高温蒸汽冷凝水的有效利用

高温蒸汽冷凝水的有效利用

【摘要】城市蒸汽集中供热常常实行单管输送系统,本文结合工程实例,针对处理高温蒸汽冷凝水提出了三种设计方案。计算分析表明:方案一、二不仅要增加基建投资,而且会造成大量的水电浪费;方案三则可有效利用冷凝水余热,并使其符合国家排放标准。

【关键词】高温蒸汽冷凝水排污降温池冷却系统热交换

1 城市蒸汽热网现状

利用热电厂余热对城市实行集中供热,有利于供热系统的统筹管理,并具有减少城市污染,节省能源,降低工程造价之优点,然而,实际设计中常采用单管输送系统。这是由于蒸汽冷凝水难以回收。因为冷凝水收集点过于分散,若有几条压力不同,管径不同,距热电厂距离不同的冷凝水管要汇合到一条总管道上时,很难进行水力计算,使之系统压力均衡。常常会发生余压小或距离热电厂远的回水被余压大或距离热电厂近的回水顶住而回不去的现象,使系统不能正常工作。加之,蒸汽冷凝水管路常常是蒸汽和水混合在一起的两相流,其对管道腐蚀较大,很难保证冷凝水回水水质。同时设置冷凝水回收管路,必将大大增加工程投资和管理费用,因此,城市蒸汽集中供热常常实行单管输送系统。从而如何能有效利用蒸汽冷凝水余热,并使之符合城市排放标准,成为设计人员必须要面对的问题。

2 蒸汽利用的传统方法

传统设计中利用蒸汽直接对水进行加热被广泛采用,其对冷凝水的有效利用起过积极的作用。通常适用于蒸汽品质好、冷凝水回收不经济或不需回收且对噪音要求不严格的公共浴室、工业企业生活间、洗衣房等,其特点是设备系统简单,加热器不易结垢堵塞,投资省,维修方便,热效率高;但其噪音大,水质易受热媒污染。随着人们生活质量的不断提高,人们对环境,对水质有了较高的要求。上述做法已逐渐不被人们所接受,取而代之的是利用汽水换热器对水进行间接加热。

3 有效利用高温蒸汽冷凝水方法

1999年,笔者在设计石家庄某高层住宅小区时,较为成功地解决了这一问题,通过三年的运行,证明其效果良好。

3.1 工程概况

该小区由几栋24层高层住宅组成。全楼设置空气调节系统24小时生活热水供应系统等,并实现自动控制。市政提供的热媒为蒸汽,夏季蒸汽压力为0.45～0.5MPa,冬季蒸汽压力不低于0.4MPa。

为充分利用能源,空调系统所用换热机组选为汽—水和水—水组合型换热机

组。即便如此,冷凝水的出水温度仍然较高,可达85℃,其流量约为14.02m3/hr,加之生活热水所用换热机组的冷凝水,其流量最大为15.10m3/hr。本工程市政热网不进行蒸汽冷凝水的回收。

依据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009年版)的规定,温度高于40℃的污、废水,排入城镇排水管道前,应采取降温措施。

依据公式:

:蒸汽冷凝水需降低的热量,kw;

:蒸汽冷凝水的流量,m3/hr;

:85℃时,水的密度,;

:蒸汽冷凝水所要降低的温度,℃;

:水的比热,。

这部分冷凝水所要降低的热量至少为766.07kw。

如何将其能正常降温排入市政管网,成为设计中的技术难点。

3.2 三种设计方案

通过查阅相关手册、资料,设计中先后提出了三种方案:(1)建造排污降温池;(2)设置冷却系统;(3)将冷凝水收集贮存,通过热交换将其热量回用到生活用热水系统中。

3.2.1 方案一、二

方案一:建造排污降温池,用市政给水管网中的水对高温水进行冷却。用热平衡方法[1]计算所需冷却水用量:

:进入降温池的高温冷凝水,m3/hr;

:冷却水量,m3/hr;

:冷凝水温度,℃;

:允许排入排水管道的水温,℃;

:冷却水温度,℃。

所需冷却水量至少为42.5m3/hr,而小区生活最大小时用水量为49.2m3/hr。

方案二:设置冷却系统,通过风冷后将其降至40℃以下。已知冷却水量为15.10m3/hr,冷却进、出水温度依次为85℃、40℃。当地的气象参数为:湿球温度τ=27.2℃,干球温度为θ=35.8℃,大气压力P=748.0mmHg,风速0.89m/s。

冷却设备所耗电量为2.5kw。

就本工程而言,换热机组置于设备用房地下一层(-7.800m),冷却设备应置于设备用房屋顶(8.250m)。相应冷却水泵耗电量为4kw。

共计总耗电量为6.5kw。

方案一需建造排污降温池,且常年需浪费大量的水资源。方案二需定制冷却设备,运转中浪费大量的电能。方案一、二不仅增加了基建投资,占用土地或影响建筑立面效果,而且要浪费大量的水或电。同时,这部分热能也将被白白地浪费掉。

3.2.2 方案三

可有效利用冷凝水余热,然而空调冷凝水产水高峰域与生活用热水使用高峰域不重叠。设计中进行了大量的实际调研,将生活用热水进行合理分区,经计算分析,确定了冷凝水收集贮存的最大体量——约四倍于最大小时冷凝水量。

此区生活用热水换热机组为水—水换热器,热媒进口温度为80℃,出口温度为35℃,热水产水量为20m3/hr,出水温度50℃。此设备基本能保证一区夏季生活用热水。其它季节串联一台汽—水换热器,其热水出水温度定为65℃。