Повышение энергоэффективности за счет рекуперации конденсата и пара вторичного вскипания
Для паровых котельных рекуперация конденсата и пара вторичного вскипания остается одной из самых эффективных мер снижения затрат. Она позволяет вернуть в систему не только горячую воду, но и значительную часть тепла, которое в противном случае теряется через сбросы и вентиляционные выбросы.
Почему рекуперация конденсата и возврат конденсата быстро снижают затраты
Основная задача паровой системы — подать к потребителю сухой пар и быстро удалить образующийся конденсат. Если конденсат задерживается в теплообменнике, ухудшается теплоотдача, падает стабильность технологического процесса и растут потери энергии.
Возврат конденсата дает сразу несколько эффектов:
- уменьшает расход топлива котла;
- снижает потребление подпиточной воды;
- возвращает в котельную химически подготовленную воду;
- сокращает затраты на водоподготовку;
- уменьшает тепловые потери с горячими стоками;
- снижает выбросы углекислого газа за счет сокращения сжигания топлива.
Что такое пар вторичного вскипания и вторичное вскипание конденсата
Пар вторичного вскипания — это пар, который образуется из горячего конденсата при резком снижении давления. Если конденсат после оборудования проходит через конденсатоотводчик и попадает в область с более низким давлением, часть жидкости мгновенно испаряется.
Вторичное вскипание конденсата не является аварией само по себе. Это естественное физическое явление, связанное с тем, что при высоком давлении конденсат содержит больше теплоты, чем может удержать при более низком давлении. Избыток этой теплоты и приводит к мгновенному образованию пара.
Доля по массе
По массе доля пара вторичного вскипания может быть сравнительно небольшой.
Объем пара
По объему пар вторичного вскипания занимает значительно больше места, чем жидкий конденсат.
Какие потери возникают без рекуперации конденсата и пара вторичного вскипания
Если система возврата конденсата организована плохо или отсутствует, предприятие теряет сразу несколько ресурсов.
Во-первых, теряется горячая вода с высокой температурой. Во-вторых, теряется теплота, содержащаяся в паре вторичного вскипания. В-третьих, возрастает потребность в холодной подпиточной воде, которую затем снова приходится нагревать в котле.
Дополнительные последствия тоже существенны:
- ухудшение видимости из-за паровых облаков;
- образование скользких участков;
- риск обледенения в холодное время года;
- рост шума в зоне сброса;
- ухудшение условий труда;
- увеличение выбросов и тепловых потерь.
Система возврата конденсата: закрытая и открытая схема
Закрытая система возврата конденсата
Закрытая схема — это система, в которой конденсат и образующийся пар вторичного вскипания не сбрасываются в атмосферу, а возвращаются в общий контур. Такая схема обеспечивает максимальный возврат тепла в котельную.
Преимущества:- минимальные потери воды;
- максимальное использование теплоты;
- снижение расхода топлива;
- отсутствие открытых паровых выбросов.
Особенность: более высокие требования к расчету трубопроводов и контролю противодавления.
Открытая система возврата конденсата
Открытая схема предусматривает поступление конденсата в атмосферный бак или приемный резервуар. Жидкая фаза затем возвращается насосом, а пар вторичного вскипания либо теряется, либо утилизируется отдельным устройством.
Преимущества:- более простое решение при высоком противодавлении;
- возможность перекачки на большие расстояния;
- удобство локального сбора конденсата.
Ограничение: без дополнительной утилизации тепловой потенциал пара вторичного вскипания используется не полностью.
Конденсатная линия и двухфазный поток конденсата: что нужно учитывать
В пароконденсатной системе встречаются три характерных участка:
- участок до конденсатоотводчика, где конденсат находится под давлением оборудования;
- участок после конденсатоотводчика, где формируется смесь жидкости и пара;
- напорный участок после насоса, где движется только жидкость.
Двухфазный поток конденсата требует особого подхода к подбору диаметра трубопровода. Если ориентироваться только на массовый расход жидкости, можно получить недоразмеренную линию. Это приведет к росту скорости потока, шуму, эрозии и увеличению противодавления.
Противодавление в конденсатной системе и пароиндуцированный гидроудар
Противодавление в конденсатной системе — это давление на выходе из конденсатоотводчика или на линии возврата, которое мешает свободному отводу конденсата. Если оно становится слишком высоким, пропускная способность конденсатоотводчиков падает, конденсат начинает скапливаться в оборудовании, а эффективность теплообмена снижается.
Типовые причины высокого противодавления:
- недоразмеренная конденсатная линия;
- избыточные вертикальные подъемы;
- утечки пара через неисправные конденсатоотводчики;
- открытые байпасы;
- ошибки компоновки трубопроводов;
- избыток пара вторичного вскипания в общей линии.
Пароиндуцированный гидроудар
Пароиндуцированный гидроудар возникает, когда горячий двухфазный поток смешивается с более холодным насосным конденсатом. В результате образуются объемы пара, которые затем быстро схлопываются и создают ударные нагрузки. Итог — повреждение арматуры, опор, фланцев и изоляции.
Рекуперация конденсата и пара вторичного вскипания с помощью насосов
Электрический насос для возврата конденсата
Электрический насос применяется, когда нужно перекачивать однофазный поток конденсата на большие расстояния или на значительную высоту. Для горячего конденсата такой вариант требует аккуратного расчета, поскольку при недостаточном давлении на входе возможна кавитация.
Механический насос для возврата конденсата
Механический насос для конденсата работает за счет энергии пара или сжатого газа. Он хорошо подходит для высокотемпературного конденсата и не так чувствителен к риску кавитации, как электрический насос.
Такие решения особенно полезны там, где конденсатоотводчик не может обеспечить достаточный перепад давления для возврата конденсата.
Рекуперация пара вторичного вскипания: флеш-сосуд, конденсатор выпара и паровой компрессор
Флеш-сосуд для рекуперации пара вторичного вскипания
Флеш-сосуд — это герметичный аппарат, в котором двухфазный поток разделяется на жидкий конденсат и пар вторичного вскипания. Жидкость отводится вниз, а отделенный пар направляется к потребителям низкого давления.
Это эффективное решение, если на предприятии есть оборудование, способное использовать пар более низкого давления. При этом важно контролировать давление во флеш-сосуде, потому что оно влияет на всю присоединенную конденсатную систему.
Конденсатор выпара для рекуперации конденсата и пара вторичного вскипания
Конденсатор выпара — это теплообменный аппарат, в котором пар вторичного вскипания конденсируется с передачей теплоты воде. На выходе предприятие получает нагретую воду и дополнительный объем возвращенного конденсата.
Наибольший эффект достигается тогда, когда нагретая вода действительно используется в процессе: например, как подпиточная вода, вода предварительного подогрева или технологическая вода. Если же эту воду затем просто охлаждают, энергетический смысл решения уменьшается.
Паровой компрессор для повторного использования пара вторичного вскипания
Паровой компрессор — это струйное устройство, которое повышает давление низкопотенциального пара за счет использования пара более высокого давления. В результате пар вторичного вскипания можно вернуть в коллектор среднего давления и снова использовать в технологическом процессе.
Такой подход особенно эффективен там, где прямое использование низкого давления невозможно, но есть стабильные потребители пара среднего давления.
Экономический эффект рекуперации конденсата и пара вторичного вскипания
Экономика складывается из нескольких составляющих:
- снижение расхода топлива;
- сокращение расхода подпиточной воды;
- уменьшение затрат на химическую подготовку воды;
- сокращение потерь теплоты;
- снижение объема стоков;
- уменьшение выбросов.
Возврат теплоты конденсата
Если возвращать около 454 кг/ч конденсата из системы с давлением порядка 0,69 МПа в линию возврата с давлением около 0,14 МПа, можно вернуть примерно 78 кВт тепловой мощности.
Даже для одного участка системы это дает заметный годовой экономический результат.
Утилизация пара вторичного вскипания
При расходе конденсата 4536 кг/ч и доле вторичного вскипания около 13,7% образуется примерно 622 кг/ч пара вторичного вскипания.
Потенциал рекуперации в таком случае достигает примерно 440 кВт. Для непрерывно работающего производства это существенный резерв снижения затрат.
Таблица: решения для рекуперации конденсата и пара вторичного вскипания
| Решение | Что позволяет получить | Ограничения |
|---|---|---|
| Закрытый возврат конденсата | Максимальный возврат теплоты и воды | Требует точного расчета двухфазной сети и контроля противодавления |
| Открытая насосная схема | Надежный возврат жидкого конденсата при сложной трассе | Без дополнительной утилизации теряется теплота пара вторичного вскипания |
| Флеш-сосуд | Отделение и полезное использование пара низкого давления | Нужны потребители пара низкого давления |
| Конденсатор выпара | Возврат теплоты в виде нагретой воды и дополнительного конденсата | Необходим полезный потребитель нагретой воды |
| Паровой компрессор | Повышение давления пара вторичного вскипания и повторное использование | Требует подходящей схемы паропотребления |
Ключевые выводы
- Рекуперация конденсата и пара вторичного вскипания снижает расход топлива и воды.
- Пар вторичного вскипания — это естественный результат снижения давления горячего конденсата.
- Двухфазный поток требует отдельного расчета трубопроводов.
- Высокое противодавление ухудшает работу конденсатоотводчиков и теплообменного оборудования.
- Для максимального эффекта нужно оценивать систему в целом: от дренажа аппаратов до повторного использования низкопотенциального тепла.
На что обратить внимание при аудите системы возврата конденсата
При аудите пароконденсатной системы проверьте:
Заключение
Рекуперация конденсата и пара вторичного вскипания должна рассматриваться как часть общей стратегии энергосбережения в паровых системах. Грамотно организованный возврат конденсата позволяет вернуть в цикл воду, теплоту и химически подготовленную среду, а также снизить нагрузку на котельную.
Если дополнительно использовать флеш-сосуд, конденсатор выпара или паровой компрессор, можно утилизировать и ту часть энергии, которая обычно уходит в атмосферу без пользы.