3.2.13. Сбор и возврат конденсата в котел

Общая характеристика

При передаче тепла производственному процессу при помощи теплообменника пар отдает скрытую теплоту (теплоту конденсации) и конденсируется, образуя горячую воду. Эта вода теряется или (что является обычной практикой) собирается и возвращается в котел. Повторное использование конденсата преследует четыре цели:

•использование тепловой энергии, содержащейся в горячем конденсате;

•снижение затрат на получение сырой подпиточной воды;

•снижение затрат на подготовку сырой воды;

•снижение затрат, связанных со сбросом сточных вод (там, где это применимо).

Конденсат собирается при атмосферном или отрицательном давлении. При этом источником конденсата может быть пар с гораздо более высоким давлением.

Экологические преимущества

При снижении давления до атмосферного часть конденсата может вновь самопроизвольно испаряться, образуя выпар. Последний также может быть собран и использован повторно (см.

раздел 3.2.14).

Возврат конденсата приводит также к сокращению расхода химических веществ на водоподготовку. Сокращаются и объемы потребляемых и сбрасываемых вод также.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Данных не предоставлено.

Производственная информация

В случае отрицательного давления необходима деаэрация конденсата.

Применимость

Данный метод неприменим в случаях, когда собранный конденсат загрязнен, или когда сбор конденсата невозможен в силу того, что сам пар используется в технологическом процессе.

При проектировании новых установок рекомендуемым подходом является разделение конденсата на потенциально загрязняемый и незагрязненный (чистый) потоки. Чистый конденсат поступает из источников, где загрязнение в принципе невозможно (например, из ребойлеров, рабочее давление которых выше давления технологического процесса, так что в случае утечки пар попадает наружу, а не компоненты процесса – внутрь). Потенциально загрязняемый конденсат может быть загрязнен в случае нештатной ситуации (например, разрыва трубы ребойлера в условиях, когда его рабочее давление ниже, чем давление технологического процесса). Сбор и возврат чистого конденсата не требует дополнительных мер предосторожности. Возврат потенциально загрязняемого конденсата возможен при отсутствии загрязнения (вызванного, например, утечкой в ребойлере), которое отслеживается в реальном времени при помощи датчиков, например, датчика общего органического углерода.

Экономические аспекты

Возврат конденсата связан со значительными преимуществами и должен рассматриваться во всех ситуациях, где он в принципе применим (см. «Применимость» выше), за исключением случаев, когда объем потенциально возвращаемого конденсата низок (например, когда пар расходуется в технологическом процессе).

Мотивы внедрения

Данных не предоставлено.

Примеры

Применяется практически повсеместно.

175

Справочная информация

[29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002]

3.2.14. Использование самоиспарения

Общая характеристика

Самоиспарение происходит, когда конденсат, находящийся под высоким давлением, попадает в область низкого давления.

Утилизация энергии самоиспарения может быть достигнута посредством теплообмена с подпиточной водой котла. Если при продувке котла для снижения давления воды используется расширительный бак, при этом также образуется пар низкого давления. Это пар не содержит растворенных солей, а его энергия составляет значительную часть тепловой энергии продувочной воды. Поэтому пар может быть направлен непосредственно в деаэратор, где он смешается с сырой подпиточной водой.

Следует, однако, иметь в виду, что пар занимает гораздо больший объем, чем конденсат. Устройство возвратных труб должно обеспечивать прием выпара без значительного повышения давления в системе. В противном случае возникшее противодавление может нарушить функционирование конденсатоотводчиков и других устройств выше по паропроводу.

В пределах котельной пар, так же, как и конденсат, может использоваться для подогрева питательной воды в деаэраторе. Другим вариантом является использование энергии пара для предварительного подогрева воздуха горения.

За пределами котельной пар может использоваться для подогрева различных компонентов до температур ниже 100°C. Существуют системы, использующие пар под давлением 1 бар (м), и выпар может быть направлен в эти системы. Выпар может использоваться и для других целей, в частности, для предварительного подогрева воздуха в различных технологических процессах.

Как правило, потребности технологических процессов в паре низкого давления удовлетворяются за счет дросселирования пара высокого давления. Однако часть этих потребностей может быть удовлетворена с незначительными затратами за счет выпаривания конденсата высокого давления. Выпаривание является особенно привлекательным вариантом в тех случаях, когда возврат конденсата высокого давления в котел нецелесообразен с экономической точки зрения.

Экологические преимущества

Зависят от конкретных условий.

При давлении 1 бар температура конденсата равна 100°C, а энтальпия – 419 кДж/кг. Общее количество энергии, которая может быть получена при утилизации энергии пара, зависит от рабочей мощности установки. Количество тепловой энергии, покидающей паровую систему с конденсатом, представлено в табл. 3.16. В той же таблице приведено относительное содержание энергии в конденсате и паре. При высоком давлении пар содержит большую часть энергии.

176

Примечание: Во многих случаях питательная вода, используемая установкой, имеет среднегодовую температуру около 15°C. Приводимые в таблице величины получены в предположении, что свежая вода, потребляемая установкой, имеет температуру 15°C (энтальпия – 63 кДж/кг)

Таблица 3.16: Доля общей энергии, приходящаяся на конденсат при атмосферном давлении и выпар

[29, Maes, 2005]

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

В результате получения выпара из конденсата высокого давления температура конденсата, возвращаемого в котел, (и содержание в нем тепловой энергии) снижаются. Если вода, поступающая в котел, подогревается в экономайзере, снижение ее температуры является благоприятным фактором, поскольку это позволяет более полно утилизировать энергию дымовых газов и, в конечном счете, повысить КПД котла. Такое сочетание методов утилизации обеспечивает наибольшую энергоэффективность. Однако предприятие должно найти применение полученному пару низкого давления, принимая во внимание тот факт, что такой пар из любых источников может подаваться лишь на ограниченные расстояния. На многих предприятиях (например, нефтеперерабатывающих и химических) существует избыток пара низкого давления, и найти применение выпару часто бывает затруднительно. В такой ситуации наилучшим вариантом является возврат конденсата в деаэратор, поскольку стравливание выпара в атмосферу представляло бы собой непроизводительное использование энергии. Во избежание проблем, связанных с конденсатом, может быть организован локальный сбор конденсата в пределах конкретной производственной единицы или линии, когда собранный конденсат возвращается в деаэратор.

Выбор оптимального варианта зависит от экономической эффективности затрат на установку необходимых трубопроводов и другого оборудования (см. раздел 1.1.6).

Производственная информация

Повторное использование выпара возможно во многих случаях. В частности, он может использоваться для нагрева до температуры ниже 100°C; возможны и другие варианты.

Сбор выпара в конденсатопровод. За время функционирования установки к существующим трубопроводам могут добавляться дополнительные компоненты, и размер конденсатопроводов может оказаться недостаточным для приема всего возвратного конденсата. В большинстве случаев возвращаемый конденсат имеет атмосферное давление, что означает, что значительная часть трубопровода заполнена выпаром. Если количество возвращаемого конденсата увеличивается, давление в трубах может подняться выше 1 бар (м). Это может привести к

177

проблемам выше по трубопроводу, нарушить функционирование конденсатоотводчиков и других устройств, и т.п.

Выпар может отводиться в специальный резервуар, установленный в подходящем месте конденсатопровода. Затем выпар может использоваться для локального предварительного подогрева или нагрева до температуры менее 100°C. Одновременно это позволит вернуть давление в конденсатопроводе к проектным значениям, избежав необходимости модернизации конденсатопровода.

При анализе существующей системы одним из вариантов, заслуживающих рассмотрения, является возврат конденсата при пониженном давлении. Это приведет к образованию большего количества выпара; температура при этом снизится до уровня ниже 100°C.

При использовании выпара, например, для нагрева до температуры ниже 100°C, возможна ситуация, когда реальное давление в змеевике теплообменника после того, как пар отдаст часть энергии, снизится до уровня ниже 1 бар. Это может привести к подсосу конденсата в змеевик и затоплению последнего. Этой ситуации можно избежать, организовав возврат конденсата при пониженном давлении. При этом образуется больше выпара, которому передается больше энергии конденсата. В такой ситауции компоненты, в которых используется энергия выпара, могут быть объединены в отдельную сеть. Однако при этом понадобится установка дополнительных насосов для поддержания пониженного давления и удаления воздуха, подсасываемого в трубы из атмосферы.

Применимость

Данный метод применим в условиях, когда на предприятии имеется паровая сеть с давлением более низким, чем давление, при котором пар производится в котле. Кроме того, выпаривание продувочных вод котла может быть более эффективным с точки зрения эксергии, чем простая утилизация тепла продувочных вод с помощью теплообменника.

Теоретически выпар может применяться вместо пара, произведенного в котле, в любой ситуации, где существует потребность в тепловой энергии при невысоких температурах. На производстве может существовать целый ряд возможных применений, заслуживающих тщательного исследования, хотя практическая реализация этих возможностей может быть сопряжена с трудностями. В частности, выпар широко применяется в нефтехимической промышленности.

См. примеры в приложении 7.10.1.

Мотивы внедрения

•снижение затрат;

•наличие применений для пара низкого давления.

Примеры

Данных не предоставлено.

Справочная информация

[29, Maes, 2005, 123, US_DOE]

3.2.15. Утилизация энергии продувочной воды котла

Общая характеристика

Энергия продувочной воды котла может использоваться для предварительного подогрева питательной воды при помощи теплообменника. Рассмотрение возможности утилизации тепла продувочной воды целесообразно для любого котла, где величина непрерывной продувки превышает 4% массового расхода производимого пара. значительные объемы энергосбережения достигаются в случае котлов высокого давления.

Альтернативным вариантом утилизации энергии продувочной воды является выпаривание последней при среднем или низком давлении (см. раздел 3.2.14).

178