Утилизация тепла продувки котла (только продувка по TDS)

Котловую воду продувают для контроля общего содержания растворённых веществ (TDS) в котле. Эта вода находится под давлением, имеет высокую температуру и содержит загрязнения, что приводит к образованию больших объёмов вторичного пара и создаёт проблемы при сбросе. Система утилизации тепла позволяет вернуть значительную часть энергии в ходе этого необходимого процесса.

#Утилизация тепла продувки котла (только продувка по TDS)

В предыдущем модуле рассматривалось, какое количество воды необходимо удалять из котла для поддержания допустимого уровня TDS. Эта вода имеет ряд особенностей:

• Она загрязнена - Это означает, что:
• Вода обычно непригодна для других применений.
• Загрязнённая вода может создавать проблемы при сбросе.
• Она горячая - Это означает, что:
• Часть воды при атмосферном давлении мгновенно вскипит, образуя вторичный пар.
• Горячая вода может создавать проблемы при отводе. Например, её объём может быть значительным.

Система утилизации тепла позволяет решить многие из этих проблем.

Поток энергии, уходящий с продувкой Используя данные расчёта продувки из Примера 3.12.5, можно определить количество энергии, уходящей с продувкой, по таблицам пара.

Примечание: 1 kJ/s = 1 kW

Пример 3.13.1 Для получения потока энергии в kW:

Чтобы понять масштаб этой энергии, можно отметить, что в Северо-Западной Европе средняя бытовая система центрального отопления имеет мощность около 13 kW, поэтому поток энергии, уходящий с продувкой в Примере 3.13.1, достаточен для отопления 19 домов.

Для наглядности в расчёте выше использованы таблицы пара, где вода при 0 °C принята за базовый уровень. На практике подпиточная вода, компенсирующая продувку, будет иметь температуру выше, поэтому фактические потери энергии с продувкой будут немного меньше. Например, если подпиточная вода имеет температуру 10 °C, потери составят 228 kW.

#Вторичный пар

Продувочная вода, выходящая из котла, имеет температуру насыщения, соответствующую давлению котла. Для котла из Примера 3.13.1 при 10 bar g эта температура равна 184 °C. Очевидно, при атмосферных условиях вода не может существовать при 184 °C, поскольку в продувочной воде содержится избыток энтальпии, то есть энергии.

Если предположить, что продувочная вода поступает в систему вторичного пара, работающую при 0.5 bar g, этот избыток энергии можно определить по таблицам пара: Эта избыточная энергия испаряет часть воды, и образующийся пар называется вторичным.

Количество вторичного пара легко определить расчётом либо считыванием с таблиц или графиков.

Пример 3.13.2 Удельная теплота парообразования при 0.5 bar g (hfg) по таблицам пара составляет 2 226 kJ/kg. Следовательно, 14.1% воды, удаляемой из котла продувкой, превратится в пар при падении давления с 10 до 0.5 bar g на продувочном клапане.

Существует два варианта:

1. Выпустить этот вторичный пар в атмосферу через сосуд вторичного пара, теряя при этом энергию и потенциально качественную воду, получаемую после его конденсации.
2. Использовать энергию вторичного пара и вернуть воду, сконденсировав его. Полезно также определить поток энергии, содержащийся во вторичном паре. Это также делается по таблицам пара.

Пример 3.13.3 Сравните это со значением 241 kW, уходящим с продувкой из котла.

Этот вторичный пар можно использовать: в приведённом примере он содержит примерно 49% потока энергии продувки и 14.1% массы сбрасываемой воды. Использование значений из таблиц пара в этих расчётах предполагает, что питательная вода подаётся при 0 °C. Для большей точности следует использовать фактическое изменение температуры питательной воды.

Улавливание и использование вторичного пара Вторичный пар становится доступным для утилизации в флэш-сосуде. По сути, флэш-сосуд создаёт пространство, где скорость потока достаточно мала, чтобы горячая вода и вторичный пар могли разделиться, а затем быть отведены в разные части установки.

Конструкция флэш-сосуда важна не только с точки зрения разделения пар/вода; с механической точки зрения сосуд должен проектироваться и изготавливаться в соответствии с признанным стандартом на сосуды под давлением, например PD 5500.

Это не просто хорошая инженерная практика: если установка подлежит страхованию, инспектор котла также будет этого требовать.

Наиболее очевидное место использования вторичного пара - питательный бак котла, который обычно расположен поблизости.

Температура воды в питательном баке имеет большое значение. Если она слишком низкая, потребуются химические реагенты для деаэрации воды; если слишком высокая - может возникнуть кавитация питательного насоса. Очевидно, если утилизация тепла может привести к чрезмерно высокой температуре в баке, сбрасывать вторичный пар прямо в бак нецелесообразно. Возможны и другие решения, например подогрев питательной воды на стороне давления после насоса или подогрев воздуха для горения.

На Рисунке 3.13.2 показана простая схема, в которой возврат 97 kW теплового потока и 157 kg/h воды котлового качества оказывается исключительно экономически эффективным.

Необходимое оборудование

• Флэш-сосуд - У производителей обычно имеются таблицы подбора сосудов. Примечание: скорость пара в верхней части сосуда не должна превышать 3 m/s.
• Конденсатоотводчик для дренажа сосуда - Для этого применения идеально подходит поплавковый конденсатоотводчик, поскольку он удаляет остаточную продувочную воду сразу после её поступления. Флэш-сосуд работает при низком давлении, поэтому энергии для подъёма остаточной продувки после конденсатоотводчика практически нет; следовательно, вода должна стекать самотёком через конденсатоотводчик и выпускной трубопровод. Примечание: из-за низкого давления конденсатоотводчик будет сравнительно крупным. Это дополнительно снижает вероятность его засорения твёрдыми примесями в остаточной продувочной воде. Иногда перед конденсатоотводчиком устанавливают фильтр; в этом случае крышка фильтра должна иметь продувочный клапан для упрощения обслуживания, а сетка фильтра не должна быть слишком мелкой.
• Вакуумный клапан - Бывают периоды, когда котлу не требуется продувка. В это время пар в флэш-сосуде и связанных с ним трубопроводах конденсируется, образуя вакуум. Если его не снять, вода из питательного бака будет засасываться в трубопровод. Когда котёл снова начнёт продуваться, эта вода пойдёт по трубе с высокой скоростью и вызовет гидроудар. Вакуумный клапан, установленный на деаэраторной головке, защищает от такой ситуации.
• Оборудование распределения пара - Правильное распределение вторичного пара в питательном баке необходимо для его конденсации и возврата тепла и воды. Возможные варианты оборудования, в порядке эффективности: 1. Атмосферный деаэратор. 2. Распределитель пара. 3. Барботажная труба.

#Утилизация тепла с помощью теплообменников

Утилизация тепла остаточной продувки Около 40% энергии, содержащейся в продувке котла, можно вернуть с помощью флэш-сосуда и сопутствующего оборудования; однако существует возможность дополнительно утилизировать тепло из самой остаточной продувочной воды.

Продолжая Пример 3.13.3: если флэш-сосуд работает при 0.5 bar g, это означает, что остаточная продувка проходит через поплавковый конденсатоотводчик флэш-сосуда при температуре около 105 °C. Из этой воды можно извлечь дополнительную полезную энергию, прежде чем направить её в дренаж. Общепринятый способ состоит в пропускании её через теплообменник для подогрева подпиточной воды по пути в питательный бак. Такой подход обычно охлаждает остаточную продувку примерно до 20 °C. Эта система не только возвращает энергию из продувочного стока, но и охлаждает воду перед сбросом в дренажную систему. (В Великобритании температура сточной воды при сбросе ограничена 42 °C; во многих других странах действуют аналогичные ограничения).

Пример 3.13.4 (продолжение Примера 3.13.3) Типовая схема утилизации этой энергии показана на Рисунке 3.13.3.

Особенности проектирования Проблема схемы на Рисунке 3.13.3 состоит в том, что одновременный расход поступающей холодной подпиточной воды и остаточной продувки из флэш-сосуда не всегда гарантирован.

Одна из предпочтительных схем показана на Рисунке 3.13.4, где в качестве теплового аккумулятора используется бак разрыва струи с холодной водой. Термостат управляет небольшим циркуляционным насосом, и когда остаточная продувка имеет достаточно высокую температуру, вода прокачивается через теплообменник, повышая среднюю температуру в баке и обеспечивая экономию энергии.

Если температура продувочного стока на выходе из теплообменника может превышать 43 °C, его следует направлять в сосуд продувки, а не непосредственно в дренажный сток (см. Модуль 3.14).

Предпочтительный тип теплообменника Для этого применения предпочтительны пластинчатые теплообменники, поскольку они очень компактны и удобны в обслуживании.

Опыт показывает, что более высокие скорости и турбулентность в пластинчатых теплообменниках помогают поддерживать их чистоту, поэтому разборка требуется редко. Однако если очистка всё же понадобится, теплообменник сравнительно легко открыть и очистить пластины.

Очистка кожухотрубного теплообменника значительно сложнее и обычно требует полной разборки, при этом сами трубы часто невозможно снять для очистки. Когда утилизируется энергия вторичного пара и конденсата, возвращается 82% общей энергии, содержавшейся в исходной продувке. Кроме того, возвращается 14% воды по массе, что также даёт дополнительную экономию.