Системы сбора конденсата
Система сбора конденсата является неотъемлемой составной частью пароснабжения предприятия. Она включает в себя паропотребляющие аппараты, конденсатоотводчики, баки для сбора конденсата, конденсатные насосы, конденсатопроводы и утилизационные теплообменники для использования теплоты пароконденсатной смеси.
Рациональное устройство системы сбора конденсата должно обеспечивать максимально полный его возврат в котельную, так как конденсат является наилучшей питательной водой для котлов. При этом температура конденсата не должна превышать 70 оС, что обеспечивает рациональное использование теплоты пароконденсатной смеси, а также создает благоприятные условия для эксплуатации конденсатопроводов и продления срока их службы в связи со снижением внутритрубной коррозии.
Однако, как показывают исследования систем теплоснабжения предприятий отрасли, на многих предприятиях, особенно малой мощности, реальное состояние систем сбора конденсата данным требованиям не соответствует. В связи с этим актуальной является проблема их модернизации, инженерным обеспечением которой должны владеть будущие специалисты. В связи с этим для обоснования модернизации систем сбора конденсата и выявления потенциала энергосбережения приводятся нерациональные, но в реальной производственной практике функционирующие нерациональные открытые системы сбора конденсата (рис. 3 и 4).
На рис. 3 показана система сбора напорного конденсата в сборный бак, находящийся под атмосферным давлением. В связи с этим температура конденсата будет меньше 100 оС. При этом через открытый штуцер 3 «пролетный» пар, а также образующийся в результате снижения давления пароконденсатной смеси до атмосферного пар «вторичного вскипания» удаляются в атмосферу. Этим обусловлены потери теплоты и массы конденсата, что предопределяет необходимость увеличения количества химически очищенной воды для подпитки паровых котлов. Остаточный конденсат периодически насосами 4 откачивается в котельную и подается в деаэратор. Включение и выключение конденсатных насосов обеспечивается с помощью датчиков верхнего и нижнего уровня воды в баке.
Рис. 3. Открытая система сбора конденсата:
1 – конденсатный бак; 2 – крышка конденсатного бака; 3 – штуцер для выпуска пара в атмосферу; 4 – конденсатные насосы; 5 – электроприводы конденсатных насосов; 6 – верхний и нижний датчики уровня конденсата в баке, обеспечивающие отключение или включение электропривода конденсатных насосов
На рис. 4 показана более рациональная, по сравнению с предыдущей, открытая (по конденсату) система его сбора, в которой теплота пароконденсатной смеси используется для подогрева холодной воды на нужды горячего водоснабжения. Пароконденсатная смесь подается через барботёр 3 в находящуюся в ёмкостном подогревателе 1 воду. Горячая вода температурой около 65 оС подается в бак-аккумулятор горячей воды 6. Стабильная температура горячей воды обеспечивается с помощью регулятора подачи холодной воды 5, получающего воздействующие сигналы от термометра 4. Наличие бака-аккумулятора позволяет согласовывать графики выработки горячей воды и её потребления в течение рабочей смены или суток.
Данная система сбора конденсата позволяет практически полностью использовать тепловой потенциал пароконденсатной смеси, но при этом конденсат не возвращается в котельную. Невозврат конденсата необходимо компенсировать химически очищенной водой, что требует значительных затрат реагентов на умягчение воды в натрий-катионитовых фильтрах.
Рис. 4. Система сбора конденсата и использования его теплоты для подогрева воды на нужды горячего водоснабжения:
1 – ёмкостной утилизационный теплообменник; 2 – конденсатопроводы; 3 – барботёр; 4 – контактный термометр; 5 – регулятор подачи холодной воды; 6 – бак-аккумулятор горячей воды; 7 – насосы; tхв и tгв – соответственно температуры холодной и горячей воды, оС.
Указанный недостаток показанной на рис. 4 тепловой схемы можно устранить, если в ёмкостной теплообменник вместо холодной воды подавать химически очищенную воду из котельной, а затем смесь конденсата и химически очищенной воды температурой ниже 100 оС возвращать в деаэратор, расположенный в котельной. В этом случае рационально используется теплота пароконденсатной смеси и устраняются потери массы конденсата. Но при этом необходимы дополнительные весьма значительные затраты на прокладку трубопровода химически очищенной воды от котельной до теплового пункта производственного корпуса и обратного трубопровода для возврата смеси химически очищенной воды с конденсатом в котельную. Дополнительным фактором, уменьшающим эффективность данной тепловой схемы, является снижение надежности системы подачи в котлы питательной воды.
Более перспективными являются закрытые системы сбора конденсата, предусматривающие возможность использования теплоты пароконденсатной смеси в утилизационных теплообменниках, устраиваемых непосредственно в тепловых пунктах производственных корпусов предприятий. При этом утилизируемая теплота используется в системах горячего водоснабжения и водяного или воздушного отопления непосредственно производственных цехов. Такие схемы отличаются большей компактностью и обеспечивают существенное снижение потерь при транспортировке теплоносителей в связи
Рис. 5. Тепловая схема использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды горячего водоснабжения:
1 – рекуперативные паропотребляющие аппараты; 2 – конденсатоотводчики; 3 – утилизационный теплообменник; 4 – бак-аккумулятор горячей воды; 5 – насосы; 6 – резервный пароводяной подогреватель; 7 – конденсатный бак; 8 – конденсатные насосы; tхв , tгв и tк – соответственно температуры холодной и горячей воды и конденсата, оС
с сокращением протяженности теплопроводов и снижением температуры
конденсата, возвращаемого в котельную.
На рис. 5 показана система сбора конденсата, предполагающая использование теплоты пароконденсатной смеси на подогрев воды для нужд горячего водоснабжения производственных цехов предприятий. Данная схема отличается технической простотой и удобством её эксплуатации. В случае, если утилизационный теплообменник 3 не обеспечивает выработку необходимого для нужд горячего водоснабжения количества горячей воды, в тепловой схеме предусмотрен резервный пароводяной подогреватель для выработки недостающего объема горячей воды.
Рис. 6. Тепловая схема комбинированного использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды горячего водоснабжения и водяного отопления:
1 – рекуперативные паропотребляющие аппараты; 2 – конденсатоотводчики; 3 – утилизационный теплообменник для подогрева воды на отопительные нужды; 4 – отопительные приборы; 5 – циркуляционные насосы; 6 – утилизационный теплообменник для подогрева воды на нужды горячего водоснабжения; 7 – бак-аккумулятор горячей воды; 8 – насосы; 9 и 10 – резервные пароводяные подогреватели систем горячего водоснабжения и отопления; 11 – конденсатный бак; 12 – конденсатные насосы; 13 – задвижка для перекрытия подачи пароконденсатной смеси в водоподогреватель системы отопления после окончания отопительного сезона; 14 - задвижка
На рис. 6 представлена тепловая схема утилизации теплоты пароконденсатной смеси, которая может функционировать в двух режимах. В течение отопительного сезона пароконденсатная смесь поступает в водоподогреватели систем водяного отопления и горячего водоснабжения, которые включены в тепловую схему последовательно. При отсутствии отопительной нагрузки водоподогреватель системы водяного отопления 3 отключается и пароводяная смесь поступает в подогреватель системы горячего водоснабжения 6. Для обеспечения надежности работы систем горячего водоснабжения и водяного отопления предусмотрены резервные пароводяные подогреватели 9 и 10.
Вариативной по назначению является и тепловая схема использования пароконденсатной смеси на нужды горячего водоснабжения и воздушного отопления (рис. 7). Эксплуатация данной тепловой схемы также предусматривает два режима. В отопительный период года теплота пароконденсатной смеси используется как на подогрев воздуха в калориферах 10, так и для подогрева воды на нужды горячего водоснабжения в утилизационном водоводяном теплообменнике 4. Для обеспечения этого режима в тепловой схеме предусмотрен сепаратор-расширитель 3, в котором в результате снижения давления образуется отсепарированный пар давлением Рс около 0,17 МПа и собственно конденсат температурой tc, соответствующей температуре насыщения пара при давлении Рс. Отсепарированный пар в качестве греющего теплоносителя используется в паровых калориферах, а конденсат – в водоводяном утилизационном теплообменнике. Для обеспечения надежности работы системы горячего водоснабжения по аналогии с предыдущими тепловыми схемами предусмотрена установка резервного пароводяного подогревателя 7.