книги из ГПНТБ / Волковыский Е.Г. Экономия топлива в котельных установках
.pdfПереохлаждение 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 |
||||||||
^х.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'K—г"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