Chagdurov Dashi Sergeevich - Томский государственный

Министерство энергетики Российской Федерации
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский
Томский государственный университет»
ПРИКЛАДНОЙ ПРОЕКТ
Повторное использование выпара в котлоагрегате
Выполнил: Чагдуров Даши Сергеевич
Проверил: ________________
2014 г.
Повторное использование выпара в котлоагрегате
Общая характеристика
Выпар образуется при расширении конденсата, находящегося под высоким
давлением. Когда давление снижается, часть конденсата повторно
испаряется, образуя выпар. Последний содержит как очищенную воду, так и
значительное количество тепловой энергии.
Утилизация энергии выпара может быть достигнута посредством
теплообмена с подпиточной водой котла. Если при продувке котла для
снижения давления воды используется расширительный бак, при этом также
образуется выпар низкого давления. Это выпар не содержит растворенных
солей, а его энергия составляет значительную часть тепловой энергии
продувочной воды. Поэтому выпар может быть направлен непосредственно
в деаэратор, где он смешается с сырой подпиточной водой.
Следует, однако, иметь в виду, что выпар 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 выпар, так же, как и конденсат, может использоваться
для подогрева питательной воды в деаэраторе. Другим вариантом является
использование энергии выпара для предварительного подогрева воздуха
горения.
За пределами котельной выпар 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 выпара, 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 выпаре. При высоком
давлении выпар содержит большую часть энергии.
Таблица. Доля общей энергии, приходящаяся на конденсат при
атмосферном давлении и выпар
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.
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 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.
Мотивы внедрения
•
•
снижение затрат;
наличие применений для пара низкого давления.