Получение насыщенного водяного пара

Насыщенный водяной пар получают в паровых котлах, работающих на твердом, жидком и газообразном топливах.

Рис. 28. Принципиальная схема парового котла

Паровой котел является довольно сложным инженерным сооружением. Его основными элементами являются топка, барабан, нижние коллектора, подъемные и отпускные трубы, которые являются одновременно теплообменной поверхностью. На рис. 28 изображена принципиальная схема парового котла, работающего на газообразном топливе. Здесь в топке сжигается природный газ. Образовавшиеся продукты сгорания соприкасаются с поверхностью теплообмена (подъемными трубками) и передают ей свою тепловую энергию. Барабан котла, в основном, служит для разделения жидкой и паровой фаз, образовавшихся в результате кипения воды в подъемных трубах. Котел имеет контур циркуляции паро-жидкостной системы. В отпускных трубах, вынесенных за пределы топки, воды из барабана котла опускается в нижние коллектора. В подъемных трубах осуществляется подъем смеси и жидкости из коллекторов в барабан. Барабан имеет запорно-регулирующую арматуру, обеспечивающую режим работы котла, подачу пара к потребителю и возврат конденсата от его.

В целях повышения экономичности работы котельная установка снабжается экономайзером и воздухоподогревателем. Экономайзер (теплообменник обычно змеевикового типа) служит для подогрева питательной воды. Воздухоподогреватель предназначен для подогрева воздуха, подаваемого на горение топлива.

Выпускаемые отечественной промышленностью паровые котлы для химических производств имеют следующие параметры: давление получаемого пара 400 – 1000 кПа, производительность по пару 2,5 ÷ 32 т/ч.

На рис. 29 приведена принципиальная схема снабжения потребителей химического производства водяным паром (а) и термодинамический цикл парового котла в диаграммах Т – S и i – S (б).

Работа цикла водяного котла заключается в следующем. Конденсат, поступающий от потребителей водяного пара, и подпиточная вода подаются насосом 3 и 4 в паровой котел. Здесь вода вначале изобарно нагревается до температуры кипения (участок 1 – 2 соответствует нагреванию конденсата, участок 1 – 2 отражает процесс нагревания подпиточной воды), а затем изобарно-изотермически превращается в сухой насыщенный пар. Участок 3 – 4 условно характеризует изоэнтальпийную потерю давления пара при его транспортировке. Процесс 4 – 5 – 1 является изобарным охлаждением (4 – 5) и изобарно-изотермической конденсацией (5 – 1) пара в потребителях тепловой энергии.

а) схема снабжения потребителей химического производства водяным паром 1 – паровой котел; 2 – потребители пара; 3 – питательный насос; 4 – подпиточный насос

б) цикл парового котла в диаграммах Т – S и i – S

Рис. 29. Принципиальная схема снабжения потребителей химического производства водяным паром (а) и цикл парового котла в диаграммах Т – S и i – S (б)

При расчете цикла парового котла обычно бывают известны:

- тепловая нагрузка потребителей пара (в том случае, если она неизвестна, то

ее следует рассчитать), кВт;

- требуемое давление греющего пара, кПа;

- падение давления пара в тракте его транспортировки, кПа;

- количество пара, идущего на технологические нужды, т.е. количество конденсата невозвращаемого от потребителя, кг/с;

- вид топлива, используемого в паровом котле.

В этом случае рекомендуется следующий порядок расчета цикла паровой установки:

1.2.1. Рассчитывают процесс горения топлива в соответствии с изложенным в п. 1.1.

1.2.2. Определение давления пара, получаемого в паровом котле:

Р₁ = Р₂ = Р₃ = Р₄ + ΔР, (8.1)

где Р₄ – давление пара, требуемок потребителю, кПа;ΔР – потери давления в тракте транспортировки пара, кПа.

1.2.3. Находят удельную теплоту, требуемую на получение 1 кг пара из

возвращаемого конденсата:

q_1-2-3 = i₃ – i₁, (8.2)

где i₃ – энтальпия получаемого пара, кДж/кг;

i₁ – энтальпия конденсата, кДж/кг.

1.2.4. Определяют удельную теплоту, требуемую на получение 1 кг пара из

питательной воды:

, (8.3)

где - энтальпия питательной воды, кДж/кг.

1.2.5. Находят расход пара, требуемый на тепловые нужды потребителя:

, (8.4)

где Q – тепловая нагрузка потребителя, кВт.

1.2.6. Рассчитывают производительность котла по пару:

, (8.5)

где - расход пара на технологические нужды, кг/с.

1.2.7. Определяют тепловую нагрузку на паровой котел:

. (8.6)

1.2.8. Находят требуемый расход топлива

, (8.7)

где , - соответственно действительная энтальпия продуктов сгорания топлива и энтальпия продуктов сгорания на выходе из парового котла, кДж/кг топл.