Использование теплоты пароконденсатной смеси

Системы сбора конденсата являются функциональными эле­ментами системы теплоснабжения предприятий. В связи с нали­чием в конденсате «пролётного» пара можно использовать энер­гетический потенциал пароконденсатной смеси в утилизацион­ных теплообменниках, пароструйных компрессорах и т.п. В си­стему сбора и использования конденсата входят конденсатоотводчики, конденсатопроводы, конденсатные баки, насосы, ути­лизационные теплообменники, запорная и измерительная арма­тура, приборы теплового контроля. Системы сбора конденсата должны обеспечивать его полный возврат, так как он является наилучшей водой для питания котлов. Сбору подлежит конден­сат, образующийся во всех рекуперативных паропотребляющих аппаратах. Предприятия, получающие пар от централизованных источников теплоты, обязаны возвращать конденсат в количе­стве, определяемом двухсторонним договором. Предприятия, от­пускающие пар другим организациям, должны получать от них конденсат согласно договорным обязательствам. В целях энер­госбережения не допускается эксплуатация открытых систем сбора конденсата, так как теряется теплота с «пролетным» па­ром и паром вторичного вскипания. Относительные потери теп­лоты пароконденсатной смеси δ_д определяются по формуле

(9.38)

где h_пкс — энтальпия пароконденсатной смеси, кДж/кг; С_в — удельная теплоемкость воды.

С «пролетным» паром и паром вторичного вскипания теряет­ся также масса конденсата, относительные потери которой оп­ределяются по формуле

(9.39)

где 2500 кДж/кг — теплота парообразования при атмосферном давлении.

Применение открытых систем сбора конденсата приво­дит к потере около 40 % теплоты пароконденсатной смеси и около 10 % массы конденсата. После всех паропотребляю­щих рекуперативных аппаратов должны устанавливаться конденсатоотводчики, препятствующие пропуску пара. Кон-денсатоотводчики подбираются по расчетному расходу кон­денсата и его давлению. Расчетный расход конденсата при­нимается равным учетверённому среднему часовому расходу пара.

При стабильных параметрах пара и режимах работы паропо­требляющих аппаратов и невысоких давлениях пара (до 3 ата) целесообразно применять конденсатоотводчики с гидрозатво­ром и гидросопротивлением (подпорные шайбы).

Высота гидрозатвора (H, м) пропорциональна разности дав­лений до (Р') и после (Р") конденсатоотводчика, ата:

(9.40)

Конденсатоотводчики с гидросопротивлением подбираются по диаметру отверстия подпорной шайбы, который определяет­ся по формуле

(9.41)

где m_р — расчетный расход конденсата, кг/ч.

При значительных колебаниях давления и расходов пара сле­дует применять конденсатоотводчики с механическим затвором (поплавковые, термостатические, термодинамические). Поплав­ковые конденсатоотводчики подбираются по диаметру седла клапана dc, мм, который определяется по формуле

(9.42)

Рис. 9.10. Номограмма для определения диаметра седла клапана поплавкового конденсатоотводчика

Диаметр отверстия шайбы можно также определить по но­мограмме (рис. 6.10), по разности давления и расчетному расхо­ду конденсата.

При давлении пара в аппаратах до 6 ата предпочтение следу­ет отдавать термостатическим конденсатоотводчикам, диаметр условного прохода dy которых подбирается по давлению перед конденсатоотводчиком Р' и фактическому расходу конденсата, кг/ч, согласно таблице, приведенной ниже.

Расход конденсата, кг/ч

dy, мм	Давление перед конденсатоотводчиком, ата
	1,5	1,7	2	4	6
15	350	130	560	680	900
20	560	660	850	900	1150

При колебании производительности паропотребляющих ап­паратов в диапазоне от 50 до 100 % целесообразно применять термодинамические конденсатоотводчики, пропускающие не более 3 % «пролетного» пара. Диаметр термодинамических конденсатоотводчиков подбираются по коэффициенту пропускной способности K_v, мм,

Коэффициент пропускной способности Kv	0,8	0,9	1,1	1,4	1,9	2,9
Диаметр конденсатоотводчика, мм	15	20	25	32	40	50

который определяют по формуле

(9.43)

где ρ_пкс— плотность пароконденсатной смеси, кг/м3, рассчитыва­емая по выражению

(9.44)

где ρ' и ρ" — соответственно плотность кипящей воды и сухого на­сыщенного пара, кг/м³, x — доля пара в пароконденсатной смеси.

При монтаже конденсатоотводчиков необходимо предусмат­ривать байпасные линии для их отключения. Для определения потенциала и выхода теплоты пароконденсатной смеси необхо­димо определить ее давление, температуру, энтальпию и массо­вый расход. Выход конденсата, равный расходу пара в аппарате D_А, определяется с помощью расходомера, устанавливаемого пе­ред аппаратом. При отсутствии расходомера выход конденсата принимается по паспортному расходу пара. Температура паро­конденсатной смеси соответствует температуре насыщения пара t_н при соответствующем давлении. Энтальпию пароконденсат­ной смеси h_пкс экспериментально определяют с помощью кало­риметрического прибора. Потенциальный расход теплоты паро­конденсатной смеси Q_пкс, кВт, поступающий от технологическо­го аппарата, определяется по формуле

(9.45)

где D_А — расход пара в аппарате, кг/с; t_хв — температура холод­ной воды, °С.

Потенциальный выход теплоты пароконденсатной смеси в производственном цехе или по предприятию в целом определя­ется по формуле

(9.46)

где Z_i — количество установленных однотипных, технологичес­ких аппаратов; γ_j — коэффициент одновременности включения однотипных технологических аппаратов.

Аналогичным образом определяется потенциальный массо­вый выход конденсата:

(9.47)

Потенциальные выходы массы конденсата и теплоты паро-конденсатной смеси являются основными исходными данными для расчета и подбора утилизационных теплообменников. В це­лях обоснования рациональных режимов эксплуатации устано­вок для утилизации теплоты пароконденсатной смеси и опреде­ления экономической эффективности от их внедрения необходи­мо составлять характерный суточный и годовой графики выхо­да конденсата. Утилизационные теплообменники для использо­вания теплоты пароконденсатной смеси наиболее целесообраз­но устанавливать в тепловых пунктах производственных цехов. Расстояние между источниками конденсата и утилизационными теплообменниками должно быть минимальным. Оборудование утилизационных установок предпочтительней устанавливать в подвальных помещениях. Тепловая схема утилизационной уста­новки должна предусматривать возможность её отключения для проведения осмотра и ремонта.

Установки для утилизации теплоты пароконденсатной смеси следует оснащать приборами теплового контроля (давления, температуры, расходов теплоносителей), а также автоматичес­кого регулирования режимов их эксплуатации. На предприятиях малой мощности с котельными, оснащенными паровыми котла­ми без экономайзеров, пароконденсатная смесь после техноло­гических аппаратов может использоваться для подогрева хими­чески очищенной воды (рис. 6.11). В качестве утилизационного теплообменника смесительного типа при этом используется за­крытый конденсатный бак. Расход химически очищенной воды должен составлять до 1,3 кг на 1 кг пароконденсатной смеси.

Дополнительные затраты на устройство данной тепловой схемы практически ограничиваются прокладкой спаренного трубопровода для химически очищенной воды между котель­ной и теплопунктом производственного корпуса, а также уста­новкой насосов для её перекачки.

Схема использования пароконденсатной смеси для нагрева химичес­ки очищенной воды:

1 — рекуперативные пар «использующие теплообменные аппараты; 2 — конденсатоотводчики;

3 — смесительный теплообменник; 4 — насос; 5 — датчик температуры; 6 — датчик верхнего уровня

воды; 7— регулятор расхода воды

Емкость конденсатного бака должна быть в 2,5 раза больше максимального получасово­го выхода пароконденсатной смеси. При возврате от паропотребляющих аппаратов пароконденсатной смеси низкого дав­ления (до 0,3 МПа) ее целесообразно использовать в теплооб­менниках типа «труба в трубе» для получения горячей воды в автономных системах горячего водоснабжения производствен­ных цехов.

Для обеспечения надежности работы системы горячего во­доснабжения предусматривается подача воды от резервного па­роводяного подогревателя из центрального теплопункта и ус­тановка бака-аккумулятора. Рабочий объем бака-аккумулято­ра должен соответствовать максимальному часовому потреб­лению горячей воды. Бак-аккумулятор необходимо оснащать датчиками допустимых нижнего и верхнего уровней воды. Водоводяной теплообменник подбирается в соответствии с требуемой поверхностью нагрева F, которая определяется по тради­ционной формуле

(9.48)

где Q_ПКС — расход теплоты, определяемый по (6.45); k — коэффици­ент теплопередачи (следует принимать равным 1,00÷1,25 кВт/(м²·К); Δt — среднелогарифмический температурный напор, у которого большая и меньшая разность температур определяется как

(9.49)

где t_н и t_к — температура насыщенного пара и конденсата, °С; t_гв и t_хв — соответственно температура горячей и холодной воды, °С.

При давлении пароконденсатной смеси более 0,3 МПа целе­сообразно использовать утилизационные установки с сепарато­ром-расширителем. При этом происходит разделение парокон­денсатной смеси на две фазы — отсепарированный пар давлени­ем 0,17÷0,2 МПа и кипящую воду температурой до 120 °С.

Рассмотрим установку предназначенную для получения горя­чей воды в секционном водоводяном подогревателе типа «труба в трубе» и горячего воздуха в калорифере. Полный внутренний объем сепаратора V_с, м³, определяется по формуле

(9.50)

где х_с — степень сухости отсепарированного пара (х_с = 0,9÷0,95); ρ" — плотность сухого насыщенного пара при давлении в сепа­раторе P_с, кг/м³; q_v — напряжение парового пространства сепа­ратора (принимается 0,56 м³/(м³·с)); r_c — теплота парообразова­ния при давлении P_с, кДж/кг; — энтальпия кипящей воды в се­параторе определяется по давлению P_с, кДж/кг, или по формуле

(9.51)

где t_н — температура насыщенного пара, °С.

Количество отсепарированного пара D_c , кг/с, определяется по формуле

(9.52)

Количество теплоты Q_K, кВт, используемой на подогрев воздуха в калорифере, определяется по формуле

(6.53)

Количество конденсата D_к, кг/с, направляемого в водоводяной теплообменник, определяется из уравнения

(6.54)

Количество теплоты Q_B, кВт, используемой на подогрев во­ды в водоводяном теплообменнике, определяется по формуле

(9.55)

Необходимая поверхность нагрева водоводяного теплооб­менника определяется по формуле (6.48).

Недостающее количество горячей воды поступает в бак-ак­кумулятор от пароводяных подогревателей, устанавливаемых в центральном теплопункте.

В отопительный период года образующаяся в сепараторе ки­пящая вода может быть использована для нужд водяного отоп­ления, а в летнее время — для получения горячей воды в водоводяном подогревателе. Отсепарированный пар можно исполь­зовать как в калориферах для подогрева воздуха, так и в парово­дяных подогревателях для выработки горячей воды.