Расчет вакуумного деаэратора подпитки теплосети

Для расчета вакуумного деаэратора подпиточной воды теплосети принимаются следующие исходные данные:

- Расход химически очищенной воды на деаэратор, D_хов=103 кг/с=371 т/ч;

- Температура химически очищенной воды, t_хов = 37 ºС;

- Температура греющей (сетевой) воды, t_св = 70 ºС;

- Давление пара в коллекторе сн, p_п =1,2 МПа;

- Температура пара в коллекторе сн, t_п = 230 ºС;

- Температура конденсата пара, t_к = 8,3 ºС;

- Площадь теплообмена ПВП-1, S = 100 м²;

- Коэффициент теплопередачи пар-стенка-вода, к = 2 кВт/Км²;

- Температура конденсата пара, t_к = 8,3 ºС;

Расход сетевой воды (греющей среды) в деаэратор определяется из уравнения его теплового баланса, которое в данном случае имеет вид:

(D_хов·h_хов + D_св·h_св)·Ƞ_д = (D_хов + D_св)·h_дв + D_вып·h_вып, (3.2.1.1)

где h_хов - энтальпия химически очищенной воды (h_хов = 156 кДж/кг);

h_св - энтальпия сетевой воды (h_св = 293,3 кДж/кг);

h_дв - энтальпия деаэрированной воды (принимается согласно [2] при давлении в деаэраторе р_дв = 12,3 кПа и температуре деаэрированной воды t_дв = 50 °С; h_дв = 209,5 кДж/кг);

h_вып - энтальпия сухого насыщенного пара (h_вып = 2592 кДж/кг);

Ƞ_д- коэффициент потери теплоты в окружающую среду (Ƞ_д= 0,98).

В соответствии [3] расход выпара из деаэратора должен составлять 5 кг на 1 тонну деаэрированной воды:

D_вып = 5· D_хов ·10^-3, (3.2.1.2)

D_вып= 5· 103 ·10^-3 = 0,52 кг/с

Решая уравнение теплового баланса, находим расход сетевой воды, необходимый для деаэрации подпиточной воды.

Расход сетевой воды (греющей воды) при наихудших параметрах:

, (3.2.1.3)

кг/с = 331,7 т/ч

Расчет показывает, что при наихудших условиях (максимальном расходе химочищенной воды и минимальной температуре греющей воды) нам потребуется 331,7 т/ч прямой сетевой воды.

На практике для нагрева воды в деаэраторе можно использовать дополнительно следующие потоки:

а) концентрат с расширителей непрерывной продувки котлов (далее - РНП):

D_рнп - количество концентрата с РНП при работе 9 котлов (D_рнп = 1,94 кг/с);

h_рнп - энтальпия воды при давлении в РНП 5 кгс/см² (h_рнп = 636,5 кДж/кг);

б) выпар с деаэраторов 6ата котлов с поперечными связями:

D_п - количества пара с p=6 кгс/см² на вакуумный деаэратор (D_п = 1,4 кг/с);

h_п - энтальпия выпара в деаэраторе при давлении 6 кгс/см² (h_п = 2756,6 кДж/кг);

Составим уравнение теплового баланса вакуумного деаэратора с учетом использования дополнительных потоков в качестве греющих сред концентрата с РНП и выпара с деаэраторов 6 кгс/см² котлов с поперечными связями.

Уравнение теплового баланса вакуумного деаэратора с учетом РНП и выпара p=6 кгс/см²:

(D_хов·h_хов+D_св·h_св+D_рнп·h_рнп+D_п·h_п)·Ƞ_д=(D_хов+D_св+D_рнп+D_п)·h_дв+D_вып·h_вып, (3.2.1.4)

Расход сетевой воды (греющей воды) при наихудших параметрах с учетом использования тепла концентрата РНП и выпара деаэраторов 6 кгс/см²:

(3.2.1.5)

D_св = (103·209,5 + 1,94·209,5 + 1,4·209,5 + 0,52·2592 - 103·156·0,98 -1,94·636,5·

·0,98 -1,4·2756,6·0,98) / (293,3·0,98 - 209,5) = 37,06 кг/с=133,42 т/ч

Таким образом при использовании дополнительно в качестве греющих сред концентрата с непрерывной продувкой котлов и выпара с 6 кгс/см² деаэраторов котлов с поперечными связями мы можем получить экономию равную 331,7 - 133,42 = 198,28 т/ч сетевой воды с температурой 70 ⁰С. Также следует учесть, что при повышении температуры сетевой воды ее количество на нагрев воды в деаэраторе уменьшается по экспоненте. Зависимость расхода греющей воды от температуры греющей воды отображена на рисунке 3.2.1.1.

Рисунок 3.2.1.1 - Зависимость расхода греющей воды от температуры греющей воды при постоянных значениях D_хов=371 т/ч и t_хов=37 ⁰С

Выбор деаэратора подпитки теплосети.

Выбор деаэратора подпитки теплосети производится по расходу химочищенной воды. Согласно D_хов= 371 т/ч принимается к установке вакуумный деаэратор типа ДВ-400 с номинальной производительностью 400 т/ч. Технические характеристики вакуумного деаэратора показаны в таблице 3.2.1.1.

Таблица 3.2.1.1 - Технические характеристики вакуумного деаэратора

Наименование показателя	Деаэратор ДВ-400М

Номинальная производительность, т/ч
Диапазон производительности, %	30÷120
Диапазон производительности, т/ч	120÷480
Рабочее давление избыточное, МПа	0,0016÷0,05
Температура деаэрированной воды, °С	40÷80
Температура теплоносителя, °С	70÷180
Тип охладителя выпара	встроенный
Тип эжектора* (Рвс-0,02 МПа)	ЭВ-220
Тип эжектора* (Рвс-0,006 МПа)	ЭВ-340
Тип эжектора пароструйного	ЭП (с)-2-240

Рисунок 3.2.1.2 - Схема включения вакуумного деаэратора

Выбор типа и конструкции охладителя выпара.

Охладитель выпара предназначен для конденсации пара, содержащегося в парогазовой среде (выпаре), с целью сохранения тепла и конденсата в тепловой схеме объекта.

По типу охладители выпара могут быть поверхностными (трубчатыми) и смешивающими, выносными или встроенными в деаэрационную колонку.

Наиболее рациональными являются кожухотрубные аппараты выносного типа, которые нашли широкое применение в отечественной практике.

Конструкция охладителей выпара для деаэраторов избыточного давления и вакуумных приведена на рисунке 3.2.1.3.

Рисунок 3.2.1.3 - Конструкция охладителей выпара

1- вход охлаждающей воды; 2,3 - сливы конденсата и воды; 4 - отвод газов; 5 - подвод греющего пара; 6 - выход охлаждающей воды

Схема включения охладителя выпара.

Охладитель выпара является обязательным элементом деаэрационной установки. Могут устанавливаться индивидуальные (на каждый деаэратор) или групповые (на группу деаэраторов) охладители выпара.

Для вакуумных деаэраторов и деаэраторов атмосферного давления устанавливаются только индивидуальные охладители выпара.

Для деаэраторов повышенного давления с одной колонкой на деаэраторном баке следует применять индивидуальный выносной охладитель выпара, а при двух колонках на баке, работающих параллельно, один (групповой) охладитель выпара.

Для охладителей выпара вакуумных деаэраторов применяется исходная вода приемлемой температуры.

Конденсат из охладителей выпара деаэраторов всех типов обычно сливается в дренажные баки.

Тепловой и гидравлический расчеты охладителя выпара.

Уравнение теплового баланса охладителя выпара (без учета потери тепла в окружающую среду и при энтальпии выпара, равной энтальпии насыщенного пара):

D_вып·h_вып = G_в· (h₂ – h₁) + G_к ·h_к, (3.2.1.6)

где D_вып - расход выпара, кг/с;

h_вып - энтальпия насыщенного пара, содержащегося в выпаре перед охладителем при давлении в деаэраторе, кДж/кг;

G_в - расход охлаждающей воды, кг/с;

h₂, h₁ - энтальпия воды при выходе из аппарата и входе в него, кДж/кг;

G_к - расход конденсата, кг/с;

h_к - энтальпия конденсата, кДж/кг.

Поскольку относительное содержание воздуха в выпаре незначительно, можно принять:

D_вып≈ G_к, (3.2.1.7)

При отсутствии переохлаждения конденсата пара из выпара расход охлаждающей воды:

, (3.2.1.8)

кг/с

где r = h_вып - h_к – теплота парообразования при давлении в деаэраторе.

Поверхность охладителя выпара трубчатого типа определяется по формуле:

, (3.2.1.9)

м²

где b - коэффициент запаса (b =1,1).

Значение коэффициента b выбирается в зависимости от материала трубок. В случае применения трубок, практически не подверженных коррозионным разрушениям, при определении площади поверхности охлаждения F_ох следует принимать b= 1,1. В остальных случаях, в зависимости от коррозионной стойкости трубок, в том числе и для латуни, b= 1,2 ÷ 1,3.

∆t - среднелогарифмическая разность температур (∆t = 4,63°С);

, (3.2.1.10)

°С

где t₁ и t₂ - температуры охлаждающей воды до и после охладителя выпара, °С;

t_н - температура выпара, принимаемая равной температуре насыщения, соответствующей давлению в деаэраторе, °С.

Коэффициент теплопередачи:

, (3.2.1.11)

=4002 Вт/(м² °С)

где R- термическое сопротивление теплопередачи, вычисляется по формуле:

, (3.2.1.12)

(м² °С)/ Вт

где α_п - коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубки;

(α_п = 6000 Вт/(м² °С));

δ - толщина стенки трубок (δ = 0,002 м);

λ - коэффициент теплопроводности металла трубок (λ = 2065);

α_в - коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к охлаждающей среде (α_в = 12159 Вт/(м² °С)).

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к охлаждающей воде определяется из выражения:

, (3.2.1.13)

Вт/(м² °С)

где z - множитель, зависящий от температуры охлаждающей воды (z =2150);

d - внутренний диаметр трубки (d = 0,014 м);

W_о.в - скорость охлаждающей воды (W_о.в.= 3 м/с).

По результатам вычислений выбираем охладитель выпара ОВВ-24 М. Основные характеристики ОВА-24 М представлены в таблице 3.2.1.2.

Таблица 3.2.1.2 - Технические характеристики охладителя выпара ОВА-24 М

Характеристика ОВВ-24М	Значение

Рабочее давление в трубной части, МПа	0,5
Рабочее давление в корпусе, МПа	0,12
Температура в трубной части, °С	10-80
Температура в корпусе, °С	40-104
Количество ходов в трубной части
Масса, кг

Выбор типа и конструкции газоотводящего аппарата (эжектора).

Газоотводящие аппараты являются важнейшими элементами вакуумных деаэрационных установок, без надежной работы которых невозможно обеспечить глубокую дегазацию воды.

В качестве газоотводящих аппаратов вакуумных деаэраторов могут использоваться паро- и водоструйные эжекторы, а также механические вакуумные насосы.

Водоструйные эжекторы отличаются простотой устройства и эксплуатации. Для их надежной работы требуется обеспечить необходимый расход рабочей воды с давлением не менее 3 кгс/см² и с температурой не более 30°С. Принципиальная схема водоструйного эжектора показана на рисунке 3.2.1.4.

G₁

Рисунок 3.2.1.4 - Принципиальная схема водоструйного эжектора

1 - сопло; 2 - камера смешения; 3 - диффузор; 4 - горловина смешения; 5- смесительный конус.

Водоструйный эжектор состоит из камеры смешения 2, имеющей форму цилиндра (или конфузора), диффузора 3, сопла 1 и предкамеры 5, соединяющей камеру смешения с входными патрубками и соплом.

Водоструйный эжектор работает так: рабочая вода, проходя по соплу с температурой t₁ в количестве G₁, приобретает при выходе из него значительную скорость; давление ее при этом снижается до величины, меньшей, чем в патрубке подмешиваемой смеси. Парогазовая смесь с температурой t₂ в количестве G₂ подсасывается выходящей из сопла струей рабочей воды и смешивается с ней. Скорость смешанного потока воды выравнивается по сечению в камере смешения до температуры t₃ в количестве G₃. В диффузоре вследствие роста сечений скорость смешанного потока падает, а давление растет до более высокого, чем р₂.

Расчет водоструйного эжектора.

Расчет водоструйных эжекторов проводится для определения размеров основных их элементов (рабочего сопла, приемной камеры и камеры смешения), диаметров соединительных трубопроводов, высоты установки аппаратов и размеров бака-газоотделителя.

Исходные данные для расчета.

- Производительность деаэратора, Q=400 т/ч;

- Температура отсасываемых газов, t_г= 60 ⁰С;

- Температура рабочей воды, t=30⁰С;

- Давление рабочей воды на входе в эжектор, Р=3,5 кгс/см.

- Содержание кислорода в деаэрированной воде 0,05 мг/л;

- Содержание воздуха, растворимого в воде при температуре t=60⁰С составляет 16,07 см³/л или 20,8 г/м³.

- Содержание воздуха во всей воде:

G_в= 16,64 кг/ч.

Расчет водоструйного эжектора.

Для содержания кислорода в воде 0,05 мг/л требуется парциальное давление кислорода над деаэрированной водой:

ата, (3.2.1.14)

где 27,8 - растворимость кислорода в воде при температуре 60⁰С, мг/л. Коэффициент весовой растворимости кислорода определяется по таблице 3.2.1.3.

Таблица 3.2.1.3 - Значения k - коэффициентов весовой растворимости кислорода, углекислоты и азота в воде, мг/л.

Температура воды, ºС
k кислорода	69,8	54,4	44,4	37,2	33,0	29,8	27,8	26,2	25,2	24,6
k углекислоты	3 380	2 360						—	—	—
k азота	29,4	23,2	19,3	16,8	14,8	13,6	12,8	12,2	12,0	11,9