К вопросу о применении пароводяных подогревателей воды струйного типа в системах теплоснаб

В последнее время возрос интерес к применению струйных аппаратов в качестве теплообменников на объектах промышленной и гражданской энергетики. Эти аппараты привлекательны прежде всего низкими капитальными и эксплуатационными затратами по сравнению с кожухотрубчатыми подогревателями. Это различного рода пароводяные струйные аппараты (ПСА) или пароводяные инжекторы [1]. Рабочим телом в ПСА является пар, а инжектируемым– вода. В таких аппаратах используется явление возникновения скачка давления при торможении сверхзвукового потока пароводяной смеси, а конденсация пара происходит в скачке давления. В отличие от теплообменников рекуперативного типа, в которых теплообмен между теплоносителем и нагреваемой водой происходит через стенку, в ПСА передача тепла от пара к воде происходит при смешении пара и воды, т.е. при конденсации пара его теплосодержание передается воде практически без потерь. Другим достоинством ПСА является также наличие насосного эффекта, однако надежная работа ПСА без насосов возможна, по-видимому, лишь на аккумуляторный бак [2]. Наиболее известными ПСА являются трансзвуковые аппараты «Фисоник», «Транссоник», ТСА.
    Вместе с тем существует и комплекс проблем при применении ПСА, например, высокий уровень шума и вибраций, что может приводить к необходимости их монтажа в отдельном помещении или на улице [3]. Другим ограничением является узкий диапазон применяемых диаметров– от 25 мм до 150 мм при максимальной производительности по воде до 300 т/ч. В случае большей производительности систем водоподготовки это приводит к необходимости устанавливать несколько параллельно работающих аппаратов и увеличивает затраты на обвязку. Существуют также ограничения, связанные с высокой чувствительностью характеристик ПСА к изменению параметров греющего, нагреваемого и смешанного потоков.
В связи с этим актуальность представляет разработка пароводяного теплообменника, который наряду с преимуществами ПСА позволил бы снизить шум до приемлемого уровня и расширить диапазон диаметров используемых трубопроводных систем с увеличением производительности одного аппарата до практически требуемых промышленности и ЖКХ.С этой целью в 1999 г. был разработан струйный подогреватель воды УМПЭУ, позволивший обеспечить бесшумный ввод пара в поток воды и его конденсацию без вибраций и гидравлических ударов [5]. В отличие от ПСА, рабочим телом в УМПЭУ является нагреваемая вода, а инжектируемым– пар. Особенностью УМПЭУ является наличие на подводе пара камеры предварительного смешения [6, 7], что обеспечивает начало процесса смешения еще до подачи пара в приемную камеру, а на выходе из приемной камеры установлен гаситель пульсаций давления нагретой воды. Другим отличием УМПЭУ от классического струйного аппарата [1] является то, что приемная камера в нем выполнена в виде диффузора и образует канал с внезапным расширением, в котором роль входной зоны канала играет выходная часть рабочего водяного сопла.
УМПЭУ состоит из конфузора 1, водяного сопла 2, приемной камеры 3, камеры предварительного смешения 5, установленной на подводе пара, гасителя пульсаций давления 6, трубопровода с задвижкой 7 для перепуска части нагреваемой воды из широкой части конфузора в камеру предварительного смешения.Нагреваемая вода разгоняется в водяном сопле, что сопровождается понижением статического давления в приемной камере. В камере предварительного смешения часть нагреваемой воды (до 10%), отбираемой трубопроводом 7, диспергируется в форсунках 9 и 10. Распыл воды производится под разными углами к потоку пара, подводимого по паропроводу 8. В камере предварительного смешения реализуется внезапное расширение пара, сопровождаемое редуцированием пара и понижением его температуры (дроссель-эффект). Для увеличения времени взаимодействия сред там же предусмотрено формирование вихревых течений 13, образуемых с помощью генераторов вихря 11. Двухфазная смесь, имеющая вихревую структуру, поступает в зону разрежения, созданную соплом в приемной камере, и конденсируется на водяной турбулентной струе, нагревая поток воды. В гасителе пульсаций 6 происходит завершение процесса конденсации. Пульсации давления нагретого потока, которые может вызвать несконденсировавшаяся часть пара и пристеночные обратные токи 4, демпфируются в гасителе пульсаций 6. На основании положительных результатов эксплуатации нескольких десятков УМПЭУ разного назначения в течение нескольких лет Ростехнадзор России выдал разрешение на применение УМПЭУ на опасных производственных объектах для подогрева воды. Выпуск УМПЭУ налажен в г. Миассе Челябинской области на специализированном предприятии ООО «Прессмаш».

Обозначение

УМПЭУ

Условный диаметр по воде, мм

Расход максимальный нагреваемой воды, т/час

Максимальная тепловая мощность одного УМПЭУ, Гкал/час

УМПЭУ 02.00.000

50

20

0.60

УМПЭУ 04.00.000

80

45

1.35

УМПЭУ 05.00.000

100

75

2.25

УМПЭУ 07.00.000

150

170

5.10

УМПЭУ 00.00.000

200

250

7.5

УМПЭУ 08.00.000

250

450

13.5

УМПЭУ 09.00.000

300

700

21.0

УМПЭУ 11.00.000

400

1400

42.0

УМПЭУ 13.00.000

500

2160

64.0

  Основные отличия УМПЭУ от трансзвуковых аппаратов.

Наименование показателя

Трансзвуковые аппараты

(ТСА, ПСА)

Струйный подогреватель воды УМПЭУ

1.Условный диаметр, мм

2.Производительность, м3/ч

3.Шум при работе.

 

 
4.Рабочее тело.

5.Инжектирумое тело.

6.Гидравлические потери в аппарате.

 

 

  7.Температура воды.

 

1.25-150

2.2.0 - 300.0

3.Высокий уровень шума, требуется отдельное помещение.
 

4.Водяной пар.

5.Нагреваемая вода.

6.Потери напора отсутствуют, может быть повышение давления нагретой воды.

 

7.Существуют ограничения по температуре нагреваемой воды (при которой происходит нормальный процесс конденсаци

1.50-400

2.4.0-1200.0

3.Уровень шума не превышает шум от насосной группы.

 
4.Нагреваемая вода.

5.Водяной пар.

6.Имеются потери напора воды, определяемые соотношением давлений пара и воды.

Температура нагреваемой воды от 40С до 2000С.

 Подогрев исходной воды в системе химической очистки.

Возможность работы без накипи делает УМПЭУ незаменимым устройством для подогрева исходной сырой воды, идущей на химводоочистку. Опыт эксплуатации двух УМПЭУ Ду200 в теплосиловом цехе ХВО №1 Саткинского комбината «Магнезит» с мая 2000 года показал, что ни разу с начала непрерывной эксплуатации не потребовалась их остановка для чистки. Гидравлический режим работы УМПЭУ как в этом, так и в других приложениях задается насосом, а изменение тепловой мощности производится качественным или количественным регулированием расхода пара (например, регулирующим клапаном, задвижкой).

 Подогрев перегретой воды.

Взамен пароводяных подогревателей в автоклавном производстве на резинотехническом заводе РТИ-1 ОАО «Балаковорезинотехника» установлен подогреватель УМПЭУ Ду150 мм (рис. 3), обеспечивающий подогрев перегретой воды в закрытой системе: температура перегретой воды 160-170°С, давление воды в магистрали 1, 7-2, 2 МПа, давление пара 2, 2±0, 05 МПа, расход воды 100-110 т/ч, подогрев воды 1-5°С. Отклонение температуры воды в контуре составляет ±0, 5°С. Фактический расход пара 160-200 кг/ч. Несмотря на периодические резкие падения давления перегретой воды в контуре на 0, 2-0, 4 МПа (период заполнения автоклава), УМПЭУ работает устойчиво, без пульсаций. Срок окупаемости составил 4 месяца.
Горячее водоснабжение (ГВС).

 Для обеспечения горячего водоснабжения населения южной части города Миасс Челябинской области была применена установка УМПЭУ Ду80мм с двухступенчатым вводом пара в питьевую воду с целью ее нагревания с 5-10°С до 65-70°С. Каждая ступень обеспечивает непрерывный подогрев текущего расхода воды 45-55 т/ч на 30°С. УМПЭУ была установлена в 2001 году взамен пароводяного теплообменника, стоимость ремонта которого превышала цену приобретения и монтажа УМПЭУ. Вода из хозпитьевого водопровода, смешанная с обратной водой из городской системы ГВС подается на вход в УМПЭУ под давлением 0, 3-0, 4 МПа. Подогретая вода выходит из УМПЭУ в аккумуляторный бак.

 Система теплоснабжения.

В отличие от трансзвуковых аппаратов (в которых при совмещении функции нагрева сетевой воды с повышением её напора гидравлический и тепловой режимы системы теплоснабжения оказываются взаимосвязанными [2]) при применении УМПЭУ гидравлический режим системы теплоснабжения задается сетевым насосом и оказывается независящим от теплового режима системы- задается расходом пара. Например, подогреватель сетевой воды УМПЭУ Ду 400 мм был установлен на ОАО «Балаковорезинотехника» в дополнение к существующей системе отопления бойлерами в ноябре 2004 года. В процессе эксплуатации УМПЭУ в течение двух отопительных сезонов выяснилось, что при давлении воды 0, 62-0, 63 МПа, расходе нагреваемой воды 700-725 т/ч, давлении пара 0, 6-0, 61 МПа, расход пара составил 29-32 т/ч, а подогрев воды составил 28-30°С. Это позволило поднимать температуру воды на выходе из установки до 98°С (в обычном режиме 48-85°С) и обеспечить требуемый режим теплоснабжения предприятия при понижении температуры наружного воздуха до минус 30°С. Данная установка окупилась за один отопительный сезон.

Применение УМПЭУ позволяет:

заменять существующие теплообменники и повысить надежность работы тепловых систем;

экономить пар (топливо) за счет максимального коэффициента теплопередачи от пара к воде при замене кожухотрубных и пластинчатых теплообменников;

исключать образование накипи при нагревании неочищенной воды;

практически исключить шум и пульсации давления при смешении пара с водой;

расширить диапазон применения струйных подогревателей воды до диаметров 500 мм и производительности одного аппарата до 1600 т/час.

Литература:

1.    Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – 2-е изд. – М.: Энергия, 1970. – 280 с.

2.    Белевич А.И., Крупцев А.В., Малафеев В.А. О применении паровых инжекторов в теплоснабжении.//Энергетик.-2001.-№11.-с.20-22.

3.    Лисин Г.А. Аппарат «Фисоник»-в действии.// Энергосбережение в Республике Татарстан. №2(11) сентябрь-октябрь 2003.

5.    Недугов А.Ф., Куркулов М.А. Решение проблем повышения безопасности и энергосбережения в системах снабжения теплом и горячей водой.// Безопасность труда в промышленности.-2006.-№9.-с.36-39.

6.    Патент №2258839 Россия, МПК 7F04F5/04.Струйный подогреватель жидкости/ Куркулов М.А., Недугов А.Ф. Опубл.20.05.2005.

7.    Патент №2198323 Россия, МПК 7F04F5/04.Способ непрерывной подачи пара в водяную магистраль и устройство для его осуществления/ Куркулов М.А. , Недугов А.Ф., Никифоров Г.В. и др.; Опубл.2003, бюл.№2.

 






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.