步  彬

（河北大河邯钢设计院有限公司，河北 邯郸 056000）

摘 要：蒸汽作为钢铁企业的重要能源介质，在冶金生产中具有广泛的用途，厂区内蒸汽管网排水点众多，均为直接排放，其凝结水量和余热量一直未能得到行业重视，不符合我国推行的节能低碳政策。因此，钢铁企业应根据蒸汽系统工艺特点，分别设置蒸汽凝结水回收系统，提高蒸汽凝结水和余热的回收率，以期改善吨钢水耗和热能成本。

关键词：蒸汽；凝结水；回收

0  背景

在大型钢铁企业的生产中，蒸汽作为一种重要的能源介质，被广泛地应用于物料加热、滤料再生、工艺取暖和生活卫生中，在厂区也会形成一个庞大的输送网络，并且拥有众多的管网排水点^[1]。一般来讲，工艺换热等设备用汽量相对较大，冷凝水量较多，回收效益较为明显，企业关注度较高。相反，对于输送管网而言，排水点虽然众多，但是分布较为分散，单个排水点凝结水量少，回收相对困难，企业一般都会将其直接排入下水道。这样的排放工艺，一方面会造成下水道冒汽，造成路面局部地段高温；另一方面，企业会白白损失大量高品质的纯水和余热能，不利于钢铁企业低碳生产的循环经济发展。

1  蒸汽管网冷凝水回收

蒸汽冷凝水，作为蒸汽释放能量后的另一种液体状态的载体，其本身仍具有蒸汽热能的20 %~30 %^[2]，甚至某些设备能达到40 %^[3，4]，由于钢铁企业用的蒸汽较为干净，其冷凝水高于软化水，近似于纯水，是一种不可多得的工业水源。

根据工程热力学原理，水具有的热能计算公式如下：

Q—以零度为起点水具有的热能，kJ。

c_w—水的比热，c_w=4.18 kJ/(kg•℃)

△t—水的温升，℃。

蒸汽具有的热能计算公式如下：

Q—以零度为起点水具有的热能，kJ。

c_s—水的比热，cs=1.84 kJ/(kg•℃)

△t—蒸汽的温升，℃。

2500—每千克0℃水变成0℃的水蒸气所具需要的汽化潜热，kJ/kg。

由工程热力学计算公式可以看出，蒸汽所具有热能的最大一部分是潜热，蒸汽状态的显热只是占据了少量一部分，液体状态下的显热明显高于蒸汽的显热，所以凝结水回收的热量所具有的效益仍然不可低估。

1.1  蒸汽冷凝水回收系统分类

蒸汽冷凝水回收系统按照其系统的封闭性，可以划分为开放式回收系统和闭路式回收系统^[5]。

开放式回收系统，蒸汽经过换热设备的排水器后，直接排入敞开口的收集池内，然后通过凝结水泵输送到相应的水系统内。

图1蒸汽凝结水开放式回收系统示意图

Fig.1 The schematic diagram of steam condensate open recovery system

闭路式回收系统，蒸汽经过换热设备的排水器后的管道，送至密闭的回收器皿中，当压力过高时会通过安全阀释放。二次闪蒸产生的乏蒸汽被引送到低压蒸汽用户，高温冷凝水则会被凝结水泵直接打入锅炉除氧器等用户点。

图2蒸汽凝结水闭路式回收系统示意图

Fig.2 The schematic diagram of steam condensate closed recovery system

另外，根据蒸汽冷凝水回收动力不同，还可以分为重力回收系统、余压回收系统和加压回收系统^[6]。

重力回收系统，利用管网地形的高度落差，依靠重力使冷凝水自行回流至收集池内。

余压回收系统，利用疏水器背压，通过压降使高温冷凝水通过管道输送至局部收集容器内。

1.2  蒸汽冷凝水回收存在问题

虽然蒸汽冷凝水回收方式众多，但是在实际生产应用时，均会存在一些问题。

开放式回收系统最为简单，不会影响到用汽设备原工艺参数设置，仍可使用旧疏水器，节省了一部分阀门投资。但是，因为被送至敞开的收集池内，与大气接触会污染水质，另一方面由于压力下降，凝结水会闪蒸出大量蒸汽，扩散至附近环境中，造成了热量损失。

闭路式回收系统较为复杂，需要更换部分用汽设备的疏水器，对输送管道的材质要求较为严格，投入成本相对较高。但是，因为采用闭路循环的方式，避免了与外界接触，凝结水的品质相对较高，节省了后期再处理成本。另一方面，闭式回收系统可以利用更高温度的凝结水和大量的余热能，极大地提高了企业余热回收利用率。

其次，输送蒸汽的管道一般采用碳钢材质，由于高温蒸汽腐蚀，凝结水中会含有大量铁离子，甚至经常会发生铁锈堵塞疏水器，造成排水设施失灵，影响管网输送蒸汽的品质。蒸汽中含有少量不凝结气体，其中尤其以CO₂和O₂危害最大，它不仅与热水混合成弱酸加快设备腐蚀，还使得回收后的凝结水PH值偏低^[7]，不符合锅炉补水PH值在8~9的数值要求。下面是相关化学反应^[8]：

另外，凝结水管道还容易出现水击现象^[9]，这是由于高温凝结水与管道中相对低温水混合发生的物理反应。高温高压的凝结水从蒸汽疏水阀排入低压回收系统时，由于压力降低凝结水汽化带来闪蒸，放出的二次蒸汽不仅会对管网造成一定的冲击，还会带走一部分蒸发的潜热，降低了凝结水的可利用焓值。

1.3  蒸汽冷凝水回收解决方法

开放式回收系统会造成大量凝结水和热能的损失，不符合国家关于工业余热回收的政策，因此在工艺条件允许的前提下，应尽量采取闭路式回收系统对蒸汽凝结水进行再次利用。

（1）根据用汽设备疏水阀后压力，划分成不同压力等级进行回收，有利于降低凝结水闪蒸释放率，提高回收凝结水的温度，可以实现热能最大回收利用率。

（2）根据工艺需要更换用汽设备的疏水阀，采用余压回水方式应尽量采用机械式疏水阀，不仅可以同时实现疏水和排出不凝结气体，还能适应较大压力变化，降低了漏汽率。

（3）输送凝结水的管道不应采用碳钢管，可以采用耐高温不锈钢管道，以避免高温弱酸性的凝结水对管道的腐蚀，同时也降低了后期除铁离子的处理成本。

（4）回收的蒸汽凝结水PH值偏低，可以根据水质化验情况，适当通过添加氨气等方式提高PH值，以期满足锅炉补给水的水质指标。

（5）对于凝结水中的铁离子去除工艺，可以采用电磁吸附等更为环保的处理方式。

（6）回收系统中的水泵，应尽量避免采用常规电泵，一方面会增加高温设备维护费用，另一方面需要采购防汽蚀前置设施，建议采用蒸汽或压缩空气作为驱动的动力型水泵。

2  结论

根据1《蒸汽供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理规定》，用汽设备所产生的凝结水回收率不得小于60%^[10]。然而，目前钢铁企业只是将大型换热设备产生的凝结水进行了回收，对于蒸汽输送管网疏水器排出的凝结水则直接排放掉，可使这部分疏水量占据着整个蒸汽系统热能的5%~10%，所以冶金行业应加快蒸汽凝结水回收系统的研发，提高钢铁企业二次能源回收再利用率，同时还能有效地减弱钢铁企业周边的城市热岛效应（Urban Heat Island effect，简称UHI）^[11]，以期实现绿色低碳化生产模式。

参考文献：

[1] 张德莉, 郁鸿凌, 朱凡等.提高某大型蒸汽管网供汽温度的方案和试验[J]. 能源技术,2010(12):360-362.

[2] 侯辉. 凝结水回收和利用[M]. 北京:机械工业出版社,1986,5.

[3] 沈道永. 蒸汽冷凝水的回收利用[J]. 节能技术，2010(3)：283-284.

[4] 杨德勇, 陶浩, 马学兵. 烟厂蒸汽凝结水的回收与利用[J]. 郑州轻工业学院学报，2002(3)：21-23.

[5] 杨军, 杨月, 王茂廷等. 蒸汽凝结水的回收及利用[J]. 节能技术，2004(1)：33-34.

[6] 赵淑珍. 凝结水回收技术探讨[J]. 天然气与石油，2014(12)：76-78.

[7] 魏玉东，李枫. 临涣焦化热力系统凝结水回收利用节能改造技术[J]. 广东化工，2012(10)：83.

[8] 单玉林. 蒸汽凝结水回收系统中问题的分析[J].广州化工,2008(3):81-83.

[9] 李为, 方正兴, 夏海斌等. 蒸汽凝结水回收系统改造[J]. 辽宁化工，2012(3)：262-267.

[10] 赵国凌，畅哲峰，高德仁. 蒸汽供热系统凝结水回收及其效益测算[J]. 工业锅炉，2012(4)：55-59.

[11]刘勇洪，徐永明，马京津等. 北京城市热岛的定量监测及规划模拟研究[J]. 生态环境学报，2014，23(7): 1156-1163.