Другие типы десуперподогревателей

#Десуперподогреватели типа Venturi

Десуперподогреватель типа Venturi использует сужение в трубопроводе перегретого пара для создания области высокой скорости и турбулентности, в которую впрыскивается охлаждающая вода. Это помогает обеспечить тесный контакт между паром и охлаждающей водой, повышая эффективность процесса десуперподогрева. Процесс десуперподогрева осуществляется в две отдельные стадии:

1. Первая стадия десуперподогрева происходит во внутреннем диффузоре. Часть пара ускоряется во внутреннем сопле, и эта скорость используется для распыления поступающей воды. Охлаждающая вода впрыскивается в диффузор через ряд небольших жиклеров, что дополнительно улучшает распыление воды.
2. На второй стадии десуперподогрева насыщенный туман или аэрозоль выходит из внутреннего диффузора в основной диффузор, где смешивается с оставшейся частью пара. Сам основной диффузор также создает сужение для остального потока пара, увеличивая его скорость в этой области. Таким образом образуется зона турбулентности, в которой происходит вторая стадия десуперподогрева. Такой механизм минимизирует контакт охлаждающей воды с боковыми стенками, сочетая максимальную эффективность десуперподогрева с минимальным износом трубопровода.

Диапазон регулирования по расходу пара меняется в зависимости от фактических условий, но типичное значение составляет 4:1.

В применениях, где перед десуперподогревателем имеется отдельная станция редуцирования давления, доступный диапазон регулирования по пару можно увеличить до более чем 5:1.

Диапазон регулирования по охлаждающей воде обычно достаточен для большинства промышленных применений; в зависимости от реальных условий возможно достижение 20:1. При диапазонах по охлаждающей воде свыше 20:1 возрастает необходимость в повышающем насосе для охлаждающей воды.

Десуперподогреватели типа Venturi могут устанавливаться как горизонтально, так и вертикально при направлении потока пара вверх. При вертикальной установке смешение улучшается, что может дать повышенный диапазон регулирования более 5:1. Основная проблема здесь в необходимости достаточного вертикального пространства, так как длина десуперподогревателя превышает несколько метров.

Модификацией стандартного десуперподогревателя типа Venturi является attemperator desuperheater. По сути он использует тот же метод впрыска охлаждающей среды в перегретый пар, но без venturi-образной смесительной секции. Десуперподогреватели-attemperator применяются вместо типа Venturi там, где есть достаточно места для установки длинной абсорбционной трубы, особенно если требуется несколько больший диапазон регулирования, но дополнительные затраты на парораспыляющий тип не оправданы.

Термин attemperator также обычно используется для обозначения десуперподогревателя, установленного после котла или пароперегревателя для точного управления температурой и давлением. Преимущества:

1. Диапазон регулирования по пару до 5:1 и по охлаждающей воде свыше 20:1.
2. Простой принцип работы (хотя и более сложный, чем у распылительного типа).
3. Отсутствие движущихся частей.
4. Точное регулирование температуры десуперподогретого пара; обычно в пределах 3°C от температуры насыщения.
5. Подходит для работы как при стабильных, так и при переменных параметрах пара.
6. По сравнению с распылительным типом уменьшается износ трубопровода после устройства, поскольку охлаждающая вода выходит в виде тумана, а не струйного распыла. Недостатки:
7. Возникает падение давления (хотя обычно оно невелико и находится в допустимых пределах).
8. Длина поглощения все же больше, чем у парораспыляющего типа, поэтому для установки требуется больше места.
9. Требуется минимальный расход охлаждающей воды. Применения:
10. Подходит для большинства общепромышленных применений, за исключением случаев, где требуется высокий диапазон регулирования по расходу пара.

#Парораспыляющие десуперподогреватели

Парораспыляющие десуперподогреватели используют вспомогательный пар высокого давления для распыления поступающей охлаждающей воды. Процесс десуперподогрева происходит в две стадии: Первая стадия происходит в диффузоре, где охлаждающая вода распыляется паром-распылителем высокой скорости. Давление вспомогательного пара должно быть как минимум в 1.5 раза выше давления на входе в десуперподогреватель, обычно при минимальном давлении 4 bar a. Расход распыляющего пара обычно составляет от 2% до 5% от расхода в основной линии. Использование распыляющего пара позволяет подавать охлаждающую воду в диффузор при более низких давлениях. В общем случае требуется только, чтобы это давление было выше давления перегретого пара. На второй стадии влажный туман или аэрозоль выходит из диффузора, где смешивается с паром в основной линии трубопровода. Испарение происходит в трубопроводе сразу после десуперподогревателя, где оставшиеся капли воды остаются взвешенными в паре и постепенно испаряются.

Использование пара для распыления охлаждающей воды создает очень мелкие капли, что обеспечивает эффективную теплопередачу и испарение.

Такая схема позволяет получить высокий диапазон регулирования по пару; возможны значения до 50:1. Однако следует отметить, что при диапазонах свыше 20:1 низкие скорости в трубопроводе могут привести к осаждению воды из-за уменьшения импульса водяных капель. В этом случае требуется схема дренажа и рециркуляции (см. Рисунок 15.3.3). Если такую схему рециркуляции установить невозможно, диапазон регулирования будет уменьшен. Типовая установка парораспыляющего десуперподогревателя показана на Рисунке 15.3.3. Преимущества:

1. Хороший диапазон регулирования - по пару возможны значения до 50:1, но наиболее эффективна работа и регулирование при диапазоне около 20:1.
2. Очень компактный - имеет короткую длину поглощения по сравнению с другими типами.
3. Падение давления пренебрежимо мало.
4. Используемая охлаждающая вода может быть холодной, так как распыляющий пар будет ее предварительно подогревать.
5. Небольшой недогрев до температуры насыщения - обычно в пределах 6°C от температуры насыщения. Недостатки:
6. Требуется вспомогательный пар высокого давления.
7. Необходимость в дополнительном оборудовании и дополнительной обвязке делает решение сравнительно дорогим. Применения:
8. Подходит для применений, где расход пара сильно меняется, например в комбинированных станциях редуцирования давления и десуперподогрева.

#Десуперподогреватель с переменным отверстием

Десуперподогреватель с переменным отверстием регулирует подачу охлаждающей воды в основную линию с помощью свободно плавающего плунжера, расположенного в потоке. Десуперподогреватель с переменным отверстием состоит из плунжера, перемещающегося вверх и вниз в направляющей клетке. Это перемещение ограничивается упором хода, встроенным в верхнюю часть клетки. Его положение в клетке зависит от расхода перегретого пара в основной линии. При отсутствии потока плунжер лежит на седловом кольце, окруженный кольцевой полостью с охлаждающей водой. Когда перегретый пар начинает проходить через десуперподогреватель, плунжер отрывается от седла под действием давления пара. По мере роста расхода плунжер поднимается дальше от седла, создавая переменное отверстие между плунжером и седлом. Увеличение скорости между плунжером и седлом вызывает перепад давления на кольцевой полости, втягивая воду в поток перегретого пара. Низкое давление, затягивающее воду в трубопровод, также способствует распылению воды в мелкий туман. Турбулентность, связанная с изменением скорости и направления потока пара, помогает смешивать охлаждающую среду и пар. Вихри, возникающие непосредственно перед плунжером, обеспечивают полное смешение охлаждающей среды с паром. Эффективное смешение охлаждающей среды и перегретого пара внутри корпуса десуперподогревателя означает, что длина поглощения сравнительно мала, и температурный датчик можно устанавливать в пределах 4 или 5 метров от корпуса десуперподогревателя. Скорость, с которой охлаждающая вода поступает в кольцевую полость, изменяется клапаном управления, регулируемым по температуре после десуперподогревателя. Плунжер обычно снабжается подпружиненным штифтом, который увеличивает трение между плунжером и клеткой, эффективно демпфируя его движение. При фиксированном перепаде давления на клапане это фактически позволяет изменять количество охлаждающей воды, смешиваемой с потоком перегретого пара. Штифт также обеспечивает устойчивость при малых нагрузках. Тот факт, что охлаждающая среда не распыляется в десуперподогреватель, а практически весь процесс десуперподогрева происходит в корпусе устройства, означает минимальный износ как связанного трубопровода, так и самого десуперподогревателя. Поэтому термические гильзы не требуются. Типовая установка десуперподогревателя с переменным отверстием показана на Рисунке 15.3.6 Преимущества:

1. Диапазон регулирования ограничен только клапаном управления охлаждающей водой, и по пару можно легко получить значения до 100:1.
2. Малый недогрев до температуры насыщения - обычно в пределах 2.5°C от температуры насыщения.
3. Короткая длина поглощения.
4. Давление охлаждающей воды должно быть всего на 0.4 bar выше давления перегретого пара.
5. Скорости перегретого пара могут быть очень низкими. Недостатки:
6. Значительное падение давления на десуперподогревателе.
7. Сравнительно более высокая стоимость.
8. Десуперподогреватель должен устанавливаться вертикально. Если сразу после выхода расположен отвод, он должен иметь большой радиус. Применения:
9. Подходит для применений, где расход пара сильно меняется, а сравнительно большое падение давления не является критичным.
10. Где скорость пара, вероятно, будет очень низкой.

#Комбинированный регулирующий клапан давления и десуперподогреватель

В некоторых случаях удобно объединить регулирующий клапан давления и десуперподогреватель в одном узле. Часть, отвечающая за редуцирование давления, аналогична стандартному редукционному клапану. Хотя могут применяться различные конструкции редукционного клапана, чаще всего используются угловые или проходные варианты. Кроме того, клапан обычно выполняется балансированного типа (либо с балансировочным плунжером, либо с балансировочным сильфоном), чтобы уменьшить требуемое усилие привода. Поскольку точное регулирование давления обычно важно для применений десуперподогрева, пневматический привод клапана используется почти повсеместно, как и позиционеры. Кроме того, поскольку могут иметь место весьма значительные перепады давления, производитель часто предлагает малошумный trim для регулирующего клапана давления (см. Рисунок 15.3.8). Часть, отвечающая за десуперподогрев, также зависит от применения, но часто используется тип с многоточечным радиальным впрыском. Смешение охлаждающей среды и пара улучшается из-за высокой скорости перегретого пара после редукционного клапана. Десуперподогреватели с радиальным впрыском имеют то преимущество, что их легко объединить с редукционным клапаном в единый агрегат. В некоторых комбинированных станциях регулирования давления и десуперподогрева сразу после станции устанавливают ряд направляющих пластин. Эти пластины создают дополнительное падение давления и улучшают смешение пара и охлаждающей среды. Комбинированные регулирующие клапаны давления и станции десуперподогрева обычно применяются в обходных линиях турбин, где клапан сбрасывает поток непосредственно в конденсатор или в cold reheat.

#Сравнение типов десуперподогревателей

Таблица 15.3.1 сравнивает типовые эксплуатационные и монтажные характеристики различных типов десуперподогревателей. Следует отметить, что эти свойства могут различаться у разных производителей и действительно могут зависеть от конкретных рабочих условий системы.