Эффективное использование пара вторичного вскипания Текст научной статьи по специальности «Физика»

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

Эффективное использование

пара вторичного вскипания

А.Г. Шуб, А.В. Гулаков

ООО «Спиракс-Сарко Инжиниринг»

Данная публикация является продолжением цикла ранее напечатанных статей на тему «Повышение эффективности работы паровых теплообменных аппаратов» и посвящена задаче более глубокого использования теплоты пара вторичного вскипания, возникающего после теплообменных установок, потребляющих пар среднего и высокого давления.

Проходя по территории пищевого производства, часто можно увидеть крыши цехов и зданий, над которыми в небо поднимается пар. Это уходит пар из вентиляционных труб конден-сатных баков. Давайте разберемся, как этот пар образуется и каким образом он может принести пользу.

В настоящее время в связи с постоянным ростом цен на энергоносители особенно остро стоит вопрос полного и эффективного использования тепловой энергии, в частности энергии пара. Естественно, что первым этапом использования насыщенного водяного пара является его полная конденсация в теплообменном оборудовании. Именно во время конденсации пар отдает основное количество тепла, которое он содержит, а именно, теплоту парообразования. Обеспечить полную конденсацию пара и исключить пролетный пар позволяют правильно подобранные и надежно работающие конденсатоотводчики. В данной статье мы не будем касаться вопроса исправности конденсатоотводчиков, предположив, что все они работают должным образом, а рассмотрим использование теплоты, содержащейся в конденсате.

Так как конденсация пара происходит при постоянной температуре, то конденсат представляет собой воду с той же температурой и давлением, что были у пара, из которого он образовался. Таким образом, конденсат содержит достаточно большое количество теплоты, которую можно использовать. Один из способов рекуперации этой теплоты основан на эффекте вскипания жидкости при резком падении давления. Даже вода, находящаяся у вас в стакане при комнатной температуре 20 °С, может вскипеть, если стакан моментально поднять на большую высоту или поместить в камеру с давлением ниже атмосферного. То же самое происходит и с конденсатом, который из зоны до конденсатоотводчика, т. е. из зоны с высоким давлением, мгно-

венно попадает в зону за конденсато-отводчиком, где давление значительно меньше. Часть конденсата при этом вскипает и превращается в пар, который обычно называют паром вторичного вскипания или вторичным паром.

Вторичный пар можно отделить от конденсата и использовать как обычный пар низкого давления. Каждый использованный килограмм пара вторичного вскипания - это сэкономленный килограмм пара, который должен был бы выработать котел в случае выбрасывания вторичного пара в атмосферу. Рекуперация пара вторичного вскипания оправдана как с экономической точки зрения, так и с точки зрения сокращения выбросов тепла в окружающую среду.

Количество вторичного пара

Количество образующегося вторичного пара зависит от разницы давления между зонами высокого и низкого давления. Его можно найти путем расчетов. Для примера рассмотрим варочный котел с паровой рубашкой, в которую подается насыщенный пар давлением 7 бари и температурой 170 °С. Энтальпия конденсата при данных параметрах равна 721 кДж/кг. В конденсат-ном трубопроводе давление составляет 0 бари. Соответственно, при этом давлении конденсат будет находиться при температуре 100 °С и энтальпия конденсата будет равна

419 кДж/кг. Таким образом, имеется разница в 302 кДж, которая и будет затрачена на превращение части конденсата в пар. Количество вторичного пара можно найти следующим образом. Для получения 1 кг насыщенного пара при давлении 0 бари требуется 2257 кДж тепла. Имея излишек тепловой энергии в 302 кДж, можно получить 302: 2257 « 0,134 кг пара на 1 кг конденсата.

Таким образом, из 1 кг конденсата давлением 7 бари будет образовываться 13,4 % или 134 г пара давлением 0 бари.

Если расход пара, а соответственно и конденсата, например, составляет 250 кг/ч, то при данных параметрах мы получим: 0,134 х 250 кг/ч конденсата = 33,5 кг/ч вторичного пара.

Определить количество вторичного пара можно и используя график на рис. 1. Проведя горизонтальную линию от значения давления 7 бари до кривой, соответствующей давлению 0 бари, и спроецировав точку вниз, можно найти количество вторичного

пара на 1 кг конденсата высокого давления.

Данный пример наиболее подходит для конденсатоотводчиков, которые отводят конденсат сразу при его образовании, например поплавковых конденсатоотводчиков. Термостатические конденсатоотводчики отводят переохлажденный по отношению к температуре насыщения конденсат. В этом случае количество пара вторичного вскипания будет несколько меньше, чем при отводе конденсата при температуре насыщения. Если в нашем примере будет отводиться конденсат с температурой на 15 °С ниже температуры насыщения, то получим:

• температура насыщения конденсата при 7 бари = 170 °С;

• степень охлаждения конденсата ниже точки насыщения = 15°С;

• температура отводимого конденсата = 170 - 15 = 155 °С.

Из таблиц состояния насыщенного пара находим:

• энтальпия конденсата при 155°С = 654 кДж/кг;

• энтальпия конденсата при 0 бари = = 419 кДж/кг;

• располагаемая энергия = 654 - 419 = = 235 кДж/кг;

• энтальпия парообразования при 0 бари = 2257 кДж/кг.

Количество вторичного пара = 235: 2257 = 0,104 (10,4 %).

Как видно, количество образующего пара на 1 кг конденсата при отводе переохлажденного конденсата составляет 10,4 % против 13,4 % при отводе конденсата с температурой насыщения.

Если конденсатный трубопровод, куда отводится конденсат, находится под давлением, ситуация будет аналогичная. Предположим, что в нашем примере конденсат сливается в трубопровод с давлением 1 бари, тогда получим:

• энтальпия конденсата при 7 бари = 721 кДж/кг;

• энтальпия конденсата при 1 бари = 505 кДж/кг;

• располагаемая энергия = 721 - 505 = 216 кДж/кг;

• энтальпия парообразования при давлении 1 бари = 2201 кДж/кг.

Количество вторичного пара = 216: 2257 = 0,098 (9,8 %).

Сепаратор вторичного пара

Для отделения вторичного пара рекомендуется использовать вертикальные сепараторы, представленные на рис. 2. Смесь вторичного пара и конденсата, попадая в сепаратор, разделяется. Конденсат под действием гравитации скапливается в нижней части сепаратора, откуда затем сливается в атмосферный конденсатный бак и далее перекачивается насосом обратно в котельную. Вторичный пар из верхней части сепаратора поступает к потребителям. Для нормальной работы сепарато-

ENGINEERING AND TECHNOLOGY

ра вторичного пара необходимо, чтобы скорость вторичного пара внутри корпуса сепаратора не превышала 3 м/с.

Условия для эффективного использования вторичного пара

Необходимые и достаточные условия для успешной рекуперации пара вторичного вскипания следующие.

• Для обеспечения потребителей достаточным количеством вторичного пара расход конденсата высокого давления должен быть постоянен и стабилен.

• Теплообменное оборудование и конденсатоотводчики должны нормально работать при противодавлении, существующем в сепараторе вторичного пара.

• Не рекомендуется в качестве источника конденсата высокого давления применять оборудование, расход пара на котором меняется в широких пределах, например пароводяной теплообменник системы ГВС. В случае снижения тепловой нагрузки, т. е. расхода пара, количество получаемого вторичного пара также упадет.

• Важно чтобы потребность в паре низкого давления была равной или превышала возможности образования вторичного пара. Любой дефицит вторичного пара может быть легко компенсирован подпиткой пара высокого давления. Излишки же вторичного пара придется сбрасывать в атмосферу через специальный клапан.

• Одно из традиционных направлений применения вторичного пара -отопление цехов и производственных помещений с помощью паровоздуш-

ных калориферов. Однако это актуально только в отопительный в период, а в теплое время года остро встает вопрос об использовании вторичного пара. Более предпочтительно, если это, конечно, возможно, так называемое последовательное использование вторичного пара в том же технологическом процессе, от которого был отведен конденсат высокого давления для получения этого вторичного пара.

• Еще одним существенным моментом может стать наличие потребителя вторичного пара вблизи источника конденсата высокого давления, так как транспортировать пар низкого давления на большое расстояние представляется проблематичным. Для этого потребуются трубопроводы большого диаметра, что может сделать экономически неоправданным утилизацию вторичного пара вообще.

В следующем номере будут подробнее рассмотрены различные варианты использования пара вторичного вскипания на пищевом производстве.

г. Санкт-Петербург, тел.: (812) 331-7265

www.spiraxsarco.com/ru

Узнать телефон представительства в Вашем регионе Вы можете, обратившись в центральные офисы.