Экономические особенности пароводяного теплообмена

Проведем сравнительный анализ работы пароутилизатора и водоводяных теплообменников.

Энергосодержание обратной (нагреваемой) воды (t=40ч70 ^ОС) равно 0,04ч0,07 Гкал/т, прямой (нагревающей) воды — максимум 0,10 Гкал/т (конденсат при атмосферном давлении). При повышении давления нагревающей воды энергосодержание меняется незначительно: при 7 ати — 0,15 Гкал/т. Дальнейшее повышение давления в теплообменнике нерентабельно по техническим соображениям. Отданная энергия единицы массы воды максимум 0,115 Гкал/т (берем максимальные параметры греющего теплоносителя на входе и минимальные на выходе: Т_пр=150 ^ОС, Р_пр=7 ати, Т_обр⁼35 ^ОС, Р_обр=1 ати). В то же время при тех же условиях энергия единицы массы пара самых низких параметров (0,2−1,0 ати, свободный выпар) равна 0,64 Гкал/т.

Хотя транспортировка массовой единицы пара обходится гораздо дороже, чем транспортировка той же единицы горячей воды, но за счет многократно большего энергосодержания пара, в сравнении с горячей водой, гигакалория тепла, поступающая с паром, может обходиться потребителю дешевле, чем гигакалория горячей воды, т.к. происходит полное использование энергии пара.

При использовании пара для нагрева теплоносителя, в частности воды, в реальных условиях давление пара, в наиболее распространенных случаях, падает максимум с 10ч1 2 ати (T?300ч380 ^ОС), а чаще с 4,0ч7,0 ати до 0,2ч1,0 ати (свободный выпар). Далее низкопотенциальный пар поступает в конденсатосборники или выбрасывается в атмосферу. Энергосодержание пара (энтальпия) в этом случае падает с 0,8 Гкал/т (давление пара 12 ати) до 0,64 (давление пара 0,2ч1,0 ати). Для сравнения — энергосодержание конденсата, при температуре 100 ^ОС, равно 0,1 Гкал/т.

Это пример наиболее полного использования пара в теплообменнике. При повышении температуры пара энтальпия растет незначительно.

Таким образом, мы видим, что энергия, которая используется на нагрев, многократно меньше, чем энергия, не участвующая в процессе (потерянная при конденсации или сбросе низкопотенциального пара).

Теперь рассмотрим вариант, когда весь пар конденсируется в кожухотрубном (либо пластинчатом) теплообменнике и удаляется из него в виде конденсата. Как правило, температура удаляемого конденсата колеблется в пределах 120ч90 ^ОС. Разность температур нагреваемой воды на выходе из теплообменника и удаляемого конденсата составляет обычно 20ч30 ^ОС. Из чего видно, что даже в приведенном случае энергия нагревающего агента не полностью передается нагреваемой воде. Пароутилизатор возвращает эту, потерянную в теплообменниках другого типа, энергию в процесс теплообмена, тем самым сокращая потребление пара от источника и в конечном счете экономя топливные ресурсы предприятия-производителя тепловой энергии.

Это дает очень весомый экономический эффект, позволяющий сократить срок самоокупаемости установки до полугода и меньше. А учитывая, что при применении пароутилизатора отпадает необходимость в эксплуатации и ремонте системы отвода конденсата, и малые габаритные размеры пароутилизатора по сравнению с традиционными теплообменниками, что значительно уменьшает потери в окружающую среду, установка еще более выгодно отличается от агрегатов, выполняющих те же задачи.

В период с февраля 1999 г. по июль 2003 г. изготовлено и установлено около 40 пароутилиза-торов с расходом нагреваемой воды от 20 до 600 т/ч и диаметром водяной магистрали от 50 до 500 мм. Так, например, пароутилизатор, установленный на Нижнетагильском металлургическом комбинате, осуществляет утилизацию 33 т/ч конвертерного пара, ранее выбрасываемого в атмосферу. При его эксплуатации 540 т/ч воды нагревается на 53 ^ОС, а сам пароутилизатор полностью заменил действующую до этого котельную. Годовой экономический эффект составил 8738 тыс. руб.