Статті - інноваційна технологія умпеу для нагріву води паром або навіщо потрібна стінка між водою і
к.т.н. А.Ф. Недуг, М.А. куркуль
У статті запропоновано новий спосіб подачі пари в воду для її нагрівання, апробований в промислових умовах експлуатації в теплових системах різного призначення протягом декількох років на діаметрах трубопроводів від 50 мм до 500 мм і максимальною продуктивністю до 1700 т / год. Описана схема струминного пароводяного підігрівача води з камерою попереднього змішування пари і води і гасителем пульсацій тиску, що забезпечує безшумний введення пара в потік води без утворення накипу на поверхнях теплообмінника. Наведені приклади застосований-ня даного підігрівача.
Вступ
В даний час для підігріву води в сі-стем водопідготовки, теплопостачання і го-рячего водопостачання (ГВП) широко вико-ються водогрійні котли, пароводяні кожух-трубні підігрівачі, пластинчасті теплооб-меннікі. Передача тепла в них здійснюється безперервно від гріє робочого тіла нагре-ваємому тілу, при цьому робочі тіла розділяє перегородка, звана поверхнею нагре-ва. Ефективність використання теплоти греко-ющего робочого тіла в таких апаратах в значній-котельної мірою залежить від якості нагрівають-мій води. Наявність в природній воді раство-корінних мінеральних солей кальцію і магнію призводить до утворення на поверхнях на-Гревьє теплообмінника трудноудаляємиє твер-дого шару (накипу). Накип, маючи малу тепло-провідність, погіршує передачу тепла нагріву-емой воді. Це призводить до значного збіль-личен витрати пари на нагрівання, перевитрати палива, погіршення гідравлічних характери-стик теплообмінника. Наприклад, в літературі наводяться дані, що шар накипу товщиною в 3 мм поглинає 25% теплової енергії, а якщо на стінках котла або бойлера наросло 13 мм, то втрачається вже 70% тепла, при цьому відкладення товщиною 10 мм наростають менш ніж за рік [ 1]. Для водогрійних котлів відкладення солей на по-поверхні нагрівання з боку води підвищує температуру стінки водогрійних труб, що сни-жает властивості міцності матеріалу стінки і, відповідно, ресурс котла.
Очищення внутрішніх каналів теплообмінника від накипу - дорогий і трудомісткий про-процес. Найбільш гостро ця проблема стоїть в сі-стем хімічної очистки води (підігрів води перед освітлювачами, катіонітного фильт-рами, декарбонізатора і т.д.). Актуальність вирішення цього завдання привела навіть до створення вУкаіни і за кордоном цілої індустрії по виготов-лення спеціальних апаратів для видалення твердих відкладень накипу. Зазначені недо-статки створюють інтерес для вивчення альтерна-тивних методів боротьби з утворенням накипу, наприклад, застосуванням нових технологій підігріву води парою, що виключають образо-вання накипу в теплообміннику.
В даний час в системах теплофікації промислових підприємств і комунальної сфери все більшою мірою знаходять застосований-ня змішувальні теплообмінники. У змішувач-них теплообмінниках теплота передається в процесі змішування гріє і нагрівається робочих тіл - це різного роду пароводяні струменеві апарати. На відміну від теплообмінного-ков рекуперативного типу, в яких теплообмін між теплоносієм та теплою водою відбувається через стінку, в пароводяних струменевих ап-Параті передача тепла від пара до води відбувається при змішуванні пара і води, тобто при конденсації пари вся його внутрішня енергія передається воді практично без втрат. Робочим тілом в парово-дяних струменевих апаратах (ПСА) є пар, а інжектіруемого - вода [2, 3]. У зв'язку з компакт-ністю, при високій теплової потужності і відсутність про-наслідком втрат при передачі тепла від пара до води, такі апарати останнім часом отримують ши-рокое поширення. У порівнянні з бойле-рами і пластинчастими теплообмінниками від-ходять всередині ПСА кавитационні процеси зменшують накипоутворення, при цьому в них немає поверхонь теплообміну у вигляді особливо т-них трубок і пластин. До факторів, обмежую-щим їх використання, можна віднести ограни-ченний діапазон діаметрів трубопроводів - від 25 до 150 мм, при максимальній виробник-ності по воді до 300 т / год. У разі великої про- тивність систем водопідготовки це при-водить до необхідності встановлювати кілька паралельно працюють апаратів і увеличива-ет витрати на обв'язку.
Принцип роботи розробленого струминного підігрівача
УМПЕУ (рис. 1) складається з конфузора 1, по-дяного сопла 2, приймальні камери 3, камери попереднього змішування пара з водою 5, ус-тановленной на підводі пара в приймальню камі-ру, гасителя пульсацій тиску 6, трубопрово-да з засувкою 7 для перепуску частини води, що нагрівається з широкої частини конфузора в камеру попереднього змішування.
пом'якшеної суміші з камери змішання 5 в при-емную камеру 3, частина потоку двофазної суміші, огинаючи зовнішню поверхню сопла 2 і внутрішню поверхню вхідної горловини приймальної камери, утворює на цих поверхні-тях водяну плівку пом'якшеної води, що зносяться турбулентним потоком інжектіруемого дво- фазной суміші (кількість води, яка подається в камеру змішування, перевищує кількість, що не-обходимо для охолодження пара до температу-ри води). У гасителів пульсацій 6 відбувається завершення процесу конденсації і зростання давши-лення нагрітого потоку води. Пульсації тиску-ня нагрітого потоку, які може викликати Несконденсировавшиеся частина пара і присті-нічні зворотні струми 4, демпфуються в гаси-тілі пульсацій 6. Ефект демпфірування до-Стігала за рахунок пружності газів над свобод-ної поверхнею води в ємності гасителя, від- поділеній від основного потоку проникною стінкою, і створенням зворотних течій 12 за рахунок позитивного градієнта тиску по довжині гасителя пульсацій.
На відміну від трансзвукових струменевих аппа-ратов принцип дії УМПЕУ виключає ка-вітаціонние течії всередині його проточних трактів, тому в них відсутній Кавітаційна-ва ерозія і виготовлення таких пристроїв про-диться з штампованих деталей трубопро-водів і безшовних труб із застосуванням вугле-родістих і низьколегованих сталей, що забезпечує їх високу надійність і довго-вічність.
Досвід застосування нових струменевих підігрівачів
Випробувані УМПЕУ використовувалися для на-прогрівання води в системах хімічної очистки води, деаерації, опалення, ГВП, вентиляції,
утилізації відпрацьованого пара, технологиче-ських процесах підігріву перегрітої води на гумотехнічних виробництвах.
Підігрів перегрітої води. Натомість парово-дяних підігрівачів в автоклавном виробниц-стве на гумотехнічному заводі ГТВ-1 ВАТ «Балаковорезінотехніка» встановлено підігрівати-ватель УМПЕУ Ду 150 мм, що забезпечує по-догрів перегрітої води в закритій системі: температура води 160-170 ° С; тиск 1,6 Мпа; витрата води 100-110 т / ч; підігрів по-ди на 1-5 ° С. Відхилення температури води в контурі складає ± 0,5 ° С. Фактичний рас-хід пара 160-200 кг / год. Незважаючи на періодичний-ські різкі падіння тиску перегрітої води в контурі на 0,2-0,4 МПа (період заповнення автоклава) УМПЕУ працює стійко. Термін окупності склав 4 місяці.
Найбільший ефект від застосування УМПЕУ може бути отриманий при реалізації його двой-ного призначення: наприклад підігрів річкової води перед освітлювачем відпрацьованим парою (ВАТ «Поліеф» м Благовєщенськ, республіка Башкортостан). Термін окупності УМПЕУ Ду 300 мм склав 4 місяці. Іншим прикладом може служити опалення виробничого цеху з виробництва локшини швидкого запро-лення утилізованим відпрацьованим парою (м Біла Церква).
У ряді випадків економічно виправданим виявилося застосування УМПЕУ на предприяти-ях, які отримують гарячу воду і пар від ТЕЦ, ко-ли ціна гарячої води була вища за ціну пара.
Оптимальний підігрів води одним УМПЕУ, що забезпечує його безшумну роботу, со-представляв в середньому 30 ° С (коефіцієнт інжекції близько 0,06). Для підігріву води на інтер-вал більше 30 ° С використовувалася двухступенча-тая схема введення пара з послідовною уста-новки УМПЕУ в лінію або калачем (підігрів досягав 60-65 ° С).
Особливості включення УМПЕУ, забезпечують-вающие його безпечну експлуатацію, полягають у наступному. Для підтримки зазначених па-раметров в заданих межах УМПЕУ повинен оснащуватися системою автоматики. Для регулюються-вання теплової потужності змінюють витрата пара, наприклад регулюючим клапаном. На підводі пара повинен бути встановлений зворотня ний клапан. Для відсічення пара при припиненні подачі води (аварія тепломережі, відключення на-соса або електропостачання і т.п.) на підводі також встановлюють швидкодіючий від-сечной клапан з часом спрацьовування 1 -3 с. На виході УМПЕУ створюють прямолінійний навчаючи-стік труби, довжина якого визначається на ос-нованіі відомих закономірностей для турбу-лентной затопленого струменя [6] і зазвичай склад-ляет кілька десятків калібрів. Для закривання тієї системи теплопостачання передбачають також систему підтримки постійного давши-лення води на вході в УМПЕУ.
Застосування УМПЕУ дозволяє:
· Замінювати існуючі теплообмінники і підвищити надійність роботи теплових систем;
· Економити пар (паливо) за рахунок максимально-го коефіцієнта теплопередачі від пари до води; виключати утворення накипу при нагрівання-ванні неочищеної води;
· Виключити шум і вібрації тиску при змішуванні пара з водою;
· Знизити шкідливі викиди в атмосферу;
· Розширити діапазон застосування струменевих пароводяних підігрівачів води в теплових мережах і систе-мах водопідготовки до діаметрів 500 мм.
2. Соколов Є.Я. Зінгер ІМ. Струменеві апарати. - 2-е вид. - М. Енергія, 1970. - 280 с.
6. Абрамович Г.Н. Теорія турбулентних струменів. - М. Фіз-матгіз, 1960. -715 с.