Збирання та повернення конденсату в котел
При передачі тепла виробничому процесу за допомогою теплообмінника пара віддає приховану теплоту (теплоту конденсації) та конденсується, утворюючи гарячу воду. Ця вода губиться або (що є звичайною практикою) збирається та повертається в котел. Повторне використання конденсату має чотири цілі:
• використання теплової енергії, що міститься у гарячому конденсаті;
• зниження витрат на отримання сирої підживлювальної води;
• зниження витрат за підготовку сирої води;
• зниження витрат, пов'язаних зі скиданням стічних вод (там, де це застосовно).
Конденсат збирається при атмосферному чи негативному тиску. При цьому джерелом конденсату може бути пара з набагато вищим тиском.
При зниженні тиску до атмосферного частина конденсату може знову мимоволі випаровуватися, утворюючи випар. Останній також може бути зібраний та використаний повторно (див.
Повернення конденсату також призводить до скорочення витрати хімічних речовин на водопідготовку. Скорочуються та обсяги споживаних та скиданих вод також.
Вплив на різні компоненти довкілля
Даних не надано.
У разі негативного тиску потрібна деаерація конденсату.
Даний метод не застосовується у випадках, коли зібраний конденсат забруднений, або коли збір конденсату неможливий через те, що сама пара використовується в технологічному процесі.
Повернення конденсату пов'язане зі значними перевагами і має розглядатися у всіх ситуаціях, де він в принципі застосовується (див. «Застосовність» вище), за винятком випадків, коли обсяг конденсату, що потенційно повертається, низький (наприклад, коли пара витрачається в технологічному процесі).
Даних не надано.
Застосовується практично повсюдно.
[29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002]
3.2.14. Використання самовипаровування
Самовипар відбувається, коли конденсат, що знаходиться під високим тиском, потрапляє в область низького тиску.
Утилізація енергії самовипарювання може бути досягнута за допомогою теплообміну з водою підживлення котла. Якщо під час продування котла для зниження тиску води використовується розширювальний бак, при цьому також утворюється пара низького тиску. Ця пара не містить розчинених солей, а її енергія становить значну частину теплової енергії продувної води. Тому пара може бути направлена безпосередньо в деаератор, де вона змішається з сирою водою.
Слід, проте, пам'ятати, що пара займає набагато більший обсяг, ніж конденсат. Пристрій зворотних труб повинен забезпечувати прийом випару без значного підвищення тиску в системі. В іншому випадку протитиск, що виник, може порушити функціонування конденсатовідвідників та інших пристроїв вище по паропроводу.
У межах котельної пар, так само, як і конденсат, може використовуватися для підігріву поживної води в деаераторі. Іншим варіантом є використання енергії пари для попереднього підігріву повітря горіння.
За межами котельні пара може використовуватися для підігріву різних компонентів до температури нижче 100°C. Існують системи, що використовують пар під тиском 1 бар (м), і випар може бути направлений у ці системи. Випар може використовуватися і для інших цілей, зокрема для попереднього підігріву повітря в різних технологічних процесах.
Як правило, потреби технологічних процесів у парі низького тиску задовольняються за рахунокдроселювання пари високого тиску. Однак, частина цих потреб може бути задоволена з незначними витратами за рахунок випарювання конденсату високого тиску. Випарювання є особливо привабливим варіантом у тих випадках, коли повернення конденсату високого тиску в котел недоцільне з економічної точки зору.
Залежать від умов.
У конденсаті при
енергії конденсату та
при тиску котла, %
пара, що міститься в
Примітка: У багатьох випадках поживна вода, що використовується установкою, має середньорічну температуру близько 15°C. Наведені в таблиці величини отримані у припущенні, що свіжа вода, яка споживається установкою, має температуру 15°C (ентальпія – 63 кДж/кг)
Таблиця 3.16: Частка загальної енергії, що припадає на конденсат при атмосферному тиску та випар
Вплив на різні компоненти довкілля
Вибір оптимального варіанта залежить від економічної ефективності витрат на встановлення необхідних трубопроводів та іншого обладнання (див. Розділ 1.1.6).
Повторне використання випару можливе в багатьох випадках. Зокрема, може використовуватися для нагрівання до температури нижче 100°C; можливі інші варіанти.
Збір випару в конденсатопровід. За час функціонування установки до існуючих трубопроводів можуть додаватися додаткові компоненти і розмір конденсатопроводів може виявитися недостатнім для прийому всього зворотного конденсату. У більшості випадків конденсат, що повертається, має атмосферний тиск, що означає, що значна частина трубопроводу заповнена випаром. Якщо кількість конденсату, що повертається, збільшується, тиск у трубах може піднятися вище 1 бар (м). Це може привести до
проблемам вище трубопроводом, порушити функціонування конденсатовідвідників та інших пристроїв, тощо.
Випар може відводитися у спеціальний резервуар, встановлений у відповідному місці конденсатопроводу. Потім випар може використовуватися для локального підігріву або нагрівання до температури менше 100°C. Одночасно це дозволить повернути тиск у конденсатопроводі до проектних значень, уникнувши необхідності модернізації конденсатопроводу.
При аналізі існуючої системи одним з варіантів, що заслуговують на розгляд, є повернення конденсату при зниженому тиску. Це призведе до утворення більшої кількості випару; температура при цьому зменшиться до рівня нижче 100°C.
При використанні випару, наприклад, для нагрівання до температури нижче 100°C, можлива ситуація, коли реальний тиск у змійовику теплообмінника після того, як пара віддасть частину енергії, знизиться до рівня нижче 1 бар. Це може призвести до підсмоктування конденсату в змійовик та затоплення останнього. Цієї ситуації можна уникнути, організувавши повернення конденсату при зниженому тиску. При цьому утворюється більше випару, якому передається більше енергії конденсату. У такій ситуації компоненти, в яких використовується енергія випару, можуть бути об'єднані в окрему мережу. Однак при цьому знадобиться встановлення додаткових насосів для підтримки зниженого тиску та видалення повітря, що підсмоктується в труби з атмосфери.
Даний метод застосовується в умовах, коли на підприємстві є парова мережа з тиском нижчим, ніж тиск, при якому пар виробляється в казані. Крім того, випарювання продувних вод котла може бути ефективнішим з точки зору ексергії, ніж проста утилізація тепла продувних вод за допомогою теплообмінника.
Теоретично випар може застосовуватися замість пари, виробленої в котлі, у будь-якій ситуації, де є потреба в тепловій енергії за невисоких температур. На виробництві може існувати цілий ряд можливих застосувань, які заслуговують на ретельне дослідження, хоча практична реалізація цих можливостей може бути пов'язана з труднощами. Зокрема, випар широко застосовується у нафтохімічній промисловості.
Див. приклади у додатку 7.10.1.
• наявність застосувань для пари низького тиску.
Даних не надано.
[29, Maes, 2005, 123, US_DOE]
3.2.15. Утилізація енергії продувної води котла
Енергія води для продувки котла може використовуватися для попереднього підігріву живильної води за допомогою теплообмінника. Розгляд можливості утилізації тепла продувної води доцільно для будь-якого котла, де величина безперервного продування перевищує 4% масової витрати пари, що виробляється. Значні обсяги енергозбереження досягаються у разі котлів високого тиску.
Альтернативним варіантом утилізації енергії продувної води є випарювання останньої за середнього або низького тиску (див. розділ 3.2.14).