6.3.2. Підвід і відбір пари

Описані до цих пір випарні апарати були незалежні від решти агрегатів, за виключенням джерела граючої пари для першої ступені. В багатьох більш сучасних установках вторинний пар із корпусів з більш низьким тиском відбирається для інших цілей, наприклад опалення. Крім того, відпрацьована пара турбін низького тиску, або сконденсована пара високого тиску використовується для нагрівання в наступних корпусах випарної установки.

Рис. 6.14. Схема регулювання витрати гріючої пари з корекцією по

витраті вторинної пари РТ- давач тиску, FC-регулятор витрати, РDC - регулятор перепаду тиску.

Така практика робить установки більш економічними і дозволяє краще збалансувати подачу пари низького тиску, але в той час вона ускладнює програму регулювання роботи випарних апаратів. Підвід чи відбір вторинної пари змінює енергетичний баланс системи і потребує обліку. На рис 6.14 показані витратоміри

що встановлені на цих лініях для корекції сигналу на подачу тепла до першого корпуса пропорційно витраті вторинної пари що відбирається або підводиться.

Розглянемо роботу 4 корпусного випарного апарату, в якому деяка кількість вторинної пари з першого корпуса відбирається для інших цілей. Згідно табл. 6.1 сумарна кількість вторинної пари, що відводиться з випарного апарату, повинна бути в 3.52 більше кількості гріючої пари, що підводиться в перший корпус, і менше ніж 2.71 рази більше кількості вторинної пари, яка відбирається з першого корпусу. Тоді, відібрана витрата повинна бути помножена на коефіцієнт 2.71/3.52=0.77 до віднімання її від сигналу свіжої гріючої пари. Аналогічно сумарна кількість гріючої пари і вторинної пари із другого корпуса повинна бути помножена коефіцієнт 1.85/3.52=0.53 до його сумування з сигналом витрати свіжої гріючої пари. Поправка на абсолютний тиск, напевно, не потрібна, оскільки ці витрати звичайно набагато нижчі витрат свіжої пари і виявляють менший вплив на сумарне пароутворення.

Облік стає більш складним, якщо корпус підключений до колектора з низьким тиском, який дозволяє і відбір і підвід пари по одній і тій самій лінії. При цьому стає потрібне встановлення витратоміра з середньою точкою. При встановленні діафрагмового витратоміра з середньої точкою можна очікувати прийнятної точності, але лінеаризація його вихідного сигналу не може бути втілена простим застосуванням блоку добування кореня.

Рис. 6.15. Схема лінеаризації сигналу діафрагмового витратоміра з середньою точкою за допомогою спеціального перетворювача

При нульовій витраті вихідний сигнал давана перепаду тиску буде знаходитись в середині шкали. В цьому випадку блок добування квадратного кореня повинен бути обладнаним характеристикою, що показана на рис. 6.15. При нульовій витраті вихідний сигнал такого перетворювача також буде знаходитись в середній точці шкали, і буде потребувати компенсуючого зміщення цієї точки в суматорі.

6.3.3. Регулювання параметрів конденсатора

В більшості випарних апаратів абсолютний тиск регулюється тільки в останньому корпусі, звідки вторинний пар відводиться в конденсатор. Якщо вторинний пар не містить забруднень і відповідно може бути використаний в якості живильної води котла то можна застосовувати поверхневий конденсатор. Якщо це неможливо, то зазвичай використовують барометричний змішуючий конденсатор. В цьому конденсаторі температура конденсату наближається до температури охолоджуючої води завдяки відсутності поверхні теплообміну, однак конденсат і охолоджуюча вода в такому конденсаторі змішуються.

Незалежно від типу конденсатора що використовується необхідний також вакуумний насос для очистки ємностей від повітря при запуску та для видалення повітря що проникає в ємність в ході нормальної роботи установки. Для такої цілі зазвичай використовується пароструйні ежектори, але застосовують також і механічні вакуумні насоси. В більшості випадків рушійна сила, яка потрібна для підтримання вакууму, регулюється незалежно від того, чи визначається вона за частотою обертів двигуна механічного насосу, чи за витратою пари в ежекторі.

Абсолютний тиск залежить як від масової швидкості відкачки, так і від масової швидкості охолодження, оскільки і повітря і водяна пара видаляються вакуумним насосом. Витрати водяної пари залежить від її парціального тиску при температурі конденсатора.

Розглянемо нагнітальний поршневий вакуумний насос з об'ємною продуктивністю Fv. Мольна витрата повітря Мa і водяної пари M_w , що відводяться насосом, залежить від абсолютної температури Т і тиску р

де R - універсальна газова стала. Мольна доля водяної пари на вході в вакуум-насос представляє собою її парціальний тиск, поділений на повний тиск. Парціальний тиск буде лімітуватись пружністю пари води в конденсаторі р°. Тоді

Об'єднавши рівняння (6.23) і (6.24), отримаємо абсолютний тиск в конденсаторі у вигляді функції продуктивності відкачки, просочування повітря і температури конденсатора(яка також визначається тиском пари):

Абсолютний тиск можна контролювати шляхом регулювання масової швидкості просочування повітря в вакуумний насос, або зміни температури конденсатора за допомогою охолоджуючої води. Якщо вакуумний насос підсмоктує повітря, то для підтримання заданого тиску потрібна більша кількість охолоджуючої води. В такому випадку найнижча витрата охолоджуючої води буде досягнута при мінімальному повітряному потоці. Тоді для зниження витрати охолоджуючої води її потік повинен регулюватись шляхом регулювання тиску без підсмоктування повітря.

Перейдемо тепер до розгляду оптимальної величини регульованого тиску. При зниженні тиску температура кипіння кінцевого продукту падає. В такому випадку кінцевий продукт що виходить з установки містить менше фізичної теплоти пропорційно зниженню температури кипіння. З іншого боку, при зниженні абсолютного тиску потрібні менші затрати тепла для нагрівання первинного розчину до точки кипіння. Вартість енергії, що являє собою різницю фізичних теплот первинного розчину і кінцевого продукту, рівна

де - вартість одиниці теплоти; Co і То — теплоємність і температура первинного розчину.

Однак зниження температури кипіння потребує збільшення витрати охолоджуючої води. Тепловий баланс конденсатора має вигляд:

де F_c, С i Т_С- масова витрата/теплоємність і температура на вході охолоджуючої води.

Для простоти припустимо, що тепловий потік прямо пропорційний витраті первинного розчину:

а ціна охолоджуючої води прямо пропорційна її витраті:

Об'єднавши дві величини затрат, отримаємо:

диференціювання сумарних затрат по Т_n дає

Прирівнявши похідну до нуля, можна знайти оптимальну величину Т_п:

де для спрощення результатів Co і С прийняті рівними одиниці.

Важливий висновок, який можна зробити на основі рівняння (6.32), полягає в тому, що існує оптимальна величина приросту температури охолоджуючої води. Як показано на рис. 6.16, зростання температури конденсатора слід регулювати витратою охолоджуючої води, а не підтримуванням абсолютного тиску на постійному рівні. Оптимальне завдання регулятора може бути розраховане по балансу енергії випарного апарату або налаштована по мінімуму що спостерігається.

В більшості випадків виявляється, що оптимальний тиск вище тиску, що під­тримується в типовому випарному апараті. Підвищення тиску економить витрату охолоджуючої води й знижує захоплення твердих частинок внаслідок зниження швидкостей у всіх корпусах. Не дивлячись на те що зростання температури кінце­вого продукту збільшує теплові втрати, це полегшує відкачку в'язких продуктів.

Рис. 6.16. Схема регулювання приросту температури охолоджуючої води