Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Волковыский Е.Г. Экономия топлива в котельных установках

.pdf
Скачиваний:
44
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.71 Mб
Скачать

Переохлаждение высокотемпературного конденсата может осуществляться как в самом теплообменном аппа­ рате, так и путем подачи его в другой теплообменный

Абсолютное

давление

пара,к?.с/смг

Рис. 9-1. Изменение энтальпии

насыщенного пара

и горячей воды

в зависимости

от давления.

/ — насыщенный

пар;

2 — горячая

вода; 3— конденсат.

аппарат, где происходит конденсация вторичного пара и

переохлаждение самого

конденсата.

 

 

в 1 м3

 

 

В -табл. 9-3 приведено содержание

тепла

сухо­

го насыщенного

пара

в зависимости

ог

давления.

Из

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

9-3

Зависимость

с о д е р ж а н и я

т е п л а

в 1 ж 3

сухого

насыщенного

пара от

д а в л е н и я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсолютное

давление

3

4

5

 

 

6

 

7

пара, кгс/см*

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

тепла в

840

1 090

1 325

1 560

1 790

1 м*

сухого пара,

 

 

 

 

 

 

 

 

ккал/м1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

181

таблицы следует, что с увеличением давления объем пара уменьшается, и поэтому можно ввести в конструктивно заданный паровой объем теплообменного аппарата боль­ ше тепла и, следовательно, увеличить тепловую мощность на единицу поверхности нагрева. Вследствие этого про­ изводительность теплообменного аппарата повышается. Однако следует иметь в виду, что переход на высокие параметры теплоносителя требует принятия мер по сни­ жению потерь тепла с конденсатом. На рис. 9-1 заштри­ хован участок потерь тепла с конденсатом г'пот- Из графика видно, что с увеличением давления пара растут потери. Так, при абсолютном давлении пара 8 кгс/см2 потери с конденсатом увеличиваются почти на 25% по сравнению с давлением пара 5 кгс/см2.

9-2. С Х Е М Ы И С П О Л Ь З О В А Н И Я Т Е П Л А К О Н Д Е Н С А Т А

Выбор схемы использования тепла конденсата необходимо производить в каждом конкретном случае исходя из условий наибольшей экономичности, надеж­ ности, простоты устройства и удобства эксплуатации применительно к местным условиям теплоснабжения и теплопотребленияПри выборе схемы должно произво­ диться сопоставление величин получаемой экономии то­ плива с капитальными затратами на установку нового оборудования и эксплуатационными расходами. Совер­ шенно очевидно, что выбору схемы должны предшест­ вовать профилактические мероприятия по максимально­ му использованию тепла греющего пара и мероприятия по максимально возможному сбору конденсата.

Ввиду большого разнообразия местных условий труд­ но "дать какие-либо типовые решения. В качестве при­ меров можно указать на следующие схемы использова­ ния тепла конденсата.

1. П р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а о т к р ы т о й си­ с т е м ы п о с т у п л е н и я к о н д е н с а т а д л я б а р б о - т а ж н о г о п о д о г р е в а п и т а т е л ь н о й в о д ы с о с м е ш и в а ю щ и м о р о с и т е л ь н ы м у с т р о й с т в о м (рис. 9-2).

Конденсат подводится в бак / через перфорирован­ ную трубу. Одновременно в бак поступает холодная хи­ мически очищенная вода. Смесь конденсата и химически очищенной воды насосами 2 перекачивается в деаэратор котельной.

182

Уравнение теплового баланса смешения потоков име­ ет вид:

(->кСк(ік

^см) = ^ х . о . в с х . о . в (4м

^х.о.в),

(9-8)

где Gj; — количество

конденсата, кг/ч;

Gx.0.s—количество

химически очищенной воды, кг/ч; ск,

сх .0 .в — удельные

Рис. 9-2. Принципиальная схема открытой системы поступле­ ния конденсата для барботажного подогрева питательной воды со смешивающим оросительным устройством.

/ — конденсатосборник; 2 — насосы; 3— регулятор температуры РПД; 4 — диафрагма расходомера.

теплоемкости соответственно конденсата и химически очищенной воды, ккал/(кг-°С); для небольших давлений и температур до 100°С теплоемкость воды можно счи­ тать равной единице; в прочих случаях она будет боль­

ше

единицы; г*к энтальпия конденсата, ккал/кг, рав­

ная

iK = ctK, где tK — температура конденсата; 4м —тем­

пература смеси конденсата и химически очищенной воды, °С; Гд.о.в начальная температура химически очищенной воды, °С.

Количество химически очищенной воды, необходимой для снижения температуры конденсата до заданной ве-

183

Личины, можно определить по формуле

 

G X . O . B =

GT(tKf

^ м ) - >

кг/ч,

(9-9)

 

' К LX. O . B

 

кг/ч.

где G C M — количество

смеси,

равное

G K + G X . 0 . B ,

Для поддержания

заданной температуры

с некото­

рой степенью точности служит регулятор температуры 3 прямого действия, который отключает поступление хи­ мически очищенной воды при снижении заданной тем­ пературы смеси в баке и вновь включает ее подачу при повышении температуры. Регулятор настраивается на температуру срабатывания 80—90°С. На случай ремон­ та регулятора устраивают обвод трубопровода. При двух конденсатных баках с установкой индивидуальных регу­ ляторов обвод можно не предусматривать. Контроль за работой установки осуществляется расходомерами с диа­ фрагмами 4, контролирующими поступление химически

очищенной воды и конденсата. Управление

насосами

автоматическое в зависимости от уровня

конденсата

в баке.

 

Открытая система сбора конденсата имеет крупные недостатки, заключающиеся в значительных потерях те­

пла за счет испарения

воды с открытой

поверхности и

в насыщении питательной воды кислородом-

 

Механизм процесса испарения воды с открытой

поверхности

состоит в следующем.

 

 

 

Над поверхностью воды образуется пограничный слой насыщен­

ного пара,

температура которого соответствует

температуре воды

и давление

равно давлению

насыщенного пара

при

температуре

воды. Когда парциальное (частичное) давление

пара

над поверх­

ностью воды больше, чем парциальное давление

пара

в окружаю­

щем воздухе, то происходит диффузия пара в среду с меньшим давлением, и вода испаряется с поверхности. Следовательно, ско­ рость испарения воды с открытой поверхности будет тем больше, чем больше разность парциальных давлений пара над поверхностью

воды и в окружающем воздухе. В открытом баке

конденсат частич­

но испаряется и охлаждается до температуры,

соответствующей

парциальному давлению пара у поверхности испарения. Если кон-

денсатный бак не имеет крышки, то пар над поверхностью

испа­

рения находится в смеси с воздухом, парциальное давление

ларе

меньше атмосферного и конденсат в баке охладится примерно до

80—85 °С. Если

бак сообщается с атмосферой только через

выхлоп­

ную трубу, то парциальное давление в нем можно считать

равным

атмосферному,

и температура конденсата будет равна

примерно

99 °С.

 

 

Количество воды, испаряющейся с открытой поверх­ ности при атмосферном давлении, может быть подсчита-

184

но по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W = C F ( P l

~ p a ) ^ ,

кг/ч,

 

 

 

(9-10)

где

С = 0,00168+0,00128

ѵ, кг/(м*.ч-мм

 

вод. ст.)— ко­

эффициент

 

поверхности

испарения;

ѵ — скорость

цирку­

ляции воздуха в направлении, параллельном

поверхно­

сти

испарения, м/сек;

F — поверхность

испарения,

м2;

Рі — парциальное

давление водяных паров на

поверхно­

сти

испарения, мм вод. ст.; ра

парциальное

давление

водяных паров в воздушной среде, мм

вод. ст.; Рб —

барометрическое

давление, мм рт. ст.

 

 

 

 

 

 

 

О

величине

потерь конденсата

за

счет испарения

с

открытой

поверхности

можно судить

по следующему

примеру.

 

 

 

 

При температуре конденсата 90°С парциальное

давление

водя­

ного

пара

в

пограничном

 

слое

при

барометрическом

 

давлении

745

мм

рт. ст. соответствует

7 148 мм вод. ст., а

при

температуре

воздуха

25 "С и при относительной

влажности

его 55%

парциальное

давление водяного пара в воздухе составляет

177 мм вод. ст. Если

принять

ѵ — 0

м/сек,

то количество испаряющегося

конденсата из

открытого бака

с поверхностью

испарения

10

м2

составит

по

фор­

муле

(9-10):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

760

 

 

 

 

 

 

 

 

W =

0,00168-10 (7448 177) = g =

120

кг/ч.

 

 

 

Испарение конденсата из бака может быть частично

уменьшено

 

применением

 

смешивающего

 

оросительного

устройства, устанавливаемого в выхлопной трубе конденсатного бака (рис. 9-2). Охлаждающей средой слу­ жит химически очищенная вода.

При сборе перегретого конденсата потери тепла от испарения доходят в открытой системе до 10—15%. По­ этому такая система может применяться для потребите­

лей пара,

возвращающих конденсат

с

/ К <100°С .

2. П р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а

з а к р ы т о й си­

с т е м ы

и с п о л ь з о в а н и я т е п л а

к о н д е н с а т а

д л я п о д о г р е в а х и м . и ч е с к и о ч и щ е н н о й в о д ы

в п л е н о Ѵ н о м п о д о г р е в а т е л е ОРГРЭС

(рис. 9-3).

Принцип работы пленочного подогревателя

следую­

щий: нагреваемая вода подается под некоторым

напором

сверху через сопло и, попадая на розетку, разбрызгива­

ется на капли, которые стекают затем в виде пленки по стенкам вертикальных металлических цилиндров в ниж­ нюю камеру подогревателя. Зазор между стенками со­ ставляет 10—'20 мм. Вторичный пар поступает в корпус снизу, поднимается между концентрическими поверхно-

{85

стями и подогревает воду за счет непосредственного со­ прикосновения с пленкой водыПоскольку передача те­ пла происходит при отсутствии термического сопротив­ ления стенки, то недогрев воды до температуры насыще­ ния пара составляет 0,5—1 °С. Смесь воды и конденсата поступает в конденсатосборннк. В крышке подогревателя

Рис. 9-3. Принципиальная схема закрытой системы использования тепла конденсата для подогрева химиче­ ски очищенной воды в пленочном подогревателе ОРГРЭС.

1 конденсатосборннк; 2 —пленочный подогреватель ОРГРЭС;

3—насосы; 4 — диафрагма расходомера.

имеется патрубок, через который удаляются выделяю­ щиеся газы. Теплопроизводительность аппарата опреде­ ляется по формуле

Q = D(/n r)a—tC m),

ккал/ч,

(9-11)

где D — количество

вторичного

пара,

которое требуется

сконденсировать, кг/ч;

іп — энтальпия

пара

при данном

давлении, ккал/кг;

tcu

— температура

смеси

конденсата

и воды, выходящей

из

аппарата, °С;

т]а — к.

п. д. аппа­

рата, учитывающий потерю тепла через его наружную поверхность, равный 0,98—0,99; величина D определяет­ ся по табл. 9-2.

Расход химически очищенной воды на конденсацию пара

G X . O . B = 7

Т - " - - к г І ч -

< 9 ' 1 2 )

 

' С И

' X . о. •

•'

'

186

Здесь теплоемкость воды принята равной единице. Если известны расход и давление вторичного пара,

расход и температура нагреваемой химически очищенвой воды, то температуру воды за аппаратом можно определить по формуле

с м =

G X . 0 . B + D

'

( У " М )

Экономию условного топлива от использования тепла конденсата для подогрева питательной воды ( G N , B ) от ti до h можно вычислить по формуле

^ с 7 д о ; К т '

т ' г о д -

( 9 - 1 4 )

Критерием применимости схемы является следующее

условие:

 

 

 

GK [( 1 - 0,00 l d ) ( f , - г с м )

-4- O.OOlfif (in

— г е м ) ] 7ja

Gx. O.B (^СМ

^Х. О.в)

 

где G K количество конденсата,

т/ч;

GX.O.B количество

химически очищенной воды, которым необходимо вос­ полнить потери конденсата и продувочной воды котлов,

т/ч; d — количество вторичного

пара, кг/т

конденсата;

/п — энтальпия

вторичного

пара

при данном

давлении,

ккал/кг;

tK — температура

конденсата, °С; /,с м темпе­

ратура

смеси,

которая из

условия надежности работы

конденсатных насосов принимается обычно равной 80°С.

 

Применение

схем для подогрева

питательной

воды

ограничено условием увязки по тепловому

балансу{фор-

мула (9-15)].

 

 

 

 

 

 

 

 

Например,

при

количестве

конденсата

GK = 10 т/ч (температура

его

/ К =132,8°С,

р — 3 кгс/см2),

количестве вторичного пара

d=83 кг

на

1 т конденсата,

расходе

химически очищенной

воды

по

мате­

риальному

балансу

питательной

воды

G X . 0 . B = 4 т/ч С температурой

.о.в=20°С и при

температуре

смеси

/С м = 80°С

располагаемое

тепло конденсата

значительно

превышает

необходимый

расход теп­

ла для подогрева

питательной

воды.

 

 

 

 

 

 

3. П р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а з а к р ы т о й си­

с т е м ы

и с п о л ь з о в а н и я

т е п л а

к о н д е н с а т а

с

в о д о в о д я н ы м

п о д о г р е в а т е л е м

(рис. 9-4).

[

Конденсат

с

температурой

выше

100°С

поступает

' в

подогреватель

2,

где

используется

тепло

 

конденсата

187

для нагрева воды, предназначенной дли санитарно-тех- нических и производственных целей. Из подогревателя охлажденный конденсат поступает в конденсатный бак /, откуда насосами 3 перекачивается в деаэратор котель­ ной. Для поддержания заданной температуры охлажде­ ния конденсата устанавливается регулятор температуры 5, регулирующий поступление воды в подогреватель

Холодная вода

Рис. 9-4. Принципиальная схема закрытой системы использования тепла конденсата с водоводяным подо­ гревателем.

/ — конденсатосборник; 2 — подогреватель;

3— насосы;

4 —

предохранительный клапан;

5 — регулятор

температуры

РПД;

6 диафрагма расходомера;

7 — бак-аккумулятор горячей

воды.

в зависимости от параметров конденсата. В подогрева­ теле вода может быть подогрета до температуры на 5— 10 °С ниже температуры поступающего конденсата.

Количество используемого тепла конденсата (QK ) в подогревателе можно определить по формуле

QK=GK (J'Kг"к)т]а103 , ккал/ч,

(9-16)

где і'к— энтальпия конденсата при температуре насы­

щения данного

давления, ккал/кг;

і"к

— энтальпия кон­

денсата на выходе из подогревателя,

ккал/кг.

Количество

нагреваемой воды

в

подогревателе

188

Экономия условного топлива от использований тепла конденсата определяется по формуле

7 0 0 0 т ) к . г 1 ООО, т/год.

(9-17)

Схема отличается экономичностью, надежностью, простотой устройства и обслуживания, малыми -перво­ начальными затратами и небольшими эксплуатационны-

 

 

Нагретая дода

Конденсат

 

Холодная Вода

 

 

t УЮО°С

~1

t*5—J Пар из

 

 

паропроВода

 

 

 

В

питательный

 

 

 

бан

котельной

Рис. 9-5.

Принципиальная

схема

закрытой системы

использования тепла конденсата с пароводяным подо­

гревателем.

 

 

 

 

3 на­

/ — конденсатосборник; 2 — пароводяной

подогреватель;

сосы; 4 — клапан «после себя» ; 5 — диафрагма

расходомера.

ми расходами.

Замкнутый

контур

исключает

контакт

конденсата с воздухом. Применение ее возможно при наличии потребителя горячей воды.

4. П р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а з а к р ы т о й си­

с т е м ы и с п о л ь з о в а н и я

т е п л а

к о н д е н с а т а

с п а р о в о д я н ы м п о д о г р

е в а т е л е м

(рис. 9-5).

Конденсат поступает в закрытый бак /. При помощи насоса 3 конденсат откачивается в питательный бак ко­ тельной. Вторичный пар из бака поступает в пароводя­ ной подогреватель 2, где .нагревает воду, которая затем используется для производственно-технологических или санитарно-технических целей. Конденсат из подогрева­ теля сливается в бак конденсата /. В случае падения давления в баке ниже установленного пар поступает из

189

паропровода через регулятор давления прямого действия и давление восстанавливается.

Экономия топлива AB от использования тепла вто­ ричного пара конденсата определяется по формуле

^ = 1 Ш ^ Ш й '

т / г о д >

(9"18>

где D — количество вторичного пара, кг/ч

(см. табл. 9-2) ;

г'ц — энтальпия вторичного пара,

ккал/кг;

ік — энтальпия

конденсата после подогревателя,

ккал/кг.

 

Достоинством схемы является обеспечение заданной теилопроизводительности установки независимо от па­ раметров и расхода возвращаемого конденсата.

Производственно-технологические потребители неред­ ко требуют пар двух давлений. Для снижения давления обычно устанавливается редукционный клапан, дроссе­ лирующий пар до более низкого давления. Экономию тепла можно получить при замене редукционного кла­ пана пароструйным компрессором. В последнем можно использовать перепад .давления, теряемый в редукцион­ ном клапане, для повышения давления пара вторичного вскипания конденсата.

Принцип действия пароструйного компрессора со­ стоит в том, что за счет струи рабочего пара высокого давления пар низкого давления подсасывается в камеру смешения, где протекает процесс активного взаимодей­ ствия двух потоков; смешанный пар поступает в диф­ фузор, в котором выравнивается давление и происходит преобразование кинетической энергии потока в потен­

циальную.

 

 

5. П р и н ц и п и а л ь н а я

с х е м а

и с п о л ь з о в а ­

н и я т е п л а к о н д е н с а т а

с

п а р о с т р у й н ы м

к о м п р е с с о р о м и с д в у х с т у п е н ч а т ы м р а с ­ ш и р е н и е м (рис. 9-6).

Пар давлением рі поступает к потребителю 1, в ко­ тором поддерживается более высокая температура. Потребитель 2 требует более низкой температуры. Для понижения давления пара рі обычно устанавливается редукционный клапан 3, дросселирующий пар с давле­ ния рі до р2- Вместо редуктора 3 устанавливается пароструйный компрессор 4, использующий энергию (бесполезно затрачиваемую при дросселировании пара в редукционном клапане) на создание пониженного дав­ ления в расширителе первой ступени 5, куда поступает

190

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ