Что такое подогреватель в котле | Асвини Пало | Середина

Температура пара является одним из самых сложных контуров регулирования в котлах электростанций, потому что он очень нелинейный и имеет большое время простоя и временной лаг. Кроме того, на температуру пара влияет нагрузка котла, скорость изменения нагрузки котла, расход воздуха, комбинация работающих горелок и количество сажи на трубах котла.

После отделения от котловой воды в барабане происходит перегрев пара для повышения теплового КПД котлотурбинной установки. Современные котлы повышают температуру пара примерно до 1000F (538C), что приближается к точке ползучести (медленной деформации) стали, из которой изготовлены трубы пароперегревателя. Температура пара выше этого уровня, даже в течение коротких периодов времени, может сократить срок службы котла. Поддержание постоянной температуры пара также важно для минимизации тепловых нагрузок на котел и турбину.

Температура пара обычно регулируется путем распыления воды в пар между пароперегревателем первой и второй ступени для его охлаждения. Впрыск воды осуществляется в устройстве, называемом пароохладителем или пароохладителем. Вода для распыления поступает либо из промежуточной ступени насоса питательной воды котла (для распыления пароперегревателя), либо из нагнетания насоса (для распыления пароперегревателя). Другие методы контроля температуры пара включают рециркуляцию дымовых газов, перепуск дымовых газов и изменение угла, под которым горелки зажигают топку. Это обсуждение будет сосредоточено на контроле температуры пара посредством охлаждения. Обсуждаемые здесь конструкции будут применяться к подогревателю и пароперегревателю, но для простоты будет упомянут только пароперегреватель.

БАЗОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Простейший метод контроля температуры пара заключается в измерении температуры пара в точке его выхода из котла и изменении положения клапана оросительной воды для корректировки отклонений от заданного значения температуры пара (рис. 1). Этот контур управления должен быть настроен на максимально быстрое реагирование без перерегулирования, но даже в этом случае контур будет реагировать относительно медленно из-за длительного простоя и временной задержки пароперегревателя.

Рис. 1. Простой контроль температуры пара

КАСКАДНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПАРА

Из-за медленной реакции основного контура регулирования температуры пара улучшенное подавление возмущений может быть достигнуто за счет реализации вторичного (внутреннего) контура регулирования пароохладителя. Этот контур измеряет температуру на выходе из пароохладителя и управляет положением регулирующего клапана, чтобы привести температуру на выходе из пароохладителя в соответствие с заданным значением, поступающим от главного регулятора температуры пара (рис. 2). Такая схема называется каскадным управлением.

Рисунок 2. Каскадные регуляторы температуры пара

Опрыскивающая вода поступает перед регулирующими клапанами питательной воды, и изменения положения регулирующего клапана питательной воды вызовут изменения давления оросительной воды и, следовательно, нарушат скорость потока оросительной воды. Когда это произойдет, контур регулирования температуры на выходе из пароохладителя обеспечит постепенное восстановление. Если измеряется скорость потока спрей-воды к охладителю, контур управления потоком может быть реализован в виде третичного внутреннего контура, чтобы обеспечить очень быстрое подавление возмущений. Однако во многих случаях расход спрей-воды не измеряется на отдельных кондиционерах, и такой контур потока не может быть реализован.

Читайте также:
25 лучших зимних закусок - безумно хороши

ПОЛУЧИТЬ ПЛАНИРОВАНИЕ

Технологическое время простоя пароперегревателя увеличивается с уменьшением нагрузки котла из-за более низкой скорости потока пара при более низких нагрузках. Это окажет негативное влияние на стабильность основного контура регулирования температуры пара, если не будет реализовано планирование усиления. Ступенчатые тесты необходимо проводить при низкой, средней и высокой нагрузке котла, а оптимальные настройки контроллера рассчитываются для каждого уровня нагрузки. Должен быть реализован планировщик усиления для настройки параметров контроллера в соответствии с единичной нагрузкой. Из-за изменения мертвого времени и запаздывания пароперегревателя в дополнение к коэффициенту усиления контроллера необходимо запланировать интегральное и дифференциальное время.

Коэффициент усиления контура температуры на выходе из пароохладителя будет сильно зависеть от расхода пара. Изменения расхода пара повлияют на степень охлаждения, получаемую при заданном расходе распыляемой воды. Меньшее охлаждение будет происходить при высоких расходах пара. Кроме того, при высоких нагрузках перепад давления между нагнетанием насоса питательной воды и давлением пара будет ниже, что приведет к уменьшению расхода струи для заданного положения клапана форсунки (при условии отсутствия контура управления потоком струи пароохладителя). Чтобы компенсировать это нелинейное поведение, планирование коэффициента усиления контроллера также должно быть реализовано в контуре температуры на выходе пароохладителя. На рис. 3 показана базовая конструкция планировщика коэффициента усиления регулятора температуры пара (каскадный регулятор не показан для ясности). Аналогично настройке основного контура регулирования температуры пара, необходимо провести пошаговые испытания при низкой, средней и высокой нагрузке котла для разработки планировщика коэффициента усиления.

Рисунок 3. Планирование коэффициента усиления регулятора температуры пара

ПРЕДПРЯМОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Во время изменения нагрузки котла в режиме следования за турбиной сначала изменяется расход топлива, а через некоторое время изменяется расход пара. При отставании роста расхода пара от расхода топлива дополнительное тепло в топке может привести к большим отклонениям температуры пара. Чтобы компенсировать это, можно реализовать упреждающий управляющий сигнал от главного котла к регулятору температуры пара.

Упреждающая связь может использовать скорость изменения расхода топлива или одно из нескольких других производных измерений для смещения выходного сигнала регулятора температуры пара. По существу, когда нагрузка на котел увеличивается, скорость потока распыляемой воды будет увеличиваться, чтобы противодействовать избыточному теплу, передаваемому пару, и наоборот. Упреждение можно откалибровать путем измерения степени отклонения температуры пара во время изменения нагрузки.

Читайте также:
Какой свет лучше всего подходит для многоквартирного дома? | Любая лампа

Будьте на связи!
Жак Смэтс – автор книги «Управление процессами для практиков».

Что такое подогреватель в котле

Что такое подогреватель на котле? — Подогреватель — часть котла, предназначенная для догрева пара, выходящего из первой ступени паровой турбины. Повторно нагретый пар снова будет поглощать тепловую энергию котла для использования в паровой турбине следующего уровня. Подогреватель — это один из способов повысить тепловую эффективность цикла Ренкина. Посетите следующую статью, чтобы узнать, как повысить тепловую эффективность цикла Ренкина.

Рассмотрим следующую Ts-диаграмму Ренкина.

Приведенная выше диаграмма Ts представляет собой идеальную стандартизированную диаграмму цикла Ренкина без использования концепции подогревателя. Перегретый пар, вырабатываемый котлом, только один раз проходит через лопатки турбины и заканчивается процессом конденсации в конденсаторе. Далее давайте сравним его с циклом Ренкина с системой подогрева.

Цикл Ренкина, оснащенный подогревателем, будет иметь как минимум два уровня паровой турбины: турбину высокого давления и турбину низкого давления. Выходной пар паровой турбины высокого давления, широко известный как холодный промежуточный пар, имеет более низкое давление и температуру основного пара перед входом в турбину. Хотя давление холодного повторного нагрева значительно падает, оно еще не достигло точки насыщения. Итак, если этот пар снова нагреть, он вернется в перегретый пар. Поэтому холодный промежуточный пар, выходящий из турбины высокого давления, будет повторно нагреваться в котле.

Современные котлы оснащены трубами подогревателя, специально сконструированными таким образом, чтобы повторно нагретый пар поглощал тепло так же, как и основной пар. Повторно нагретый пар, также называемый горячим паром повторного нагрева, достигает той же температуры, что и пар основного пара. Для этого трубы перегревателя будут располагаться недалеко от конечных труб пароперегревателя. Более конкретно, давайте обратимся к следующей схеме сверхкритического котла.

На приведенной выше схеме котла трубы подогревателя разделены на две ступени нагрева. Сначала холодный промежуточный пар проходит по трубам низкотемпературного промежуточного подогревателя, которые на схеме показаны под названием «LTRH». Кроме того, выходной пар LTRH поступает в трубы, называемые конечным подогревателем. Пар, производимый конечным подогревателем, называется горячим паром повторного нагрева. Затем горячий промежуточный пар поступает в паровую турбину низкого давления, где содержащаяся в нем тепловая энергия преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины.

Теоретически добавление использования одноступенчатого подогревателя повысит тепловую эффективность цикла Ренкина на 3–4 %, добавление двух ступеней подогревателя повышает эффективность на 1.5–2 %, добавление трехступенчатого подогревателя увеличивает КПД на 0.75–1% и т.д. Обычно в современных котлах используется только одно- или двухступенчатый подогреватель..

Принцип работы пароперегревателя

Принцип работы пароперегревателя — Пароперегреватель — это компонент подкритического котла, который нагревает насыщенный пар при постоянном давлении, превращая его в перегретый пар. Технология пароперегревателя использовалась с момента использования паровых двигателей в начале 20 века. Основная цель состоит в том, чтобы увеличить тепловую энергию, содержащуюся в паре, чтобы повысить тепловой КПД двигателя. До сих пор использование пароперегревателя все еще очень
популярны, особенно в крупных водотрубных котлоагрегатах ПЭС.

Читайте также:
Как сделать раствор щелочи для мыловарения

На приведенном выше изображении упрощенно изображен водотрубный котел подкритического давления. Этот водотрубный котел состоит из двух резервуаров для воды в нижней и верхней части. Оба резервуара соединены трубами, известными нам как стояки. Тепло от сгорания сначала пройдет через стояк, нагревая воду внутри трубы. Затем вода достигает точки насыщения и превращает фазу в насыщенный пар.

Насыщенный пар все еще смешивается с жидкой водой, поэтому необходим механизм для разделения насыщенного пара с водой. Это функция верхнего бокового бака. Этот резервуар широко известен как паровой барабан. Жидкая вода останется в паровом барабане и будет циркулировать по стояку. При этом насыщенный пар будет выходить из парового барабана и направляться в трубы пароперегревателя. Подвесной пароперегреватель будет поглощать тепло за счет конвекции и излучения дымовых газов сгорания до тех пор, пока насыщенный пар не высохнет и не станет перегретым паром. Перегретый пар имеет большую теплоемкость, чем насыщенный пар.

Выше представлена ​​гораздо более сложная и современная схема подкритического котла. Этот котел очень популярен в паровых электростанциях. Концепция мало чем отличается от предыдущего принципа подкритического котла. Компоненты пароперегревателя в современных подкритических котлах выполнены в несколько уровней для удовлетворения потребностей в качестве и количестве производимого перегретого пара. На схеме пароперегреватель показан красными трубками.

Камера сгорания докритического котла состоит из вертикальных подъемных труб, по которым вода циркулирует из парового барабана и в него. В современных подкритических котлах в качестве парового барабана используется только один водяной бак на верхней стороне котла. Вода в напорной трубе будет поглощать тепло непосредственно в процессе горения. Вода из подъемной трубы возвращается в паровой барабан и разделяется на фазу насыщенного пара и жидкую воду. Жидкая вода будет рециркулировать через стояк, а насыщенный пар будет выходить в трубу пароперегревателя первой ступени (первичный пароперегреватель). Первичный пароперегреватель также широко известен как низкотемпературный пароперегреватель (LTSH). Трубы LTSH традиционно поглощают тепло от выхлопных газов сгорания.

Из LTSH пар последовательно проходит вторичный пароперегреватель.
Платформа, промежуточный вторичный пароперегреватель и последний вторичный пароперегреватель.
Перегреватель. Этот пар, производимый конечным вторичным пароперегревателем, называется перегретым паром или сухим паром. Одна фаза воды, фактически газовая фаза. Он совсем не содержит влаги и хранит очень большую тепловую энергию, намного большую, чем насыщенный пар.

Читайте также:
Набор из 12 роз оригами синих оттенков тантовой бумаги для.

Котел пароперегревателя

Котел пароперегревателя производит перегретый или сухой водяной пар. Этот пар запасает больше тепловой энергии, чем насыщенный водяной пар, характеризующийся более высокими значениями энтальпии. Пар, производимый обычными котлами, обычно достигает только насыщенной фазы, но в этом пароперегревательном котле насыщенный пар будет нагреваться дальше, чтобы достичь перегретой фазы. Помимо накопления большей тепловой энергии, пароперегреватель котла устраняет сырость насыщенного пара.

Основным преимуществом использования пароперегревательного котла является повышение эффективности котла, что позволяет снизить потребление топлива и воды. Но с другой стороны, требуются дополнительные затраты на монтаж и обслуживание. Поскольку котел пароперегревателя работает при высоком давлении и
температура, он использует трубы более высокого качества, чем обычные котлы.

Пароперегревательный котел в начале своего появления используется на паровозах. А затем более широко использовались для нужд паровых электростанций.
Размер также зависит от потребности потребления пара, 640 МВт электростанции, например, с использованием пароперегревательного котла с паропроизводительностью около 1800 тонн в час.

Сверхкритические котлы

Сверхкритические котлы производят сверхкритический пар. Этот котел называется сверхкритическим, потому что он работает выше критического давления и температуры,
что составляет 3,200 фунтов на квадратный дюйм и 647 градусов Кельвина. В отличие от пароперегревательного котла, который
требуется устройство для разделения водяного пара смесью пара и воды
(обычно называется паровым барабаном), сверхкритическим котлам он не нужен. В процессе образования сверхкритического пара не будет фазы перехода от жидкой воды к пару. Это приводит к меньшему расходу топлива и дальнейшему сокращению выбросов CO2. Собственно, термин котел неуместно использовать в сверхкритических котлах, потому что в нем не происходит процесс кипения. Так что сверхкритический котел больше известен как сверхкритический парогенератор.

Что такое Бойлер?

Бойлер или также известный как парогенератор представляет собой закрытый сосуд, в котором содержится вода для нагрева. Затем тепловая энергия водяного пара котла используется для различных целей, например, для паровых турбин, комнатных обогревателей, паровых двигателей и т. д. С точки зрения процесса преобразования энергии котел имеет функцию преобразования химической энергии, хранящейся в топливе, в тепловую энергию.
переходит в рабочую жидкость.

В котлах под давлением обычно используются стальные материалы с определенными характеристиками, указанными в стандарте ASME, в первую очередь для использования котлов в крупных отраслях промышленности. В письменной истории в качестве материалов для котлов использовались различные типы материалов, такие как медь, латунь и чугун. Однако от этих материалов уже давно отказались по экономическим причинам, а также из-за устойчивости материала, которая не соответствует потребностям промышленности.

Читайте также:
Мосты из предварительно напряженного бетона - Исторические мосты - MnDOT

Тепло, отдаваемое жидкости в котле, происходит от процесса сгорания различных видов топлива, таких как дрова, уголь, дизельное топливо, нефть,
и газ. С развитием технологий атомная энергия также используется в качестве источника тепла в котле.

Вот несколько примеров типов котлов:

1. «Котел» или «Котел Хейкока»

Это самый простой котел в истории. Его стали внедрять в
18 века, используя большие объемы воды, но может производить только при низком давлении.
Этот котел использует в качестве топлива дрова или уголь. Этот тип котла служит недолго, потому что его КПД очень низкий.

2. Жаротрубный котел

В последующих разработках идет конструкция жаротрубного котла. Этот котел состоит из 2 основных частей: трубы/трубы и бочки. Со стороны бочки находится вода, а со стороны трубы – место горения.

Жаротрубные котлы обычно имеют низкую скорость производства пара, но имеют больший резервуар водяного пара.

3. Водотрубный котел

Так же, как и жаротрубный котел, водотрубный котел также состоит из двух основных частей – трубы и бочки. Но сторона трубы заполняется водой, а сторона бочки становится местом процесса горения. Этот тип котла имеет высокую скорость производства водяного пара, но не имеет большого запаса водяного пара.

4. Комбинация жаротрубного и водотрубного котла.

Этот тип котла представляет собой комбинацию жаротрубного котла с
водопроводная труба. Топка в нем содержит трубы, заполненные водой, образующийся водяной пар поступает в бочку с топкой внутри. Этот тип котла использовался в качестве двигателя локомотива, но не очень популярен в истории.

Принципы паровой техники и теплопередача

Объяснение свойств и использования перегретого пара (например, для производства электроэнергии). Включая объяснения термодинамических циклов Ренкина и Карно, таблицы перегретого пара и диаграмму Молье (HS).

Если насыщенный пар, образующийся в котле, подвергается воздействию поверхности с более высокой температурой, его температура повысится выше температуры испарения.
Тогда пар описывается как перегретый на число температурных градусов, на которое он был нагрет выше температуры насыщения.

Перегрев не может быть сообщен пару, пока он все еще находится в присутствии воды, так как любое дополнительное тепло просто испаряет больше воды. Насыщенный пар необходимо пропускать через дополнительный теплообменник. Это может быть вторая ступень теплообмена в котле или отдельный пароперегреватель. Первичным теплоносителем может быть либо горячий дымовой газ из котла, либо он может сжигаться отдельно.

Перегретый пар находит применение, например, в турбинах, где пар направляется соплами на ротор. Это приводит к вращению ротора. Энергия для этого могла исходить только от пара, поэтому логически пар имеет меньше энергии после того, как он прошел через ротор турбины. Если бы пар был при температуре насыщения, эта потеря энергии привела бы к конденсации некоторого количества пара.

Читайте также:
Как установить жалюзи (сделай сам)

Турбины имеют несколько ступеней; отработанный пар из первого ротора будет направлен на второй ротор на том же валу. Это означает, что насыщенный пар будет становиться все более и более влажным по мере прохождения последовательных стадий. Это не только приведет к гидравлическому удару, но и частицы воды вызовут сильную эрозию внутри турбины. Решение состоит в том, чтобы снабжать турбину перегретым паром на входе и использовать энергию перегретой части для привода ротора до тех пор, пока условия температура/давление не станут близкими к насыщению; а затем выпустить пар.

Другой очень важной причиной использования перегретого пара в турбинах является повышение теплового КПД.

Термодинамический КПД тепловой машины, такой как турбина, можно определить с помощью одной из двух теорий:

(Примечание: значения температуры и содержания энергии в следующих примерах взяты из таблиц пара)

Две теории

  • Цикл Карно, в котором изменение температуры пара между входом и выходом сравнивается с температурой на входе.
  • Цикл Ренкина, в котором изменение тепловой энергии пара между входом и выходом сравнивается с полной энергией пара.
Пример​ 2.3.1

На турбину подается перегретый пар при давлении 90 бар абс. при температуре 450 °C.
Выхлоп имеет давление 0.06 бар (частичный вакуум) и влажность 10%.
Температура насыщения = 36.2 °C.

2.3.1.1 Определение эффективности Карно (ηC)

2.3.1.2 Определение эффективности Ренкина (ηR)

Для теоретического цикла Ренкина, рис. 2.3.2, предполагается, что в турбине отсутствуют потери на трение, в турбине происходит идеальное расширение пара (изоэнтропическое) и игнорируется энергия, добавляемая питающим насосом, возвращающим конденсат в котел.

Используя пример 2.3.1, где:

  • На турбину подается перегретый пар при давлении 90 бар абс. при температуре 450 °C.
  • Выхлоп имеет давление 0.06 бар (частичный вакуум) и влажность 10%.
  • Температура насыщения = 36.2 °C.

Эти данные можно нанести на кривую температура/энтальпия, как показано на рис. 2.3.3:

Изучение цифр для любого из циклов показывает, что для достижения высокой эффективности:
  • Температура или энергия на входе в турбину должны быть как можно выше. Это означает настолько высокое давление и температуру, насколько это практически возможно. Перегретый пар является самым простым способом обеспечить это.
  • Температура или энергия выхлопа должны быть как можно ниже. Это означает настолько низкое давление и температуру, насколько это практически возможно, и обычно достигается с помощью конденсатора на выхлопе турбины.
  • Цифры, рассчитанные в примерах 2.3.1.1 и 2.3.1.2, относятся к термодинамической эффективности, и их не следует путать с механической эффективностью.
  • Хотя показатели эффективности кажутся очень низкими, их следует рассматривать не изолированно, а скорее использовать для сравнения одного типа теплового двигателя с другим. Например, газовые турбины, паровые двигатели и дизельные двигатели.
Читайте также:
Все о Pop Up Gazebo, вопросы и ответы – Quictent

Столы с перегретым паром

Таблицы перегретого пара отображают свойства пара при различных давлениях почти так же, как таблицы насыщенного пара. Однако для перегретого пара нет прямой зависимости между температурой и давлением. Следовательно, при определенном давлении перегретый пар может существовать в широком диапазоне температур.

В общем, таблицы насыщенного пара дают манометрическое давление, таблицы перегретого пара дают абсолютное давление.

Пример 2.3.2

На сколько больше теплоты имеет перегретый пар с температурой 400 °С и давлением 1.013 бар абс. (0 бар изб.), чем насыщенный пар при том же давлении?

Это может показаться полезным увеличением энергии, но на самом деле это усложнит жизнь инженеру, который хочет использовать пар для обогрева.

Из показанной энергии перегрева можно определить удельную теплоемкость, разделив это значение на разность температур между температурой насыщения (100 °C) и температурой перегретого пара (400 °C):

Однако, в отличие от удельной теплоемкости воды, удельная теплоемкость перегретого пара значительно зависит от давления и температуры и не может приниматься за константу.

Таким образом, указанное выше значение 2.0 кДж/кг °C является лишь средней удельной теплоемкостью в указанном диапазоне температур для данного давления.

Прямой зависимости между температурой, давлением и удельной теплоемкостью перегретого пара нет. Имеется, однако, общая тенденция к увеличению удельной теплоемкости с ростом давления при малых степенях перегрева, но это не всегда так.

Можно ли использовать перегретый пар в технологических теплообменниках и других процессах нагрева?

Хотя это и не идеальная среда для передачи тепла, перегретый пар иногда используется для технологического нагрева на многих паровых установках по всему миру, особенно в HPI (отрасли по переработке углеводородов), которые производят масла и нефтехимические продукты. Скорее всего, это связано с тем, что перегретый пар уже доступен на месте для выработки электроэнергии, являясь предпочтительным источником энергии для турбин, а не с тем, что он имеет какое-либо преимущество перед насыщенным паром для обогрева. Чтобы внести ясность в этот вопрос, в большинстве случаев для процессов теплопередачи следует использовать насыщенный пар, даже если для этого требуется охлаждение пара. HPI часто охлаждают пар примерно до десяти градусов перегрева. Эта небольшая степень перегрева легко удаляется в первой части поверхности нагрева. С большим количеством перегрева сложнее и часто неэкономично иметь дело, и (для целей обогрева) его лучше избегать.

Читайте также:
Что такое отраженный план потолка? | 2020 | МТ Коупленд

Существует довольно много причин, по которым перегретый пар не так подходит для технологического нагрева, как насыщенный пар:

Перегретый пар должен охладиться до температуры насыщения, прежде чем он сможет сконденсироваться и высвободить скрытое тепло (энтальпию испарения). Количество тепла, отдаваемого перегретым паром при его охлаждении до температуры насыщения, относительно мало по сравнению с его энтальпией испарения.

Если пар имеет перегрев всего в несколько градусов, это небольшое количество тепла быстро отдается, прежде чем он сконденсируется. Однако, если пар имеет большую степень перегрева, для охлаждения может потребоваться относительно много времени, в течение которого пар высвобождает очень мало энергии.

В отличие от насыщенного пара температура перегретого пара неравномерна. Перегретый пар должен охладиться, чтобы отдать тепло, в то время как насыщенный пар меняет фазу. Это означает, что при перегретом паре могут возникать температурные градиенты на поверхности теплопередачи.

В теплообменнике использование перегретого пара может привести к образованию сухой зоны кипения вблизи трубной доски. Эта сухая область стенки может быстро покрыться накипью или засориться, а результирующая высокая температура стенки трубки может привести к выходу трубки из строя.

Это ясно показывает, что в системах теплопередачи пар с большим перегревом малопригоден, поскольку он:

  • Отдает мало тепла, пока не остынет до температуры насыщения.
  • Создает температурные градиенты на поверхности теплопередачи по мере ее охлаждения до температуры насыщения.
  • Обеспечивает более низкую скорость теплопередачи, пока пар перегрет.
  • Требует большей площади теплообмена.

Таким образом, перегретый пар не так эффективен для теплообмена, как насыщенный пар. Это может показаться странным, учитывая, что скорость теплопередачи через поверхность нагрева прямо пропорциональна разности температур на ней. Если перегретый пар имеет более высокую температуру, чем насыщенный пар при том же давлении, то, конечно, перегретый пар должен отдавать больше тепла? Ответ на это «нет». Сейчас это будет рассмотрено более подробно.

Это правда, что разница температур будет влиять на скорость теплопередачи через поверхность теплопередачи, как ясно показано в уравнении 2.5.3.

Уравнение 2.5.3 также показывает, что теплопередача будет зависеть от общего коэффициента теплопередачи «U» и площади теплопередачи «A».

Для любого отдельного приложения площадь теплопередачи может быть фиксированной. Однако этого нельзя сказать о значении «U»; и в этом основное различие между насыщенным и перегретым паром.

Общее значение «U» для перегретого пара будет меняться на протяжении всего процесса, но всегда будет намного ниже, чем для насыщенного пара. Трудно предсказать значения «U» для перегретого пара, так как они будут зависеть от многих факторов, но, как правило, чем выше степень перегрева, тем ниже значение «U».

Читайте также:
Как спроектировать гардероб - Учебники по домашнему дизайну

Как правило, для горизонтального парового змеевика, окруженного водой, значения «U» могут составлять от 50 до 100 Вт/м² °C для перегретого пара и 1 200 Вт/м² °C для насыщенного пара, как показано на рисунке 2.3.4. .

Для применений пар-масло значения «U» могут быть значительно меньше, возможно, всего 20 Вт/м² °C для перегретого пара и 150 Вт/м² °C для насыщенного пара.

В кожухотрубном теплообменнике можно ожидать 100 Вт/м² °C для перегретого пара и 500 Вт/м² °C для насыщенного пара. Эти цифры типичны; фактические цифры будут отличаться из-за других конструктивных и эксплуатационных соображений.

Хотя температура перегретого пара всегда выше, чем у насыщенного пара при том же давлении, его способность передавать тепло поэтому намного ниже. Общий эффект заключается в том, что перегретый пар гораздо менее эффективен при передаче тепла, чем насыщенный пар при том же давлении. В следующем разделе «Обрастание» приводится более подробная информация.

Мало того, что перегретый пар менее эффективен при передаче тепла, его очень трудно количественно определить с помощью уравнения 2.5.3, Q̇ = UA ΔT, поскольку температура пара будет падать по мере того, как он будет отдавать свое тепло при прохождении вдоль поверхности нагрева.

Предсказать размер поверхностей теплопередачи с использованием перегретого пара сложно и сложно. На практике основные данные, необходимые для выполнения таких расчетов, либо неизвестны, либо получены эмпирическим путем, что ставит под сомнение их достоверность и точность.

Ясно, что поскольку перегретый пар менее эффективен при передаче тепла, чем насыщенный пар, то любая площадь нагрева, использующая перегретый пар, должна быть больше, чем змеевик насыщенного пара, работающий при том же давлении, чтобы обеспечить такой же расход тепла.

Если нет другого выбора, кроме как использовать перегретый пар, невозможно поддерживать пар в его перегретом состоянии во всем нагревательном змеевике или теплообменнике, поскольку, отдавая часть своего теплосодержания вторичной жидкости, он охлаждается до температуры насыщения. . Количество тепла выше насыщения довольно мало по сравнению с большим количеством, выделяемым при конденсации.

При этом пар должен относительно скоро достичь насыщения; это позволяет пару конденсироваться для обеспечения более высокой скорости теплопередачи и приводит к более высокому общему значению «U» для всего змеевика, см. рис. 2.3.5.

Для этого перегретый пар, используемый для теплопередачи, не должен иметь перегрев более 10 °C.

Если это так, то относительно легко и практично сконструировать теплообменник или змеевик с площадью поверхности нагрева на основе насыщенного пара при том же давлении, добавив определенную площадь поверхности для учета перегрева. Используя это руководство, первая часть змеевика будет использоваться исключительно для снижения температуры перегретого пара до точки его насыщения. Тогда остальная часть змеевика сможет использовать преимущество более высокой теплопередающей способности насыщенного пара. Эффект заключается в том, что общее значение «U» может быть ненамного меньше, чем если бы в змеевик подавался насыщенный пар.

Читайте также:
Шкаф для обуви

Исходя из практического опыта, если дополнительная площадь нагрева, необходимая для перегретого пара, составляет 1% на каждые 2 °C перегрева, змеевик (или теплообменник) будет достаточно большим. Кажется, это работает до 10 ° C перегрева. Не рекомендуется использовать перегретый пар с температурой перегрева выше 10 °С в целях обогрева из-за возможного несоразмерного и неэкономичного размера поверхности нагрева, склонности к засорению, возможности порчи продукта из-за высокого и неравномерного перегрева. температуры.

обрастание

Загрязнение вызвано накоплением отложений на поверхности теплопередачи, которые создают сопротивление тепловому потоку. Многие технологические жидкости могут осаждать осадок или накипь на нагревательных поверхностях, и это происходит быстрее при более высоких температурах. Кроме того, перегретый пар является сухим газом. Тепло, поступающее от пара к металлической стенке, должно проходить через прилипшие к стенке статические пленки, препятствующие тепловому потоку.

Напротив, конденсация насыщенного пара вызывает движение пара к стенке и выделение большого количества скрытого тепла прямо на поверхности конденсации. Сочетание этих факторов означает, что общая скорость теплопередачи намного ниже, когда присутствует перегретый пар, даже если разница температур между паром и вторичной жидкостью выше.

Пример 2.3.3 Определение размера пучка труб для перегретого пара

Перегретый пар при давлении 3 бар изб. с перегревом 10 °C (154 °C) предполагается использовать в качестве основного источника тепла для кожухотрубного технологического теплообменника с тепловой нагрузкой 250 кВт, нагревающего жидкость на масляной основе от 80 °C. C до 120 ° C (что делает среднюю арифметическую вторичную температуру (ΔTAM) 100 °С). Оцените требуемую площадь первичного парового змеевика.

(Средние арифметические разности температур используются для простоты этого расчета; на практике для большей точности используются средние логарифмические температуры. Пожалуйста, обратитесь к модулю 2.5 «Теплопередача» для получения подробной информации о арифметических и логарифмических средних разностях температур).

Сначала рассмотрим змеевик, если бы он нагревался насыщенным паром при давлении 3 бар изб. (144 °C).

Значение «U» для насыщенного парового нагрева масла через новый змеевик из углеродистой стали принимается равным 500 Вт/м 2 °C.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: