斯派萨克冷凝水系统手册

压力表 锅炉排污 闪蒸罐
锅炉给水箱
至锅炉给水泵 剩余的排污
图3.13.2 利用闪蒸罐回收能量到给水箱
需要的设备 闪蒸罐 - 制造商有罐体选型图表。注意：罐最上部的蒸汽流速不能超过3m/s。 用于罐体排水的蒸汽疏水阀 - 浮球疏水阀是理想的选择，它能够当剩余的排污水一旦到达疏水阀就 立即排放。 闪蒸罐工作在很低的压力，实际上在疏水阀后没有能量提升剩下的排污水，因此水必须依靠重力通过 疏水阀和排放管道。 注意：因为压力低，所以疏水阀相当大。所附带的好处是不会被残留排污水中的杂质堵塞。 有时在疏水阀前先安装过滤器，在这种应用中过滤器端盖应安装排污阀以使维护简单化，并且过滤器 滤网不要太细。 破真空器 - 也有锅炉不需要排污。这时在闪蒸罐和相关管道中的蒸汽将冷凝并形成真空。如果不用 破真空器，水就要从锅炉给水箱沿管道倒灌。当锅炉又开始排污了，水将沿着管道高速运动，发生水 锤。在除氧头上安装破真空器可防止发生这种情况。 蒸汽分配设备 - 为了确保冷凝水和热量回收以及补给水正常，在给水箱内适当的分配闪蒸蒸汽非常 重要。需要的设备包括： 1. 大气式除氧头。 2. 蒸汽分配器。 3. 喷射管。
锅炉排污
污水
图3.13.1 闪蒸罐
蒸汽和冷凝水系统手册
3.13.3
第3章
锅炉房
从锅炉排污中回收热量(仅用于TDS控制) 章节3.13
回收利用闪蒸蒸汽 闪蒸蒸汽可以通过闪蒸罐(如图3.13.1所示)获得并回收。实际上，闪蒸罐提供了一个空间，使得蒸汽流 速足够低以便热水和闪蒸蒸汽可以分离，并从这里用管道送到工厂的其他地方。 闪蒸罐的设计非常重要， 不仅仅从汽水分离的角度，而且在结构上，它的设计制造必须符合压力容器标准，如PD 5500。这不仅是 良好的工程惯例，如果设备要保险锅炉检察员也会这样要求。 利用闪蒸蒸汽最明显的地方是通常在附近的锅炉给水箱。 给水箱内的水温很重要。如果太低，就需 要加入化学药品以除去水中的氧气；如果太高，给水泵可能气蚀。显然，如果热量回收可能导致给水箱温 度过高，就不要将闪蒸蒸汽排放到给水箱里。可用其他方法解决，例如加热给水泵有压侧的给水，或加热 燃烧空气。图3.13.2是一个简单的布置，它可回收117 kW的能量流和157 kg/h高品质的水，非常有效地成 本节约 。 排空气阀 闪蒸蒸汽 破真空器 大气压力除氧头 补给水 回收的冷凝水
3.13.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第3章
锅炉房
从锅炉排污中回收热量(仅用于TDS控制) 章节3.13
闪蒸蒸汽百分比 = x 100%
782 - 468 2226
闪蒸蒸汽百分比 = 14.1% 所以，锅炉排污水在通过排污阀时压力从10bar g降到0.5bar g，其中有14.1%将变成蒸汽。 有两个选择: 1. 将这部分闪蒸蒸汽通过排污罐排放到大气，浪费了相关的能量以及这些蒸汽冷凝后产生的高质量的 水。 2. 利用闪蒸蒸汽中的能量，并回收闪蒸蒸汽冷凝的水。确定闪蒸蒸汽的能量流率非常有用。利用蒸汽 表可以计算。 例 3.13.3 产生的闪蒸蒸汽量 = 1111 kg/h x 14.1% 产生的闪蒸蒸汽量 = 157 kg/h (0.0435 kg/s) 每kg蒸汽的总能量 = 2694 kJ/kg (hg at 0.5 bar g) 闪蒸蒸汽能量流 = 0.0435 kg/s x 2694 kJ/kg 闪蒸蒸汽能量流 = 117 kW 将其与锅炉排污的能量流量241 kW相比较。 利用这部分闪蒸蒸汽是可能的。在这个例子中，它几乎代表排污能量流率中的49%，以及14.1%的排 污水。 假设给水温度为0℃，利用蒸汽表查取上面计算需要的数据。要更准确的结果，应使用实际的给水温 闪蒸蒸汽
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3.13.5
Байду номын сангаас
第3章
锅炉房
从锅炉排污中回收热量(仅用于TDS控制) 章节3.13
板式交换器是这个应用的首选，因为它非常紧凑而且容易维修。经验表明，板式换热器内的较高的流 速和紊流有助于保持清洁，因此很少需要打开清洗。尽管如此，如果必须进行清洗，打开板式换热器清洗 板片是非常容易的。 管壳式换热器的清洗较复杂，而且要求完全拆卸，而且常常管子本身不能拆下清洗。 总的能量节约 (见例, 3.13.3和3.13.4): 从闪蒸罐回收 总的能量回收 总能量回收 = 117 kW = 117 kW + 94 kW = 211 kW 从热交换器回收 = 94 kW
第3章
锅炉房
从锅炉排污中回收热量(仅用于TDS控制) 章节3.13
蒸汽和冷凝水系统手册
3.13.1
第3章
锅炉房
从锅炉排污中回收热量(仅用于TDS控制) 章节3.13
从锅炉排污中回收热量 (仅用于TDS控制)
前面的章节讨论了为保持锅炉水的TDS值在一个合格的水平锅炉要排放炉水。这些水有下列特性： 脏 - 这意味着： - 这些水一般不能用于其它应用。 - 污水可能有需要处理的问题。 热 - 这意味着： - 一部分水在大气压力下闪蒸成为蒸汽。 - 热水可能有需要处理的问题。例如，可能有非常大的量需要处理 。 一个热量回收系统可以解决这些问题。 排污中的能量流率 利用排污计算中的数据，见例3.12.5，应用蒸汽表可以计算排污中的能量。 注意: 1 kJ / s = 1 kW 例 3.13.1 锅炉压力 = 10 bar g 锅炉出力 = 10000 kg/h 炉水最大允许TDS值 = 2500ppm 给水TDS值 = 250ppm 排污率 = 1111 kg/h 为了得到以kW表示的能量流， 排污率 = 1111 kg/h 3600
压力表 锅炉排污 闪蒸罐 锅炉补给水箱
剩余的排污水
至锅炉给水泵
冷态补给水 换热器
图3.13.3 用热交换器回收热量
排水道
设计需要考虑的事项 图3.13.3的设计的问题是在引入冷补给水的同时不能保证从闪蒸罐有剩余的排污水。 一个更好的设计 如图3.13.4所示，一个冷水箱用作热量接受器。用一个温度开关控制一个小循环泵以便当剩余的排污水有 足够高的温度时，再泵送冷水通过热交换器，提高水箱平均温度，而且节约能源。如果流出热交换器的排 污水的温度高于43℃，就必须排到排污罐，而不能直接排到污水窨井（见本书3.14章）。 首选的热交换器
从闪蒸蒸汽及其冷凝水回收能量，排污中有87%能量被回收利用。另外， 还回收了14% (质量) 的水， 为节约做进一步贡献。
排空气阀 闪蒸蒸汽 冷凝水回收 压力表 锅炉排污 闪蒸罐
破真空器 大气式除氧头 冷水贮存箱 冷态补给水
锅炉回水箱 冷 热
温控开关
循环水泵
换热器
排水道
图3.13.4 加热冷水箱的补给水（给水箱没有显示水位控制）
3.13.4
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第3章
锅炉房
从锅炉排污中回收热量(仅用于TDS控制) 章节3.13
用热交换器回收热量
从剩余的排污水中回收热量 通过闪蒸罐和相关的设备可以回收锅炉排污中大约 49%的能量，尽管如此，仍然可以从剩余的排污水 中进一步回收热量。 继续例子3.13.3，如果闪蒸罐工作在0.2 bar g，这就是说通过闪蒸罐疏水阀的剩余排污水的温度大约 是105℃。在把它排放之前可以进一步回收剩余排污水中的有用能量。一个公认的方法是使这些水通过一 个热交换器，加热通往给水箱的补给水。这个方法通常可将剩余排污水冷却到大约20℃。这个系统不仅回 收排污水中的能量，它同时将水在排放到排水系统之前冷却。(在英国，污水可以排放的温度限制在42℃， 其它国家有类似的限制)。 例 3.13.4 (继续例子) 总的排污量 = 1111 kg/h，其中157 kg/h闪蒸成蒸汽 水流率 = 1111 - 157 水流率 = 945 kg/h 水中的能量： 0.2 bar g压力饱和水的焓 = 440 kJ/kg 20℃水的焓 = 84 kJ/kg 可用来加热补给水的能量 = 440 - 84 可用来加热补给水的能量 = 356 kJ/kg 954 kg/h x 356 kJ/kg 回收的能量 = 3600 回收的能量 回收这部分能量的典型布置见图3.13.3所示。 排空气阀 闪蒸蒸汽 回收的冷凝水 破真空器 大气式除氧头 被加热的补给水 = 94 kW
3.13.6
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第3章
锅炉房
从锅炉排污中回收热量(仅用于TDS控制) 章节3.13
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3.13.7
第3章
锅炉房
从锅炉排污中回收热量(仅用于TDS控制) 章节3.13
Questions
1. A boiler exports 5 000 kg / h of saturated steam at 14 bar g, If the TDS blowdown rate is 350 kg / h, approximately how much energy is lost to blowdown ? a| 82 kW b| 117 kW c| 189 kW d| 68 kW 2. Referring to Question 1, the blowdown water passes into a flash vessel operating at 0.7 bar g. How much energy will be released by the flash steam ? a| 57 kW b| 51 kW c| 42 kW d| 36 kW 3. Why might it be necessary to use flash steam from boiler blowdown in a heat exchanger on the pressure side of the boiler feedpump? a| The feedtank is positioned too high for the flash steam to reach b| Flash steam injected into the feedtank will cause contamination c| When there is no deaerator head in the feedtank d| When further heating of the feedwater could cause cavitation in the feedpump 4. Referring to Question 2, the residual blowdown from the flash vessel trap passes through a heat exchanger pre-heating cold make up water. If the residual blowdown discharges at 15°C how much energy has been recovered from the residual blowdown ? a| 22 kW b| 28 kW c| 34 kW d| 47 kW 5. Referring to Question 4, what could happen to the residual blowdown leaving the heat exchanger if it is never higher than 30°C ? a| Filter the water and take it to drain b| Take the water to a blowdown vessel c| Discharge the water into the boiler feedtank d| Take the water to an effluent drain 6. What controls the pressure of the flash steam taken to the deaerator ? a| The size of the flash vessel b| The size of the flash steam pipe c| The head of water over the steam mixture discharge d| The blowdown rate
排污率 = 0.31 kg/s 在10 bar g压力下的显热能hf = 782 kJ/kg 排污能量流率 = 0.31 kg/s x 782 kJ/kg 排污能量流率 = 241 kW 考虑到文中的能量流率，在西北欧平均的民用中央加热系统额定值大约为13kW，例3.13.1中排污水含 有的能量流量足够加热19座住宅。 为了明确上面的计算，使用了蒸汽表中水在 0℃的数据。 实际上，置换排污水的补给水的温度比这个 温度高，因此，排污的能量要稍微少一些。例如如果补给水温度是10℃，排污的能量流率为228 kW。 闪蒸蒸汽 锅炉的排污水是接近锅炉压力的饱和水。在例3.13.1中，锅炉压力为10 bar g，这时的温度是184℃。显 然，在大气压力下水不能以184℃存在，因此在排污水中有过剩的热焓或能量。 假设排污水释放到闪蒸系统的工作压力是0.5 bar g，利用蒸汽表可以确定这部分过剩的能量的数量 ： 水在10 bar g时的比焓 = 782 kJ / kg (hf @ 10 bar g) 水在 0.5 bar g时的比焓 = 468 kJ / kg ( hf @ 0.5 bar g) 过剩的热焓 = 314 kJ / kg 这个过剩的能量将一部分水蒸发为蒸汽，这部分蒸汽称为闪蒸蒸汽。 闪蒸蒸汽的量很容易通过计算确定，或可通过表查取。 例 3.13.2 (高压下的h 查蒸汽表，0.5 bar g (hfg)的蒸发焓是2226 kJ / kg。f - 低压下的hf ) 低压下的hfg