-
Эффективное использование пара и конденсатоотводчиков
-
Эффективное использование теплоты конденсата
-
-
-
После высвобождения скрытой теплоты пар конденсируется и превращается в конденсат. Конденсат, образующийся в различном технологическом оборудовании и теплообменных устройствах, необходимо своевременно удалять. Застой конденсата в оборудовании может привести к снижению эффективности теплопередачи и гидравлическому удару при возобновлении работы. Однако сливаемый горячий конденсат содержит много энергии (физическая теплота), поэтому его целесообразно использовать повторно.
Использование теплоты конденсата можно разделить на следующие три варианта.
-
Использование вторичного пара
-
Использование физической теплоты термостатическими конденсатоотводчиками
-
Возвращение конденсата
-
-
-
-
-
-
Использование вторичного пара
Как описано в пункте “Вторичный пар”, при попадании в среду низкого давления из среды высокого давления часть конденсата испаряется и становится вторичным паром. Вторичный пар и пар, производимый котлом, остаются паром. Это свойство можно использовать для получения скрытой теплоты. Конденсат из высокотемпературного теплообменника направляется в расширительный бак, отрегулированный на соответствующее давление, для создания вторичного пара, который часто используется в низкотемпературных теплообменных устройствах. Кроме того, часть конденсата, выходящего из конденсатоотводчиков, повторно испаряется и используется, как описано выше.
На рис. 5.1 показан вариант котельной установки. Конденсат из парового воздухоподогревателя повторно испаряется в расширительном баке. Образовавшийся вторичный пар направляется в деаэратор, а остальной конденсат подается в низкотемпературный подогреватель питающей воды.
В Таблицах 5.1 и 5.2 приведена информация о расходе и объеме вторичного пара, образующегося в расширительных баках.
Рисунок 5.1 Использование вторичного пара в котельной установке
Таблица 5.1 Количество вторичного пара (%)
Давление в контуре высокого давления
(МПа)Давление в расширительном баке (МПа)
0
0.03
0.05
0.1
0.15
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0.1
3.7
2.5
1.7
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.2
6.2
5.0
4.2
2.6
1.2
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.3
8.1
6.9
6.1
4.5
3.2
2.0
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.4
9.7
8.5
7.7
6.1
4.8
3.6
1.6
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.5
11.0
9.8
9.1
7.5
6.2
5.0
3.1
1.4
一
一
一
一
一
一
一
一
0.6
12.2
11.0
10.3
8.7
7.4
6.2
4.3
3.0
1.3
一
一
一
一
一
一
一
0.8
14.2
13.1
12.3
10.8
9.5
8.3
6.4
4.8
3.4
2.2
一
一
一
一
一
一
1.0
15.9
14.8
14.2
12.5
11.2
10.8
8.2
6.6
5.3
4.0
1.9
一
一
一
一
一
1.2
17.4
16.3
15.5
14.0
12.7
11.6
9.8
8.2
6.9
5.7
3.5
1.7
一
一
一
一
1.4
18.7
17.6
16.9
15.4
14.1
13.0
11.2
9.6
8.3
7.1
5.0
3.2
1.5
一
一
一
1.6
19.0
18.8
18.1
16.6
15.3
14.3
12.4
10.9
9.6
8.4
6.3
4.5
2.9
1.4
一
一
1.8
21.0
19.9
19.2
17.7
16.5
15.4
13.6
12.1
10.8
9.6
7.5
5.7
4.1
2.7
1.3
一
2.0
22.0
20.9
20.9
18.8
17.5
16.5
14.7
13.2
11.9
10.7
8.7
6.9
8.3
3.8
2.5
1.2
Таблица 5.2 Объем повторно испаренного пара (м<sup>3</sup>)
Давление в контуре высокого давления
(МПа)Давление в расширительном баке (МПа)
0
0.03
0.05
0.1
0.15
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0.1
61
33
20
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.2
103
67
50
23
9
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.3
135
93
72
41
23
12
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.4
161
115
91
55
35
22
8
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.5
184
133
107
68
45
31
14
5
一
一
一
一
一
一
一
一
0.6
203
149
122
78
54
38
20
11
4
一
一
一
一
一
一
一
0.8
237
176
145
97
70
51
30
13
11
6
一
一
一
一
一
一
1.0
266
199
168
113
82
62
39
25
17
11
4
一
一
一
一
一
1.2
290
219
183
126
93
72
46
31
22
16
8
3
一
一
一
一
1.4
312
237
199
139
103
80
53
37
27
20
11
6
2
一
一
一
1.6
332
254
214
150
112
88
59
42
31
23
14
8
4
2
一
一
1.8
351
269
227
160
121
95
64
46
35
27
16
10
6
4
2
一
2.0
368
279
238
170
128
102
69
50
38
30
19
12
8
5
3
1
-
-
-
Использование физической теплоты с помощью термостатических конденсатоотводчиков
Конденсатоотводчик — это устройство, которое быстро удаляет образовавшийся конденсат за пределы системы. Как правило, чем быстрее сливается конденсат, тем выше его производительность. Если оставить конденсат в системе, это не даст ничего хорошего.
В начале 70-х годов компания MIYAWAKI INC. разработала термостатический конденсатоотводчик, который активно использует физическую теплоту конденсата, позволяя ему оставаться в конденсатоотводчике, хотя это и противоречит здравому смыслу. На то время это была революционная технология, поскольку конденсатоотводчики оснащены механизмом, который заранее задает соответствующую температуру выпуска конденсата (заметно ниже температуры насыщения) и не выпускает конденсат, пока он не остынет до этой температуры. В разгар первого нефтяного кризиса и стремительно растущего осознания необходимости «энергосбережения» конденсатоотводчик с регулировкой температуры активно внедряли в паровых рубашках на предприятиях или заменяли дисковые конденсатоотводчики и т. д. Новинка сразу же была признана «энергосберегающим конденсатоотводчиком».
Ключевые особенности термостатических конденсатоотводчиков заключаются в следующем.
-
Эффективно используют теплоту конденсата (физическую теплоту), особенно в паровых рубашках.
-
Отсутствует утечка пара, поскольку в первичном контуре корпуса конденсатоотводчика образуется уплотнение для конденсата.
-
Отсутствует (или присутствует в небольших количествах) вторичный пар из-за низкой температуры сливаемого конденсата.
Это дает следующие преимущества в контексте производительности конденсатоотводчика
・ Уменьшает эрозию клапанов и обладает хорошей износостойкостью.
・ Площадь сечения проходного отверстия на выходе конденсатоотводчика существенно увеличивается, что позволяет уменьшить размер конденсатопровода.
На рис. 5.2 показан коэффициент экономии пара за счет использования скрытой теплоты.
Например, при заданной температуре отвода конденсата 70 ℃ при 0,5 МПа (температура насыщенного пара = 159 ℃) экономия пара составляет примерно 15 % по сравнению с отводом конденсата при температуре насыщенного пара.Рисунок 5.2 Температура сливаемого конденсата и доля сэкономленного пара
-
-
-
Возвращение конденсата
Конденсат, образующийся в оборудовании паровой системы, отводится в линию слива конденсата. С экономической и экологической точки зрения выгодно, чтобы конденсат не сливался, а использовался повторно. Есть несколько способов повторного использования конденсата. Мы рассмотрим возврат конденсата в бак питающей воды котла. Особенность возвращения и повторного использования заключается в том, что повторно используется и сам конденсат.
Котел — это тип оборудования для нагрева и выпаривания воды под высоким давлением, а также слива образовавшегося конденсата в паротранспортные трубопроводы. В котел подают только воду надлежащего качества после химической обработки. Затем проверяют качество воды. В случае обнаружения снижения качества воды проводят восстановительную очистку. Эта обработка называется продувкой.
Ввиду этого, для создания пара в котле требуются затраты на топливо, на реагенты для обработки воды и т. д. Чем больше количество продувок, тем больше котловой воды и другой содержащейся в ней энергии будет потрачено. Конденсат представляет собой обработанную и дистиллированную практически до состояния питьевой воду. Следовательно, она идеально подходит для использования в качестве котловой воды. Конденсат необходимо активно возвращать, чтобы получить следующую выгоду.
-
Сокращение затрат на водоснабжение
-
Сокращение затрат на топливо
-
Повышение эффективности производства пара котлами
-
Сокращение количества продувок котла и потерь энергии
-
Сокращение затрат на обработку воды
Фактическая величина эффекта варьируется в зависимости от установки и должна оцениваться независимо, однако следующий пример можно использовать для оценки приблизительного эффекта.
Зададим следующие предварительные условия:
(Предварительное условие)
Количество пара, образующегося в котле : 10 000 кг/ч Время работы : 24 часа/день (8760 часов/год) Температура котловой воды на входе : 15 ℃ Температура конденсата : 90 ℃ (слитого, но не возвращенного) Стоимость питающей воды котла : 50 йен/м<SUP>3</SUP> КПД котла : 85% Стоимость топлива (цена газа) : 2000 йен/ГДж (гигаджоуль) (1,1 йены/кВт ч)
(1 ГДж＝1 000 000 кДж)(Стоимость топлива)
Во-первых, на каждый 1 кг невозвращенного конденсата требуется 1 кг новой сырой воды. Рассчитаем стоимость нагрева сырой воды до 90 °С. (⊿T＝90 ℃－15 ℃＝75 ℃) Количество тепла для повышения температуры сырой воды можно рассчитать по следующей формуле.
Q＝ｍхCpх⊿T
где
Q : количество теплоты (кДж) m : Масса материала (кг) Cp : Удельная теплоемкость материала (кДж／кг℃) (Удельная теплоемкость воды 4,19кДж／кг℃) ⊿T ： Повышенная температура материала (℃) В данном примере ｍ, Cp, ⊿T равны 1 кг, 4,19 кДж/кг℃, 75 ℃ соответственно. Эти значения можно подставить в формулу следующим образом.
Q＝1 кг х 4,19 кДж／кг℃ х 75 ℃＝314 кДж
Это количество теплоты на единицу массы.
Поскольку указано количество тепла на единицу массы, можно рассчитать годовую потребность в теплоте как 314 кДж/кг.
10 000 кг/ч х 314 кДж/кг х 8760 ч/год＝27 506 ГДж
При КПД котла 85% фактическое количество необходимой теплоты можно рассчитать следующим образом.
27 506 ГДж／0,85＝32 360 ГДж/год
При стоимости топлива (цене газа) в 2000 йен за ГДж годовая стоимость топлива составит
32 360 ГДж/год х 2000 йен/ГДж＝64 720 000 йен/год
(Стоимость сырой воды)
Далее идет стоимость сырой воды. Цена воды определяется объемом, а ее плотность составляет около 1000 кг/м<SUP>3</SUP>. Требуемый годовой объем подаваемой воды, для которого не возвращается конденсат, приведен ниже.
(8760 ч/год х 10 000 кг/ч)／(1000 кг/м<SUP>3</SUP>)＝87 600 м<SUP>3</SUP>/год
Годовые затраты рассчитываются путем умножения на стоимость воды, подаваемой в котел, в размере 50 йен/м<SUP>3</SUP> следующим образом.
87 600 м<SUP>3</SUP>/год х 50 йен/м<SUP>3</SUP>＝4 380 000 йен/год
Суммарная стоимость топлива и сырья показана ниже.
64 720 000＋4 380 000＝69 100 000 йен/год
В данном примере экономия только на топливе и воде составляет почти 70 миллионов йен, а это значительная сумма. Кроме того, выгода от возвращения конденсата намного больше, если учесть затраты на подготовку воды, на продувку и слив конденсата. Поскольку в данном расчете предполагается, что эффективность рекуперации тепловой энергии составляет 100%, необходимо точно оценить эффективность рекуперации для конкретных условий.
-
-
-