Материал: Теплообменное оборудование предприятий
Универсальной конструкции теплообменного аппарата, обеспечивающей эффективную интенсификацию теплообмена во всём многообразии задач, не существует. В каждом конкретном случае выбор или разработка конструкции аппарата должна определяться соотношением теплопроизводительности и энергозатрат, условиями эксплуатации и технологией изготовления.
Одним из путей повышения эффективности использования теплоты является реализация тепловых схем с промежуточным теплоносителем, который выступает одновременно и в качестве нагреваемой среды (воспринимает теплоту от горячей среды) и в качестве греющей (отдаёт теплоту холодной среде).
Особое место занимают вопросы утилизации низкопотенциальной теплоты (до 50 °С) жидких и газообразных отходов технологического производства. Решение этих задач традиционными способами экономически нецелесообразно. В этом случае перспективными представляются теплопередающие устройства на базе тепловых труб, которые позволяют при незначительных температурных напорах многократно увеличить тепловую мощность.
Эти вопросы представляют собой самостоятельные специальные направления в развитии теплоэнергетики и в данном учебном пособии не рассматриваются.
Выводы
В разделе 1 представлена классификация теплообменного оборудования в зависимости от назначения, способа передачи тепла, направления и характера движения рабочих сред, характера температурного режима, температурного уровня и др. Кроме того приведён перечень основных теплоносителей и их физические свойства, рекомендуемые скорости теплоносителей, этапы расчёта теплообменных аппаратов и методы оценки энергетической эффективности поверхностей теплообмена.
Вопросы для самоконтроля
1.Чем отличаются рекуперативные теплообменники от регенеративных.
2.Каковы преимущества противоточной схемы движения теплоносителей по сравнению с прямоточной.
3.Перечислите основные физические свойства теплоносителей.
26
4.Какими свойствами должен обладать идеальный теплоноситель?
5.Какое оптимальное соотношение скоростей теплоносителей соответствует максимальному значению энергетического коэффициента?
6.Какова цель теплового расчёта теплообменника?
7.В каких случаях температурный напор рассчитывается как среднеарифметический?
8.Какова цель гидродинамического расчёта теплообменника?
9.От чего зависят потери напора на сопротивление трению и на местные сопротивления?
10.Перечислите способы повышения тепловой эффективности теплообменных установок.
27
ГЛАВА 2. РЕКУПЕРАТИВНЫЕ ПАРОЖИДКОСТНЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
2.1. Области применения
В парожидкостных аппаратах греющей средой является пар, нагреваемой – жидкость. Они широко применяются на тепловых электрических станциях и отопительных котельных в качестве подогревателей питательной воды котлов, конденсаторов, сетевых подогревателей воды в системах отопления и горячего водоснабжения, для подогрева жидкого топлива. Используются в химической, пищевой, целлю- лозно–бумажной и других отраслях промышленности для подогрева различных жидкостей и растворов в теплотехнологических процессах производства.
На рис. 2.1 приведена принципиальная схема установки подогревателей питательной воды котлоагрегата, работающего в блоке с конденсационной паровой турбиной:
Рис. 2.1. Схема установки регенеративных подогревателей на ТЭЦ с конденсационной турбиной.
1 – паровой котёл; 2 – паровая турбина; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатор паровой турбины; 5 – конденсатный насос; 6 – питательный насос; 7 – ПНД; 8 – ПВД ; 9 – деаэратор; 10 – подогреватель сетевой воды; 11 – промышленный отбор пара; 12 – водоподготовительная установка
Регенеративными подогреватели называются не по способу передачи теплоты, а по использованию отработавшего пара в схеме ТЭЦ. Подогрев конденсата и основного потока питательной воды
28
паром, частично отработавшим в паровой турбине и отбираемым из промежуточных ступеней (регенеративных отборов), снижает расход топлива на выработку 1 кг пара и повышает общую экономичность станции.
На небольших паротурбинных станциях регенеративная система подогрева питательной воды состоит из 1–2 ступеней, а на крупных современных станциях из 7–8 ступеней. Обычно регенеративные подогреватели устанавливаются между конденсатором и питательным насосом, а также между питательным насосом и паровым котлом. В первом случае подогреватели работают под напором конденсатного насоса и называются подогревателями низкого давления (давление воды не превышает 16 бар). Во втором случае подогреватели работают под напором питательного насоса и называются подогревателями среднего (до 60 бар) или высокого давления (свыше 60 бар).
Конденсационная установка предназначена для создания за паровой турбиной разрежения (вакуума) вследствие резкого уменьшения объёма отработавшего пара при его конденсации. Это позволяет увеличить используемый теплоперепад и повышает термический КПД паротурбинной установки. Обычно в стационарных установках применяются водяные конденсаторы поверхностного типа, позволяющие получать чистый конденсат для питания котлов.
Для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения на ТЭЦ и паровых котельных используют сетевые подогреватели (бойлеры). Сетевые подогреватели устанавливают на линии охлаждённой (обратной) воды, находящейся под напором сетевых насосов. Нагретая в подогревателях до расчётных значений вода подаётся в прямую линию тепловой сети для обеспечения нужд потребителей. Давление пара, подаваемого на сетевые подогреватели, обычно составляет 0,5 –
2,5 кг/см2. Пар может поступать из теплофикационных отборов турбины или редукционно-охладительной установки (РОУ). Обычно сетевые подогреватели изготавливаются кожухотрубчатыми в вертикальном или горизонтальном исполнении.
В различных отраслях промышленности для обеспечения технологических процессов производства широко применяются парожидкостные аппараты общего назначения. В качестве поверхности теплообмена используются стальные или латунные трубки. Аппараты выполняются жёсткой конструкции, в которых трубные доски крепятся к корпусу аппарата, и не жёсткой конструкции, в которой одна из трубных досок не связана с корпусом аппарата или заменена гибкой трубной системой.
29
Большую группу аппаратов составляют теплообменники, в которых реализуется процесс передачи теплоты при кипении различных жидкостей с получением вторичного пара. Такими аппаратами являются выпарные установки, испарители, расширители непрерывной и периодической продувки и т.п. Вопросы, связанные с проектированием и методикой расчёта этой группы теплообменных аппаратов, имеют свои особенности, носят самостоятельный характер и в данном учебном пособии не рассматриваются.
2.2. Конструкции
На рис. 2.2 в качестве примера приведена конструкция парожидкостного двухходового аппарата жёсткого типа с прямыми стальными или латунными трубками.
Рис. 2.2. Двухходовой аппарат жёсткой конструкции
1 – патрубок для входа пара;
2 – направляющие перегородки; 3, 6 – патрубки для входа и выхода
воды; 4,8 – верхняя и нижняя водяные камеры; 5 – разделительная перегородка; 7 – трубные доски; 9 – патрубок для отвода конденсата
Греющий пар через патрубок 1 поступает в межтрубное пространство, где установлены направляющие перегородки 2, и, конденсируясь, отдаёт свою теплоту через стенки труб жидкости. Конденсат стекает по наружным стенкам трубок и через патрубок 9 удаляется из аппарата. Нагреваемая жидкость через патрубок 3 поступает в верхнюю камеру 4, проходит внутри трубок в нижнюю камеру 8, поднимается по второй половине трубного пучка и через патрубок 6 выходит из аппарата.
Число ходов по стороне жидкости может быть 1, 2, 4, 6. Для обеспечения многократного движения жидкости в камерах устанавливают разделительные перегородки 5.
Схемы установки перегородок представлены на рис. 2.3.
30