 |
Получение насыщенного водяного пара
|
|
|
|
Насыщенный водяной пар получают в паровых котлах, работающих на твердом, жидком и газообразном топливах.
Рис. 28. Принципиальная схема парового котла
Паровой котел является довольно сложным инженерным сооружением. Его основными элементами являются топка, барабан, нижние коллектора, подъемные и отпускные трубы, которые являются одновременно теплообменной поверхностью. На рис. 28 изображена принципиальная схема парового котла, работающего на газообразном топливе. Здесь в топке сжигается природный газ. Образовавшиеся продукты сгорания соприкасаются с поверхностью теплообмена (подъемными трубками) и передают ей свою тепловую энергию. Барабан котла, в основном, служит для разделения жидкой и паровой фаз, образовавшихся в результате кипения воды в подъемных трубах. Котел имеет контур циркуляции паро-жидкостной системы. В отпускных трубах, вынесенных за пределы топки, воды из барабана котла опускается в нижние коллектора. В подъемных трубах осуществляется подъем смеси и жидкости из коллекторов в барабан. Барабан имеет запорно-регулирующую арматуру, обеспечивающую режим работы котла, подачу пара к потребителю и возврат конденсата от его.
В целях повышения экономичности работы котельная установка снабжается экономайзером и воздухоподогревателем. Экономайзер (теплообменник обычно змеевикового типа) служит для подогрева питательной воды. Воздухоподогреватель предназначен для подогрева воздуха, подаваемого на горение топлива.
Выпускаемые отечественной промышленностью паровые котлы для химических производств имеют следующие параметры: давление получаемого пара 400 – 1000 кПа, производительность по пару 2,5 ÷ 32 т/ч.
|
|
|
На рис. 29 приведена принципиальная схема снабжения потребителей химического производства водяным паром (а) и термодинамический цикл парового котла в диаграммах Т – S и i – S (б).
Работа цикла водяного котла заключается в следующем. Конденсат, поступающий от потребителей водяного пара, и подпиточная вода подаются насосом 3 и 4 в паровой котел. Здесь вода вначале изобарно нагревается до температуры кипения (участок 1 – 2 соответствует нагреванию конденсата, участок 1 – 2 отражает процесс нагревания подпиточной воды), а затем изобарно-изотермически превращается в сухой насыщенный пар. Участок 3 – 4 условно характеризует изоэнтальпийную потерю давления пара при его транспортировке. Процесс 4 – 5 – 1 является изобарным охлаждением (4 – 5) и изобарно-изотермической конденсацией (5 – 1) пара в потребителях тепловой энергии.
а) схема снабжения потребителей химического производства водяным паром 1 – паровой котел; 2 – потребители пара; 3 – питательный насос; 4 – подпиточный насос
б) цикл парового котла в диаграммах Т – S и i – S
Рис. 29. Принципиальная схема снабжения потребителей химического производства водяным паром (а) и цикл парового котла в диаграммах Т – S и i – S (б)
При расчете цикла парового котла обычно бывают известны:
- тепловая нагрузка потребителей пара (в том случае, если она неизвестна, то
ее следует рассчитать), кВт;
- требуемое давление греющего пара, кПа;
- падение давления пара в тракте его транспортировки, кПа;
- количество пара, идущего на технологические нужды, т.е. количество конденсата невозвращаемого от потребителя, кг/с;
- вид топлива, используемого в паровом котле.
В этом случае рекомендуется следующий порядок расчета цикла паровой установки:
1.2.1. Рассчитывают процесс горения топлива в соответствии с изложенным в п. 1.1.
1.2.2. Определение давления пара, получаемого в паровом котле:
|
|
|
Р1 = Р2 = Р3 = Р4 + ΔР, (8.1)
где Р4 – давление пара, требуемок потребителю, кПа;ΔР – потери давления в тракте транспортировки пара, кПа.
1.2.3. Находят удельную теплоту, требуемую на получение 1 кг пара из
возвращаемого конденсата:
q1-2-3 = i3 – i1, (8.2)
где i3 – энтальпия получаемого пара, кДж/кг;
i1 – энтальпия конденсата, кДж/кг.
1.2.4. Определяют удельную теплоту, требуемую на получение 1 кг пара из
питательной воды:
, (8.3)
где 
- энтальпия питательной воды, кДж/кг.
1.2.5. Находят расход пара, требуемый на тепловые нужды потребителя:
, (8.4)
где Q – тепловая нагрузка потребителя, кВт.
1.2.6. Рассчитывают производительность котла по пару:
, (8.5)
где 
- расход пара на технологические нужды, кг/с.
1.2.7. Определяют тепловую нагрузку на паровой котел:
. (8.6)
1.2.8. Находят требуемый расход топлива
, (8.7)
где 
, 
- соответственно действительная энтальпия продуктов сгорания топлива и энтальпия продуктов сгорания на выходе из парового котла, кДж/кг топл.
Получение горячей воды
В химических производствах горячая вода используется как на технологические, так и бытовые нужды. К технологическим операциям, в которых применяется горячая вода, можно отнести растворение кристаллических веществ, нагревание продуктов и полупродуктов и т.д. Кроме того, горячая вода используется в душевых, а также при отоплении производственных, служебных и жилых помещений.
Горячую воду, как правило, получают в бойлерных установках, которые представляют из себя обычный кожухотрубный теплообменник (рис.30).
Рис. 30. Принципиальная схема кожухотрубного теплообменника
Теплообменник состоит из цилиндрического корпуса (1). верхней и нижней крышек (2), патрубков для ввода и вывода теплоносителей (3) и нагревательных трубок (4), закрепленных в трубных решетках. В качестве горячего теплоносителя обычно используется насыщенный водяной пар. В теплообменнике происходит процесс теплообмена между теплоносителями, в результате которого вода нагревается до заданной температуры.
В рамках настоящего курса является достаточным определение требуемого расхода греющего теплоносителя. При этом бывают известны расход, начальная и конечная температуры нагреваемой воды. Эта задача легко решается с помощью теплового баланса теплообменника:
|
|
|
(8.8)
откуда 
. (8.9)
В формулах (8.8, 8.9):
где 
, D - массовые расходы нагреваемой воды и греющего пара, кг/с;
, 
- начальная и конечная температуры нагреваемой воды, °С;
- массовая теплоемкость воды, кДж/кг °С;
r – скрытая теплота парообразования воды, кДж/кг.
В практических расчетах с учетом тепловых потерь, полученное значение требуемого расхода пара следует увеличить на 3 – 5 %.
|
|
|
