級進行回收，有利于降低凝結水閃蒸釋放率，提高回收凝結水的溫度，可以實現熱能最大回收利用率。
（2）根據工藝需要更換用汽設備的疏水閥，采用余壓回水方式應盡量采用機械式疏水閥，不僅可以同時實現疏水和排出不凝結氣體，還能適應較大壓力變化，降低了漏汽率。
（3）輸送凝結水的管道不應采用碳鋼管，可以采用耐高溫不銹鋼管道，以避免高溫弱酸性的凝結水對管道的腐蝕，同時也降低了后期除鐵離子的處理成本。
（4）回收的蒸汽凝結水PH值偏低，可以根據水質化驗情況，適當通過添加氨氣等方式提高PH值，以期滿足鍋爐補給水的水質指標。
（5）對于凝結水中的鐵離子去除工藝，可以采用電磁吸附等更為環保的處理方式。
（6）回收系統中的水泵，應盡量避免采用常規電泵，一方面會增加高溫設備維護費用，另一方面需要采購防汽蝕前置設施，建議采用蒸汽或壓縮空氣作為驅動的動力型水泵。
2 結論
根據1《蒸汽供熱系統凝結水回收及蒸汽疏水閥技術管理規定》，用汽設備所產生的凝結水回收率不得小于60%[10]。然而，目前鋼鐵企業只是將大型換熱設備產生的凝結水進行了回收，對于蒸汽輸送管網疏水器排出的凝結水則直接排放掉，可使這部分疏水量占據著整個蒸汽系統熱能的5%~10%，所以冶金行業應加快蒸汽凝結水回收系統的研發，提高鋼鐵企業二次能源回收再利用率，同時還能有效地減弱鋼鐵企業周邊的城市熱島效應（Urban Heat Island effect，簡稱UHI）[11]，以期實現綠色低碳化生產模式。
參考文獻：
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