Рабочая температура
Важно, чтобы вода в питательном резервуаре поддерживалась при достаточно высокой температуре, чтобы свести к минимуму содержание растворенного кислорода и других газов. Корреляцию между температурой воды и содержанием кислорода в питательном резервуаре можно увидеть на рис. 1 (Диаграмма зависимости количества растворенного кислорода от температуры воды).
Если используется большая доля подпиточной воды, нагрев питательной воды может существенно снизить количество необходимых химических веществ для удаления кислорода.
Пример №1. Экономия затрат, связанная с уменьшением содержания растворенного кислорода в питательной воде путем нагрева.
Основа для расчета:
– Стандартная норма дозирования сульфита натрия составляет 8 мг/литр на 1 мг/литр растворенного кислорода.
– Обычно для поддержания резерва в котле добавляют дополнительно 4 мг/литр.
– Сульфит натрия, катализируемый жидкостью, содержит 30% сульфита натрия.
Исходные данные для расчета (пример):
Максимальная производительность котельной установки = 10 000 килограмм / час
Возврат конденсата = 60%
Объём подпиточной воды = 10 000 * (100% - 60%) / 100% = 4 000 килограмм / час (игнорируя продувку)
Количество часов работы котельной установки = 6 000 часов / год
Расчет № 1:
Температура воды в питательном баке (деаэраторе) = 60 °C
Из диаграммы зависимости содержания кислорода при температуре 60 °C в воде = 4,8 мг/литр
Требуемое количество сульфита натрия для удаления кислорода = (4,8 х 8) + 4 = 42,4 мг/литр
Требуемое количество раствора сульфита натрия (30% концентрация) для удаления кислорода = 42,4 мг/литр * 100 / 30% = 141 мг/литр для подпиточной воды
Годовое потребление сульфита натрия = 4 000 килограмм/час * 6 000 часов/год * 141 мг/литр / 1 000 000 мг/ в 1 литре = 3 384 литров/год
Годовые затраты на обработку воды сульфитом натрия = 3 384 литров/год * 75 рублей/литр = 253 800 рублей
Расчет № 2:
Температура воды в питательном баке (деаэраторе) = 85 °C
Из диаграммы зависимости содержания кислорода при температуре 85 °C в воде = 2,3 мг/литр
Требуемое количество сульфита натрия для удаления кислорода = (2,3 х 8) + 4 = 22,4 мг/литр
Требуемое количество раствора сульфита натрия (30% концентрация) для удаления кислорода = 22,4 мг/литр * 100 / 30% = 74,7 мг/литр для подпиточной воды
Годовое потребление сульфита натрия = 4 000 килограмм/час * 6 000 часов/год * 74,7 мг/литр / 1 000 000 мг/ в 1 литре = 1 792 литров/год
Годовые затраты на обработку воды сульфитом натрия = 1 792 литров/год * 75 рублей/литр = 134 400 рублей
Итого ежегодная экономия затрат:
Разница между двумя полученными результатами:
Ежегодная экономия средств = 253 800 - 134 400 рублей = 119 400 рублей
В процентом соотношении = 53%
Очевидно, что нагрев питательного резервуара требует затрат, но поскольку температура воды внутри котла будет увеличена, это не дополнительная энергия на подогрев, а та же энергия, которая используется в другой точке. Единственная реальная потеря - это дополнительные потери тепла от самого питательного резервуара. При условии, что питающий резервуар должным образом изолирован, эти теплопотери незначительны. Важной дополнительной экономией является уменьшение количества сульфита натрия, добавляемого в питательную воду котла. Это уменьшит объем необходимой продувки, и компенсирует небольшие дополнительные потери тепла из питающего бака котла.
а) Во избежание повреждения самого котла.
Котел подвергается тепловому удару, когда холодная вода попадает на горячие поверхности стенки котла и его труб. Более горячая питательная вода означает меньшую разницу температур и меньший риск теплового удара.
б) Для поддержания проектной производительности.
Чем ниже температура питательной воды в котле, тем больше тепла требуется в котле для производства пара. Важно поддерживать температуру питательного резервуара как можно выше, чтобы поддерживать требуемую мощность котла.
Кавитация питательного насоса котла
Очень высокие показатели возврата конденсата (обычно более 80%) могут привести к чрезмерной температуре питательной воды и кавитации в питательном насосе. Если вода, близкая к температуре кипения, попадает в насос, она может испариться в зоне низкого давления в ушке рабочего колеса насоса. Если это происходит, то при падении давления ниже уровня водяного пара образуются пузырьки пара. Когда давление снова повышается, эти пузырьки разрушаются, и вода течет в образовавшуюся полость с очень высокой скоростью.
Это явление известно как "кавитация"; оно вызывает шум и может серьезно повредить насос.
Чтобы избежать этой проблемы, важно обеспечить насос максимально возможным положительным напором всасывания (H), чтобы статическое давление было как можно выше. Этому в значительной степени способствует расположение питательного бака как можно выше над котлом и увеличенный диаметр всасывающего трубопровода к питательному насосу (рис. 2).
Конструкция питательного резервуара
Материалы изготовления питательного резервуара:
1. Чугун. Чугунные резервуары обычно собираются из прямоугольных секций: проблемы часто возникают из-за протечек в местах соединения секций, и они подвержены коррозии.
2. Углеродистая сталь. Вероятно, самый распространенный используемый материал для изготовления питательного бака. Без покрытия, это относительно недорогой материал, но он чрезвычайно подвержен коррозии. Этот недостаток можно устранить, нанеся на поверхность подходящие покрытия, но стоимость этого может быть больше, чем стоимость резервуара, тем более, что покрытие также будет нуждаться в регулярном обслуживании.
3. Пластик. Этот материал обычно не подходит для питательных резервуаров из-за высокой стоимости материалов, способных выдерживать относительно высокие температуры. Тем не менее, пластик является подходящим материалом для резервуара для холодной подпиточной воды.
Объём питательного резервуара.
Питающий резервуар обеспечивает запас воды на случай прекращения подачи подпиточной воды. Принято проектировать питательный бак достаточной емкости, чтобы обеспечить один час производства пара при максимальном испарении в котле. Для более крупных установок это может быть непрактично, и альтернативой может быть меньший объем питательного резервуара с дополнительной емкостью холодной очищенной воды. Он также должен иметь достаточную емкость, превышающую его нормальный рабочий уровень, чтобы выдержать любые скачки скорости возврата конденсата.При запуске может возникнуть высокая скорость возврата конденсата, когда конденсат, находящийся в установке и трубопроводах, внезапно возвращается в резервуар, где он может быть потерян для слива через перелив. В этом случае может быть целесообразно проверить систему возврата конденсата, чтобы контролировать скорость возврата и избежать потерь.
Следующие примечания могут быть полезны при проектировании питательного резервуара:
– Усиление жесткости. Резервуар должен быть полностью сварен, и очень важно использовать соответствующее усиление жесткости для укрепления стенок и верха резервуара и обеспечения надлежащей поддержки основания. Несоблюдение этого требования приведет к чрезмерному изгибу и преждевременному выходу из строя.
– Соединения трубопроводов. Все фланцевые соединения трубопроводов должны иметь зазор не менее 150 мм для облегчения изоляции. Все резьбовые соединения должны выступать не менее чем на 20 мм.
– Подъемные наконечники. Для обеспечения безопасной и простой установки необходимо установить подъемные наконечники.
Трубопровод питательного резервуара
При образовании пара вода в котле испаряется и заменяется закачкой питательной воды в котел. По мере прохождения пара по системе он расходуется на различные цели и снова превращается в конденсат, который, по сути, является горячей водой очень хорошего качества.
Если не существует вероятности некоторого загрязнения (из-за технологического процесса), этот конденсат идеально подходит для питательной воды для котлов. Поэтому имеет экономический смысл возвращать как можно больше воды для повторного использования. Но вернуть весь конденсат практически невозможно; некоторое количество пара может быть использовано непосредственно в процесс для таких применений, как увлажнение и впрыск пара, и обычно происходят потери воды из самого котла, например, при продувке. Поэтому в систему необходимо вводить подпиточную (химически обработанную) воду для поддержания правильного рабочего уровня.
Возврат конденсата представляет собой огромный потенциал для экономии энергии в котельной. Конденсат имеет высокое теплосодержание, и при каждом повышении температуры в питательном резервуаре на 6°C требуется примерно на 1% меньше топлива.
На рисунке 5(а) показано образование пара при давлении 10 бар g, когда в котел подается холодная питательная вода с температурой 10°C. Часть в нижней части диаграммы представляет энтальпию (42 кДж/кг), доступную для питательной воды. Для достижения температуры насыщения в 10 бар к воде в котле необходимо добавить еще 740 кДж/кг тепловой энергии.
На рисунке 5(b) снова показано образование пара при давлении 10 бар, но на этот раз в котел подается питательная вода, нагретая до 70°C, за счет возврата большего количества конденсата.
Повышенная энтальпия, содержащаяся в питательной воде, означает, что котлу теперь нужно добавить только 489 кДж / кг тепловой энергии, чтобы довести ее до температуры насыщения при 10 бар. Это обеспечивает экономию энергии на 9,2%, необходимую для получения пара при том же давлении.
Возвращаемый конденсат представляет собой практически чистую воду, что позволяет экономить не только на расходах на воду, но и на химикатах для очистки воды, что снижает потери, связанные с продувкой.
