Спосіб охолодження перегрітої пари та пристрій для його здійснення

1 Спосіб охолодження перегрітої пари шляхом и безпосереднього контактування з конденсатом, який відрізняється тим, що конденсат надходить на охолодження самопливом за температури насичення, яка відповідає тискові охолоджуваної пари і контактує з парою у двофазному шарі, а регулювання заданої температури охолодження пари здійснюють зміною КІЛЬКОСТІ перегрітої пари, яка вступає в контакт з конденсатом 2 Пристрій для охолодження перегрітої пари, який складається з камери охолодження, уводу конденсата, уводу перегрітої пари, виводів конденсата і охолодженої пари, який відрізняється тим, що в камері встановлено плосколистові перфоровані елементи, що поділяють внутрішній простір камери на дві частини, сполучені між собою обвідним патрубком, до якого прилаштовано регулюючий орган Винахід належить до способів охолодження перегрітої пари та пристроїв для його здійснення і може знайти застосування в енергетичній та ХІМІЧНІЙ галузях промисловості, а саме, у виробництві кальцинованої соди для охолодження пари перед паровим кальцинатором, на випарних установках одержання хлоридів кальцію та амонію, а також гідроксиду натрію Для інтенсифікації роботи поверхневих теплообмінників за рахунок підвищення окремого коефіцієнта теплопередачі з боку водяної пари, що конденсується, яку використовують для здійснення процесу теплообміну, перегріту пару попередньо охолоджують до температури, близької до температури насичення пари за такого тиску Відомо спосіб охолодження перегрітої пари шляхом знімання перегріву в невеликих діапазонах /до 20°С/ безпосередньо в кожухотрубчастому теплообмінному апараті Відомо пристрій для охолодження перегрітої пари, це - кожухотрубчастий теплообмінний апарат /Див , на приклад, М Н Кичигин, Г Н Костенко "Теплообменные аппараты и выпарные аппараты" ГЭИ М -1955, с 16/ Недоліком відомого способу та пристрою є зниження загального коефіцієнта теплопередачі, збільшення поверхні теплопередачі і можливість локальних перегрівів Відомо також спосіб охолодження перегрітої пари шляхом безпосереднього контактування перегрітої пари з конденсатом або ХІМІЧНО очищеною водою, які впорскують у пару в строго дозованій КІЛЬКОСТІ Пристрій для здійснення цього способу складається з корпуса у вигляді камери зміщування, вузла уводу конденсата /води/, розпилювального пристрою, уводу перегрітої пари, виходів конденсата та охолодженої пари, баків-збірників для зберігання конденсата або ХІМІЧНО очищеної води, насоса високого тиску, запірної та регулюючої арматури, контрольно-вимірювальних приладів та засобів автоматизації /Дав, наприклад, Каталог "Арматура энергетическая" АО Чеховский завод энергетического машиностроения Москва, 1997,/ За технічною суттєвістю та результатом, що досягається, ВІДОМІ способ та пристрій є найбільш близькими до того, що заявляється Недоліком відомого способу та пристрою є складність, пов'язана з організацією примусової і строго дозованої подачі конденсата або води, що потребує установлення насосів, які мають забезпечити тиск, набагато перевищуючий тиск охолоджуваної пари До недоліків також належить додаткова витрата енергії, обумовлена наявністю в схемі охолодження пари насосів високого тиску для подачі о ю ю 55019 конденсата /води/ до вузла впорску, а також великі втрати енергії Теплоти перегрітої пари/, викликані тим, що конденсат або ХІМІЧНО очищена вода, використовувані для охолодження, подаються на всмоктування насоса з температурою, нижчою 100°С, тобто температурою, свідомо більш низькою, ніж температура кипіння води під тиском, який дорівнює тискові охолоджуваної пари, внаслідок цього значная частина теплоти перегрітої пари витрачається на нагрівання охолоджуваної води /конденсату/ до температури, що відповідає температурі кипіння під час тиску охолоджуваної пари В основу винаходу покладено завдання створити спосіб охолодження перегрітої пари та пристроїв для його здійснення, які дають змогу знизити енергетичні затрати і спростити схему реалізації Поставлене завдання вирішується в способі охолодження перегрітої пари шляхом и безпосереднього контактування з конденсатом, згідно з винаходом, конденсат надходить на охолодження самопливом за температури насичення, яка відповідає тискові охолоджуваної пари і контактує з парою в двофазному шарі, а регулювання заданої температури охолодження пари здійснюють зміною КІЛЬКОСТІ перегрітої пари, яка вступає в контакт з конденсатом ВІДМІННИМИ ознаками способу, що заявляється, є - конденсат надходить на охолодження самопливом за температури насичення, яка відповідає тискові охолоджуваної пари, - конденсат контактує з парою в двофазному шарі, - регулювання заданої температури охолодження пари здійснюють зміною КІЛЬКОСТІ перегрітої пари, яка вступає в контактування з конденсатом Виходячи з описаного рівня техніки, випливає, що вказані ВІДМІНИ способу, що заявляється, є новими Вказаний спосіб здійснюють у пристрої для охолодження перегрітої пари, який складається з камери охолодження, уводу конденсата, уводу перегрітої пари, виводів конденсата і охолодженої пари, згідно з винаходом, у камерах охолодження встановлено плосколистові перфоровані елементи, що поділяють внутрішній простір камери на дві частини, сполучені між собою обвідним партубком, до якого прилаштовано регулюючий орган ВІДМІННИМИ ознаками пристрою, що заявляється, є - у камері охолодження встановлено плосколистові перфоровані елементи, що поділяють внутрішній простір камери на дві частини, сполучені між собою обвідним патрубком, - прилаштування до обвідного патрубка регулюючого органу Виходячи з описаного рівня техніки, випливав, що вказані ВІДМІНИ пристрою, що заявляється, є новими На фіг подано схему пристрою, що заявляється, у якому реалізується спосіб, що заявляється Пристрій має камеру охолодження 1, поділену на дві частини плосколистовими перфорованими елементами 2, увід перегрітої пари 3, увід конденсата 4, обвідний партубок 5, до якого прилаштована регулюючий орган 6, вивід охолодженої пари 7, вивід конденсата 8, штуцери для регулятора рівня конденсата 9 Спосіб здійснюється таким чином В камеру охолодження 1 через увід конденсата 4 самопливом надходить увесь конденсат, що утворився у поверхневому теплообміннику /на схемі не показано/, який /конденсат/, рухаючись зверху вниз, зустрічається з потоком перегрітої пари, що надходить до камери охолодження 1 через увід 3 На плосколистових перфорованих елементах 2 відбувається контактування парового та конденсатного потоків, які рухаються в режимі протитечії, при цьому відбувається рух потоку теплоти від пари до конденсата і рух потоку маси від конденсата до пари Враховуючи, що конденсат з поверхневого теплообмінника виходить з температурою, яка відповідає точці конденсації /кипіння/, вся теплота, що відбирається від парового потоку, витрачається на випаровування відповідної КІЛЬКОСТІ конденсата і отримання додаткової КІЛЬКОСТІ пари Оскільки під час прямого контактування конденсата і пари на одному фізичному /на відміну від теоретичного/ контактному елементі не може бути досягнуто рівноваги, то перегріта пара після контактного елемента 2, де охолоджується за рахунок часткового випаровування конденсата, виходить з температурою, що перевищує температуру сухого насичення опари за такого тиску Для можливості регулювання одержуваного ступеня охолодження пари, обвідний патрубок 5 поєднує парові простори камери охолодження до і після контактних елементів 2, що дає змогу охолоджувати не увесь потік перегрітої пари, а лише його частину, а потім зміщувати потоки охолодженої і перегрітої пари для отримання заданої температури охолодження Для забезпечення евакуації конденсата з поверхневого теплообмінника і подачі його до охолоджувача пари на зрошення контактного елемента, апарати встановлюються таким чином, щоб штуцер входу конденсата в охолоджувач пари був розташований нижче від виходу конденсата з поверхневого теплообмінника Для регулювання рівня конденсата теплообмінник має в охолоджувачі пари штуцери 9, підключені до приладу регулювання рівня Спосіб пояснюється такими покладами Приклад 1 Для поверхневого теплообмінного апарата необхідно отримати 42т пари тиском 3,2МПа і температурою 270°С Для цього охолодженню піддягає пара тиском 3,2МПа і температурою 400°С Охолодження здійснюється таким чином На верхній контактний елемент пароохолоджувача самопливом надходить, після поверхневого теплообмінного апарата, 42т конденсата тиском 3,2МПа і температурою 236,35°С Температура конденсації/ Під НИЖНІЙ контактний елемент подається 31,8т перегрітої пари температурою 400°С Як контактні елементи пароохолоджувача для взаємодії конденсата і пари використовували плосколистові перфоровані тарілки з коефіцієнтом 55019 корисної дм 65% кожна Після першого, за проходженням пари, контактного елемента температура перегрітої пари понижується до значення 293,6°С, а після другого - до 256,4°С Температура конденсата, що зрощує контактні елементи за висотою пароохолоджувача, не змінюється, а теплота, що передалась від пари конденсата, витрачається на випаровування за постійної температури /236,35°С/ 6,2т пари тиском 3,2МПа і перегрівання її до температури 256,4°С, яка відповідає температурі загального парового потоку після верхнього контактного елемента Остаточне регулювання заданого ступеня перегрівання охолодженої пари здійснюється подаванням через обвідний патрубок 4,0т свіжої перегрітої пари При зміщуванні трьох потоків пари 31,8т перегрітої пари, охолодженої в контактних елементах, температурою 256,4°С, 6,2т пари, отриманої від випаровування конденсата, тієї ж температури і 4,0т пари температурою 400°С, що надійшла через обвідний патрубок, утворюється необхідна КІЛЬКІСТЬ /42т/ охолодженої пари температурою 270°С Охолоджувач покидає 35,8т конденсата температурою 236,35°С Під час розрахунків опором пароохолоджувача нехтуємо Дія порівняння можна навести значення витрати перегрітої пари для умов наведеного вище прикладу при застосуванні пароохолоджувача за прототипом і використанні для впорскування конденсата температурою 70°С З рішення рівнянь матеріального та теплового балансів находимо витрату перегрітої пари 42000/2903,5-292,8/ = 37370кг/37,37т/, 3224,2-292,8 де 3224,2, 2903,5, 292,8кдж/кг - тепломісткість початкової перегрітої пари, пари після охолодження і конденсата, ВІДПОВІДНО Приклад 2 Для поверхневого теплообмінного апарата необхідно отримати 1т пари тиском 1,5МПа і температурою 210±5°С Для цього охолодженню підлягає пара тиском 1,5МПа і температурою 310°С Охолодження здійснюється таким чином На конденсатний елемент пароохолоджувача само пливом надходить, після поверхневого теплообмінного апарата, 1 т конденсата тиском 1,5МПа і температурою 197,4°С Температура конденсації/ Під контактний елемент подається 0,896т перегрітої пари температурою 310°С Контактним елементом пароохолоджувача для взаємодії конденсата і пари використовували плосколистову перфоровану сегментну тарілку з коефіцієнтом корисної дії 90% Після контактного елемента температура перегрітої пари понижується до значення 208,6°С На контактному елементі температура конденсата не змінюється, а передана від пари конденсату теплота витрачається на випаровування за постійної температури /197,4°С/ 0,104т пари тиском 1,5МПа і перегрівання її до температури 208,6°С, яка відповідає температурі загального потоку пари після контактного елемента У процесі зміщування двох потоків пари 0,896т перегрітої пари, охолодженої в контактному елементі, температурою 208,6°С і 0,104т пари, отриманої від випаровування конденсата тієї ж температури утворюється необхідна КІЛЬКІСТЬ /1,0т/ охолодженої пари температурою 208,6°С Охолоджувач покидає 0,896т конденсата температурою 197,4°С При розрахунках опором пароохолоджувача нехтуємо Для порівняння можна навести значення витрати перегрітої пари для умов поданого вище прикладу щодо застосування пароохолоджувача за прототипом і використання для впорскування конденсата температурою 70°С З рішень матеріального і теплового балансів находимо необхідну витрату перегрітої пари 1000/2823,9-292,8/=916кг/ 3054,7 - 292,8 де 3054,7, 2823,9, 292,8, кдж/кг - тепломісткість початкової пари перегрітої, пари після охолоджувача та конденсата, ВІДПОВІДНО Техніко-економічними перевагами способу та пристрою, що заявляється, у порівнянні з прототипом, є спрощення схеми реалізації способу і зниження енергетичних затрат 55019 9-Е Фіг. Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24