Нагрівання перегрітою водою

В якості гріючого агента перегріта вода використовується за тисків, що досягають критичного [22,1 Мн/м² (225ат)], якому відповідає температура 374°С. Тому за допомогою перегрітої води можливе нагрівання матеріалів до температур, що не перевищують 350°С. Але обігрів перегрітою водою пов‘язаний з використанням високих тисків, що значно ускладнює і збільшує вартість нагрівальної установки та її експлуатації.

Цей метод нагрівання може здійснюватись, як природною циркуляцією проміжного теплоносія, так і вимушеною.

Принципова схема установки з природною циркуляцією рідкого теплоносія показана на рис. 2.9. Рідкий теплоносій (перегріта вода) нагрівається в змійовику 2 печі 1. В результаті зменшення під час нагрівання густини теплоносія він переміщається трубопроводом догори до нагрівного апарата 3. Теплоносій переміщується змійовиком і віддає тепло матеріалу, який знаходиться в теплообміннику 3, що призводить до зменшення температури теплоносія і збільшення його густини, в результаті чого він стікає трубопроводом вниз. Так здійснюється замкнута циркуляція проміжного теплоносія.

Рис. 2.9. Принципова схема установки з природною циркуляцією рідкого теплоносія:

1 – піч; 2 – змійовик; 3 – нагрівальний апарат.

Розрахунок установок з природною конвекцією рідкого проміжного теплоносія здійснюють виходячи з рівняння напору, завдяки якому здійснюється циркуляція з врахуванням гідравлічного опору контуру

(2.8)

а також тепла відданого гріючим агентом за одиницю часу і отриманого теплообмінним апаратом

(2.9)

де h – різниця рівнів робочої частини апарату і змійовика в печі, яка приймається такою, що дорівнює різниці їх середніх перерізів, м; g – прискорення сили тяжіння, м/с²; і - густина гріючого агента у верхній і нижній частині труб, кг/м³ за температур t₁ і t₂ відповідно; G – витрата циркулюючого гріючого агента в гарячій і холодній частині труб, кг/год; І₁ і І₂ – ентальпії гріючого агента в гарячій і холодній частині труб, Дж/кг; t_пр - температура продукту, ⁰С.

З рівняння (2.8) видно, що напір, завдяки якому циркулює рідина, збільшиться із зростанням h і різниці густин рідини. Тому під час нагрівання за схемою з природною циркуляцією теплообмінники розміщують на висоті не меншій ніж 4-5м вище від печі або іншого гріючого апарата. Отже загальна висота повинна бути значною. Однак швидкість рідини в умовах природної конвекції є низькою (0,1м/с), тому кількість переданого тепла буде невеликою.

В установках з природною циркуляцією в якості теплоносіїв використовують або високотемпературні органічні теплоносії або перегріту воду. Максимальна температура нагрівання води дорівнює її критичній температурі 374⁰С за тиску 22,6МПа. Роботу такої установки переважно проводять за режиму, коли теплий контур заповнений переважно парою, а холодний – переважно рідиною. За таких умов, завдяки великій різниці між густинами рідини і пари швидкість циркуляції і теплова продуктивність зростають.

Установки з циркуляцією перегрітої води розраховані на тиск 22.5МПа, для чого необхідна складна апаратура. Простішим і економічнішим є обігрівання високотемпературними теплоносіями, яки дають змогу отримувати високі температури за помірних тисків в системі.

Рис.2.10. Принципова схема установки з вимушеною циркуляцією рідкого проміжного теплоносія:

1 – піч із змійовиком; 2 – тепло ізолюючий апарат; 3 – піднімальний трубопровід; 4 – опускаючий трубопровід; 5 – відцентровий насос.

На рис. 2.10 показана установка з вимушеною циркуляцією рідкого проміжного теплоносія. Для заповнення системи необхідна кількість теплоносія подається насосом 5 з ємності 1, після чого збірник 2 відключається від системи вентилями і під час роботи насоса 5 теплоносій циркулює трубчастим підігрівачем 2, який розміщений в печі і сорочкою теплообмінника 1 віддаючи матеріалу необхідну кількість тепла. Використання вимушеної циркуляції дозволяє значно збільшити швидкість циркуляції (до 2 – 2,5 м/с і більше) і відповідно збільшити інтенсивність теплообміну. Під час обігріву з вимушеною циркуляцією зникає необхідність у підніманні теплообмінного апарату над піччю. Крім цього, одна піч може обслуговувати одночасно декілька апаратів. Однак використання насоса збільшує вартість установки і її експлуатації.