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 d_д в процентах определяются по формуле

d_д=(h_пкс-с_в×100)×100/h_пкс, (4.7)

где h_пкс – энтальпия пароконденсатной смеси, с_в – удельная теплоемкость воды.

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

d_m=(h_пкс - с_в×100)×100/ 2500, (4.8)

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. Конденсатоотводчики подбираются по расчетному расходу конденсата и его давлению. Расчетный массовый расход конденсата принимается равным учетверённому среднему часовому массовому расходу пара.

При стабильных параметрах пара и режимах работы паропотребляющих аппаратов и невысоких давлениях пара (до 0,3 МПа) целесообразно применять конденсатоотводчики с гидрозатвором и гидросопротивлением (подпорные шайбы).

Столб конденсата Н представляет собой гидравлический затвор, запирающий выход пара наружу. К достоинствам гидравлических затворов относятся простота их устройства и отсутствие движущихся частей. Недостатками являются пропуск несконденсировавшегося пара, выброс конденсата при повышении давления пара в теплообменном аппарате и большая высота (на каждую атмосферу давления его высота должна быть не менее 10 м).

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

. (4.9)

Подпорная шайба (рис. 4.6) представляет собой металлический диск 1 толщиной 3-6 мм, имеющий в центре небольшое отверстие, диаметр которого зависит от давления и количества протекающего конденсата. Шайбу устанавли-

Рис 4.6 Установка подпорной шайбы после очистительной сетки 1 – шайба, 2 – сетка

 

вают во фланце трубопровода или укрепляют в седле вентиля. Перед шайбой устанавливается конический фильтр 2 из проволочной сетки, предотвра-щающей засорение отверстий. Подпорные шайбы получили широкое распространение благодаря лёгкости изготовления, небольшим затратам на изготовление и установку, а так же малым эксплуатационным расходам. Недостатком в их работе является неудовлетворительная работа при колебаниях давления и качества отводимого конденсата. Конденсатоотводчики с гидросопротивлением подбираются по диаметру отверстия подпорной шайбы, который определяется по формуле

, (4.10)

где m_р - расчетный расход конденсата, кг/ч; - в атмосферах.

При значительных колебаниях давления и расходов пара следует применять конденсатоотводчики с механическим затвором (поплавковые, термостатические, термодинамические). Поплавковые конденсатоотводчики работают за счет разницы плотности Конденсатоотводчик со сферическим поплавком (рис. 4.11) – это самый распространенный тип данного прибора. Он имеет высокую пропускную способность. Конденсат из системы отводится сразу же после образования. Для выпуска воздуха конденсатоотводчик снабжен специальным биметаллическим клапаном. Все внутренние механизмы сделаны из нержавеющей стали. Когда конденсат не образуется, клапан закрыт опустившимся поплавком. Как только конденсат начинает поступать в поплавковую камеру, поплавок понимается кверху, открывая клапан и выпуская образовавшийся конденсат. В случае снижения уровня конденсата поплавок вновь опускается, и клапан закрывается. Так как такая конструкция замерзает, ее используют только в отапливаемых помещениях. Поплавковые конденсатоотводчики подбираются по диаметру седла клапана d_с, мм, который определяется по формуле

, (4.11)

где - в атмосферах.

Рис. 4.11. Поплавковый конденсатоотводчик со сферически поплавком

Поплавковый коненсатоотводчик с опрокинутым стаканом (рис. 4.12) работает циклически. В исходной позиции поплавок находится внизу и клапан открыт (рис.4.12а). Холодный конденсат, а позднее горячий конденсат поступают в конденсатоотводчик. Конденсат полностью заполняет поплавок и корпус отводчика. Так как поплавок погружён в конденсат, он лежит на дне отводчика, клапан широко открыт и происходит отвод конденсата. Пар поступает под поплавок, накапливается в нем и поплавок всплывает (рис. 4.12), клапан закрывается. Воздух и пар проходят через маленькое отверстие в верху поплавка и собираются в верхней части отводчика. Пар начинает конденсироваться, а конденсатоотводчик наполняться конденсатом. Поплавок опускается вниз (рис. 4.12в). Клапан открывается и происходит отвод конденсата. Устойчивая работа опрокинутых поплавков обеспечивается при расходах отводимого конденсата в пределах 8-12 т/ч. При давлении пара в аппаратах до 0,6 МПа предпочтение следует отдавать термостатическим конденсатоотводчикам. В термостатических конденсатоотводчиках запорным клапаном является сильфон, расширяющийся при повышении температуры, биметаллическая пластина либо диск. Работа таких конденсатоотводчиков основана на разнице температур паровой и жидкой фазы. В термостатических конденсатоотводчиках сильфонного типа сильфон представляет собой тонкостенную гофрированную трубку заполненную легко кипящею жидкостью. Например, при удалении конденсата с температурой 85-90°С используют смесь из 25% этилового спирта и 75% пропилового спирта. Как только сильфон начинает омываться паром, жидкость в нём испаряется, сильфон расширяется и перемещает клапан, закрывая выход конденсату.

 

а)	б)	в)
Рис. 4.12. Поплавковый конденсатоотводчик с опрокинутым стаканом

 

Диаметр условного прохода термостатических конденсатоотводчиках d_у подбирается по давлению перед конденсатоотводчиком р' и фактическому расходу конденсата, кг/ч, согласно таблице, приведенной ниже.

 

Расход конденсата, кг/ч

dу, мм	Давление перед конденсатоотводчиком, МПа
0,15	0,17	0,2	0,4	0,6

 

При колебании производительности паропотребляющих аппаратов в диапазоне от 50 до 100% целесообразно применять термодинамические конденсатоотводчики, пропускающие не более 3% «пролетного» пара. Этот тип конденсатоотводчиков работает на разнице скорости прохождения пара и конденсата между диском и седлом. Конденсат проходит на более низкой скорости, и диск поднят вверх. Скорость пара намного выше, поэтому давление под диском снижается, и диск переходит в нижнее положение. Когда происхо-дит образование конденсата, давление на диск становится меньше, и он подни-мается, пропуская конденсат. Диаметр термодинамических конденсато-отводчиков подбираются по коэффициенту пропускной способности, который определяют по формуле

, мм (4.12)

где: - давление, атм; r_пкс - плотность пароконденсатной смеси, кг/м³, рассчитываемая по выражению

, (4.13)

где и - соответственно удельные объемы кипящей воды и сухого насыщенного пара, кг/м³ , x – доля пара в пароконденсатной смеси.

 

Коэффициент пропускной способности Кv	0,8	0,9	1,1	1,4	1,9	2,9
Диаметр конденсатоотводчика, мм

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 пароконденсатной смеси 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 известном давлении. Энтальпию пароконденсатной смеси h_пкс эксперимен-тально определяют с помощью калориметрического прибора. Потенциальный расход теплоты пароконденсатной смеси Q_пкс, кВт, поступающий от технологического аппарата, определяется по формуле

, (4.14)

где D_А – расход пара в аппарате, кг/с; t_хв – температура холодной воды, ^oС.

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

, (4.15)

где: z_i – количество установленных однотипных, технологических аппаратов;

g_j – коэффициент одновременности включения однотипных технологических

аппаратов.

Аналогичным образом определяется потенциальный массовый выход конденсата:

(4.16)

Потенциальные выходы массы конденсата и теплоты пароконденсатной смеси являются основными исходными данными для расчета и подбора утили-зационных 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 пароконденсат-ной смеси наиболее целесообразно устанавливать в тепловых пунктах произ-водственных цехов. Расстояние между источниками конденсата и утилиза-ционными теплообменниками должно быть минимальным. Оборудование утилизационных установок предпочтительней устанавливать в подвальных помещениях. Тепловая схема утилизационной установки должна предусмат-ривать 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, оснащёнными паровыми котлами без экономайзеров, пароконденсатная смесь после технологических аппаратов может использоваться для подогрева химически очищенной воды (рис. 14.13). 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 пароконден-сатной смеси.

Дополнительные затраты на устройство данной тепловой схемы практически ограничиваются прокладкой спаренного трубопровода для химически очищенной воды между котельной и теплопунктом производ-ственного корпуса, а также установкой насосов для её перекачки. Емкость конденсатного бака должна быть в 2,5 раза больше максимального получа-сового 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.

 

Рис. 14.13. Схема использования пароконденсатной смеси для нагрева химически очищенной воды: 1 – рекуперативные пароиспользующие теплообменные аппараты;

2 – конденсатоотводчики; 3 – смесительный теплообменник; 4 – насос; 5 – датчик температуры; 6 – датчик верхнего уровня воды; 7 – регулятор расхода воды

 

Глава 5. Утилизация низкопотенциальных тепловых отходов

Сбросное низкопотенциальное тепло (50-120 °С) чрезвычайно сложно использовать, так как трудно найти потребителей в достаточном количестве. Низкопотенциальные ВЭР обычно содержатся в жидкостях (иногда коррозионно-активных) и газах, от которых невозможно отвести теплоту, используя стандартное оборудование.

Основные технические средства для утилизации теплоты низкопотенциальных ВЭР:

1) многоступенчатые установки с аппаратами мгновенного вскипания для использования теплоты загрязненных горячих стоков;

2) многоступенчатые аппараты типа «тепловая труба» для использования теплоты агрессивных жидкостей;

3) теплообменники для использования теплоты вентиляционных выбросов.