胡连营，张雷
摘要：凝结水的闪蒸是由于系统压力降低吸收自身剩余热能产生再汽化的必然现象，其闪蒸率的大小主要由系统压力差决定。控制闪蒸与否成为密闭式回收系统和开放式回收系统的本质区别。为使凝结水在顺畅回收的同时充分利用其全部热能，应合理控制闪蒸压力，并根据现场情况采用不同方式利用闪蒸汽。
关键词：凝结水；回收系统；闪蒸
中图分类号：TK211文献标识码：B文章编号：1004一7948（2006）01一0058一03
1引言
闪蒸是指水的一种相变过程，即在一定压力和温度下的饱和水或未饱和水，当压力下降至某温度下的饱和压力时，就会进入饱和区而开始汽化，并且随着压力的下降，其汽化程度不断提高。饱和蒸汽释放了汽化潜热以后还原为凝结水。凝结水由于失去了高效加热作用而被从用汽设备中排出，同时也将显热带出，这部分热量约占蒸汽总热量的20％～30％。因此，回收利用凝结水成为供热系统重要的节能途径。凝结水通常处于高于100℃的饱和状态，具有一定的过程特性，其相位会因系统压力条件不同而呈现出一定的液态和汽态，而且两者可以不断地相互转化。当系统压力降低时，部分攀结水便开始汽化形成闪蒸汽。由于凝结水在回收过程中存在着不可避免的压力损失，因而闪蒸现象也必然存在，成为凝结水回收系统中难以回避的问题。
2凝结水闪蒸
2.1闪蒸的发生
与饱和水在锅炉中吸收燃料热量的汽化不同，凝结水闪蒸是蒸汽在放出热量形成液态后的重新汽化，其热量来源于凝结水自身。
凝结水产生后，在压力P1状态下具有比焙h1，在从设备中排出经管道回收的流动过程中，存在着不可避免的压力损失，降至压力P2后的凝结水比烩应为h2。由于h1>h2造成热能剩余，就为饱和状态的凝结水提供了汽化的能量，于是产生了闪蒸。如果闪蒸压力下对应汽化潜热为r闪蒸率（闪蒸出来的饱和蒸汽占原饱和水的比例）为x，根据能量守恒原则，可以列出热平衡方程：
hl＝（1－x）h2＋x（h2＋r）＝h2＋rx
取不同压力对应的恰值和汽化潜热，利用式（1）可以作出闪蒸率随不同工作压力变化趋势图，如图1所示。显然，凝结水闪蒸前后的压力P1和P2的相差越大，则其分别对应的热恰hl和h2就相差越大，闪蒸率x也越大；x随P1的减少和P2的增加而减少，x随P1的增加和P2的减少而增加；对于一定的P1，增加P2，x减少，回水温度提高，减少P2，x增加，回水温度降低，在P2＝0时x达到最大，此时环境压力若为标准大气压，凝结水温度降至100℃。这是凝结水闪蒸控制与调节最主要的理论依据。
2.2闪蒸的分析
大部分凝结水回收系统是利用疏水阀通过管道把凝结水汇聚到集水罐。这一区段的基本运行性质是利用疏水阀出口的凝结水自身压力完成输送的。其系统工作压力必然呈不同梯度的下降趋势。
如图2所示，P为疏水阀工作压力，P1为疏水阀的工作背压，P2为集水罐或管道末端压力。
疏水的需要使P降为P1，余压P1的存在使凝结水得以克服管网的阻力和集水罐压力P2以及提升至一定高度h，亦即P1降为P2。这两个压力降都会使部分凝结水产生汽化，形成闪蒸汽。与此同时，管道和附件的散热损失会减少闪蒸率，但该热损失的数量较少。另外，疏水阀在工作过程中或多或少地都会产生一定的漏汽，虽然不是由闪蒸形成的，但一直存在于凝结水管道中，一并视为闪蒸汽。
所以凝结水实际到达集水罐处的闪蒸率x应该是：疏水阀漏汽率x0、疏水压差产生的闪蒸率x1和管道压降产生的闪蒸率x2的总和减去管道和附件的散热损失减少的闪蒸率x3，即
x＝x0＋x1＋x2－x3(2)
疏水阀漏汽率x0与疏水阀的种类和质量有关，按产品说明书取值，国标规定疏水阀漏汽率x0≤3％。
疏水压差产生的闪蒸率x1和管道压降产生的闪蒸率x2分别可由式（1）列出对应式：
式中h一疏水阀工作压力对应的饱和凝结水比焓，k1/kg；
hl一疏水阀的工作背压对应的饱和凝结水比焓，kJ/kg；
ht一疏水阀前凝结水过冷度对应的比焓，kJ/kg，若疏水阀前的凝结水为饱和状态，则ht＝0；
h2一集水罐或管道末端压力对应的饱和凝结水比焓，kJ/kg；
r1一疏水阀的工作背压对应的汽化潜热，kJ/kg；
r2一集水罐或管道末端压力对应的汽化潜热，kJ/kg。
式中q—凝结水管道单位长度散热损失，kJ/(m"h"℃)，由国标图集中查得；
L—凝结水管道长度，m；
t1—管道中凝结水平均温度，℃；
t2—周围环境温度，℃，一般按夏季通风计算温度；
G—凝结水流量，kg/h。
虽然凝结水在流动中，会由于散热产生一定的温降，但这种温降与焙降并不协调。所以散热会使闪蒸率降低，但不一定能使闪蒸避免。通常管道保温的效果在保存了凝结水热量的同时也保证了凝结水的闪蒸。闪蒸汽为饱和蒸汽，而闪蒸剩下的凝结水仍属于饱和水，在压力和温度改变的情况下，汽与水仍可以相互转化，使凝结水管道出现了二相流，流动状态十分复杂。一般工程上按汽水混合物计算，管径明显增大。
3闪蒸凝结水
3.1闪蒸的控制
闪蒸特性的存在，使得凝结水在回收的过程中所拥有的热量分为两部分：一部分为闪蒸汽所含的热量；另一部分为闪蒸后的凝结水所含的热量。我们可以分别称之为闪蒸热和凝结热，总体上闪蒸热所占的比例相对较小，可以通过末端换热降低凝结水温度以减少闪蒸汽的产生，但此时闪蒸热是被外界所吸收，而不可能在内部调节其比例。由于闪蒸率主要由系统压力差决定，通过调节末端压力可以控制闪蒸热和凝结热之间的比例，这种方式更为灵活实用。
开放式回收系统正是利用这一特性来回收凝结水的。此系统一般设置开式水箱让凝结水在大气状‘态充分闪蒸降温，意在适应疏水阀较低的背压性能，避免普通离心泵输送凝结水的汽蚀间题。显然，开放式回收系统是以牺牲最大的闪蒸热为代价来回收凝结热，其主要的弊病是排放了闪蒸汽，如果再考虑疏水阀的漏汽损失，热能的浪费相当可观。
与开放式回收系统彻底闪蒸凝结水不同，密闭式回收系统进行了有节制的闪蒸凝结水。这种节制一般通过在集水罐处设置压力控制器件完成。由于系统的压差为疏水阀疏水和管道回水资用所必需，所以闪蒸汽的存在仍然难以避免，不过集水罐压力一般控制超过大气压，因而闪蒸率较小，且可根据系统需要调整设定。适当提高集水罐压力，可以减小闪蒸率，其控制的原则是首先满足回水压差需要，然后视闪蒸量等因素考虑闪蒸汽的利用。有时为提高闪蒸汽利用量或降低回水温度也可以适当降低集水罐压力。这需要根据系统参数情况综合确定。
由此，可以说开放式回收系统就是凝结水闪蒸不控制的系统，而密闭式回收系统就是凝结水闪蒸有控制的系统。从闪蒸的角度更易理解开放式回收系统和密闭式回收系统的本质区别，表1给出了两者闪蒸特征的对比情况。
3.2闪蒸的利用
由于闪蒸汽从闪蒸前的高温凝结水中带走大量的汽化热，所以闪蒸汽亦有利用价值。有时可根据需要制造闪蒸的条件，即形成凝结水的闪蒸利用方式。
即使密闭式回收系统也不能消除凝结水的闪蒸，而只能使闪蒸率相对减少。单纯的末端压力控制并不能使闪蒸汽得到充分利用，必须结合现场情况进行合理的设计和调节。需要考虑的问题主要有确定合适的回水压力，以兼顾回水和利用闪蒸热的需要，是否有合适的低压用汽设备等。可根据不同情况采用冷却方式和分离方式，如表2所示。
没有合适的低压用汽设备时，可采用冷却方式。利用低压汽水换热器，将闪蒸汽用于锅炉给水、工艺用水和生活用水的加热，也可在集水罐上设置填料冷却器，利用软化水喷淋冷凝闪蒸汽。
分离方式一般用于有低压用汽设备的场合。闪蒸汽可作为低压蒸汽的补充，也可将闪蒸汽通过喷射器加压后利用。闪蒸汽仍然属于饱和蒸汽，但其流量并不稳定，且压力较低，一般很难直接适用于利用设备，这时就需要利用汽一汽喷射器提高其能级。高压蒸汽作为工作流体，引射作为被吸流体的低压闪蒸汽，从而可以得到一种压力适合使用的蒸汽。其功效是多方面的，既可避免高压蒸汽节流减压的损失，又提高了闪蒸汽的品位，同时也可对闪蒸压力进行控制。
闪蒸利用的设置可分为两种情况：一种是集中闪蒸，即在系统总集水罐处设置，集中利用一定压力和流量的闪蒸汽，避免闪蒸汽发生类似开放式回收系统的溢出现象；一种是局部闪蒸，即在某个设备或某个区域的闪蒸罐上设置，既回收闪蒸汽，又解决高压设备对低压设备的回水影响，以利整个回水管网的水力平衡。一般前者适用于规模较小，且用汽压力相差不大的系统，后者适用于规模较大，高低压力相差较大的系统。
4结语
凝结水的闪蒸是由于系统压力降低吸收自身剩余热能产生的再汽化，是无法避免的必然现象。其闪蒸率的大小主要由系统压力差决定，当末端压力为大气压时，闪蒸率达到最大值。
通过末端换热降低凝结水温度可以减少闪蒸汽的产生，但通过调节末端压力控制闪蒸热和凝结热之间比例的方式更为灵活实用。对闪蒸的不同处理方式形成了不同的凝结水回收系统。应合理控制闪蒸压力，根据现场情况设置集中闪蒸和局部闪蒸，并采用不同方式利用闪蒸汽，以使凝结水在顺畅回收的同时充分利用其全部热能。