Жибалов А.Ю., Качкаев С.И., Печенегов Ю.Я., Косов А.В

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТРУЙНЫХ КОМПРЕССОРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕННЫХ УСТРОЙСТВ
Жибалов А.Ю., Качкаев С.И., Печенегов Ю.Я., Косов А.В.
Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного
технического университета им. Гагарина Ю.А., mxp@techn.sstu.ru
В качестве греющего теплоносителя в теплообменных устройствах химической
и других отраслей промышленности широко используется водяной пар. Отдавая тепло
в теплообменном устройстве, пар при рабочем давлении p1 превращается в конденсат,
который проходит через конденсатоотводчик и поступает в сборный конденсатный
бак, где давление p2 . Большинство предприятий имеет открытые паро-конденсатные
системы. В них конденсатные баки соединены с атмосферой и давление p2 близко к
атмосферному. Снижение давления насыщенного конденсата от p1 до p2 приводит к
образованию вторичного пара, который из конденсатного бака через свечу обычно
выпускается в атмосферу. Таким образом, теряется тепло с выпускаемым паром и
химочищенная вода, затраченная на его производство.
Количество вторичного пара, образующегося из 1 кг исходного конденсата
определяется выражением
(1)
g  (h1  h2 ) / r2 , кг/кг,
Где h1 и h2 - энтальпии конденсата при давлениях p1 и p2 соответственно; r2 теплота парообразования при давлении p2 .
Теряемое с вторичным паром тепло, выраженное как доля теплоты конденсации
греющего
пара, приведено в виде зависимости от p1 на рис.1,а. Видно, что с ростом
r1
p1 доля теряемого тепла увеличивается и при p1 = 2 МПа достигает 24 %. Для
наиболее используемого в теплотехнологических устройствах давлениях греющего
пара в интервале от 0,3 до 1,0 МПа эта доля составляет от 6 до 16 %.
Рис.1. Зависимости (r2 g / r1 ) 100 (а) и С (б) от p1 при p2 = 0,11 МПа;
б) — расход греющего пара 1 т/ч, цена тепла в паре 2000 руб/Гкал
На рис.1,б приведена зависимость стоимости теряемого тепла за год С от
величины p1 при непрерывном потреблении греющего пара в количестве 1 т/ч.
Стоимость 1 Гкал тепла в паре принималась в расчетах равной 2000 рублей. Можно
видеть, что экономические потери при выпуске вторичного пара в атмосферу
достигают нескольких миллионов рублей в год. С ростом расхода греющего пара
потери пропорционально увеличиваются.
Исключить данные потери возможно при использовании струйного
компрессора (рис.2), в котором осуществляется сжатие вторичного пара от давления
p2 за конденсатоотводчиком до требуемого давления p1 греющего пара в
теплообменном аппарате. При этом необходимо располагать инжектирующим паром
от источника (котельная, ТЭЦ) с давлением p0 превышающим p1 . На предприятиях
необходимый ресурс избыточного давления пара от источников обычно имеется, так
как промышленные котлы часто эксплуатируются с перегрузкой по давлению.
Рис.2. Схема теплообменной установки со струйным компрессором для сжатия
вторичного пара: 1 – теплообменник; 2 – нагреваемый продукт; 3 –
конденсатоотводчик; 4 – сепаратор; 5 – конденсатный бак; 6 – конденсатный насос; 7
– струйный компрессор (эжектор); 9 – греющий пар от источника; 10 – конденсат к
источнику
Из тепловых балансов процессов смешения в струйном компрессоре и
разделения фаз потока в сепараторе при p2 = 0,11 МПа, с учетом зависимостей h и r
от давления [1], для коэффициента инжекции компрессора получим
u  Gвт / G0  (748.53 p10.25  431) /( 2680  748.53 p10.25 )
(2)
и для давления инжектирующего пара
p0  [u ( p10.25  0.576)  p10.25 ]4 , МПа,
(3)
где давление пара в теплообменнике p1 в МПа; Gвт и G0 - расходы инжектируемого
(вторичного) и инжектирующего пара соответственно.
Зависимости (2) и (3) представлены графически на рис.3. В рассматриваемой
области изменения p1 от 0,2 до 1,6 МПа критические давления при истечении пара
pкр = 0,577 p0 < p1 , поэтому струйный компрессор должен иметь диффузорную часть и
выполняться с профилем сопла Лаваля для повышения давления от pкр в критическом
сечении до p1 на выходе из сопла. На рис.3 проведена вспомогательная(диагональная)
штриховая линия, расстояние по вертикали от которой до линии p0 = f ( p1 )
соответствует необходимому для работы струйного компрессора превышению
давления p0 над p1 . Для области p1 < 1 МПа это превышение невелико. Так, для p1 =
0,8 МПа оно составляет 0,19 МПа.
Рис.3. Зависимость p0 и u от p1 при p2 = 0,11 МПа
Расчет струйного компрессора при вычисленных по (2) и (3) значениях u и p0
может производится по методике [2, 3].
Литература
1.
Вознесенский А.А. Тепловые установки в производстве строительных
материалов и изделий. М.: Изд-во литер. по строительству, 1964. - 439с.
2.
Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1989. 352с.
3.
Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и
процессов охлаждения. М.: Энергоиздат, 1981. - 320с.