Нагревание водяным паром
Одним из наиболее широко применяемых греющих агентов является насыщенный водяной пар. Это объясняется существенными достоинствами его как теплоносителя. В результате конденсации пара получают большие количества тепла при относительно небольшом расходе пара, так как теплота конденсации его составляет приблизительно 2,26-10® дж!кг
2. Нагревание водяным паром. 311 (540 ккал/кг) при давлении 9,8-104 н/м2 (1 ат). Вследствие высоких коэффициентов теплоотдачи от конденсирующегося пара сопротивление переносу тепла со стороны пара мало. Это позволяет проводить процесс нагревания при малой поверхности теплообмена. Важным достоинством насыщенного пара является постоянство температуры его конденсации (при данном давлении), что дает возможность точно поддерживать температуру нагрева, а также в случае необходимости регулировать ее, изменяя давление греющего пара. При использовании тепла парового конденсата к. п. д. нагревательных паровых устройств довольно высок. Пар удовлетворяет также другим требованиям, предъявляемым к теплоносителям (доступность, пожаробезопасность и др.). Основной недостаток водяного пара — значительное возрастание давления с повышением температуры. Вследствие этого температуры, до которых можно производить нагревание насыщенным водяным паром, обычно не превышают 180—190 °С, что соответствует давлению пара 10—12 ат. При больших давлениях требуется слишком толстостенная и дорогостоящая теплообменная аппаратура, а также велики расходы на коммуникации и арматуру. Более экономична утилизация водяного пара, получаемого после его использования в паросиловых установках. Химические производства часто потребляют большие количества не только тепла, но и электроэнергии. Поэтому целесообразно энергетический пар высокого давления (до 250 ат) направлять первоначально в турбины для выработки электрической энергии, а затем мятый пар турбин давлением 6—8 ат (иногда до 30 ат) использовать для обогрева химической аппаратуры. Мятый пар турбин является перегретым. Тепло перегрева пара мало по сравнению с его теплотой конденсации, а объем пара на единицу отдаваемого тепла значительно больше, чем для насыщенного пара, что приводит к увеличению диаметра паропроводов. Чтобы избежать увеличения расходов на транспортирование теплоносителя, перегретый пар из турбин увлажняют, смешивая его с горячей водой. При этом пар дополнительно испаряет некоторое количество воды и направляется в насыщенном состоянии в теплоиспользуЮщие аппараты. Ввиду того что тепло перегрева относительно мало, коэффициенты теплоотдачи от перегретого пара значительно ниже, чем от насыщенного, и перегрев пара требует дополнительных затрат; перегретый водяной пар редко применяют в качестве нагревающего агента. Иногда используют небольшой перегрев его для компенсации тепловых потерь в подводящих паропроводах. Нагревание глухим паром. Наиболее распространено нагревание г л у - х и м паром, передающим тепло через стенку теплообменного аппарата. Принципиальная схема нагревания глухим паром приведена на рис. УШ-1. Греющий пар из генератора пара — парового котла 1 направляется в теплообменник 2, где жидкость (или газ) нагревается паром через разделяющую их стенку. Пар, соприкасаясь с более холодной стенкой, конденсируется на ней, и пленка конденсата стекает по поверхности стенки. Для того чтобы облегчить удаление конденсата, пар вводят в верхнюю часть аппарата, а конденсат отводят из его нижней части. Температура пленки конденсата близка к температуре конденсирующегося пара, и эти температуры могут быть приняты равными друг другу. Расход И глухого пара при непрерывном нагревании определяют из уравнения теплового баланса: д _ Ос (?2- — + фп (VIII,1) где О — расход нагреваемой среды; с — средняя удельная теплоемкость нагреваемой среды; — начальная и конечная температуры нагреваемой среды; /п> /к — энтальпии греющего пара и конденсата; <— потери тепла в окружающую среду.
312 Гл. VIII. Нагревание; охлаждение и конденсация Если пар не будет полностью конденсироваться на поверхности тепло- обмена и часть его будет уходить с конденсатом (так называемый про- летный п а р), то это вызовет непроизводительный расход пара. Чтобы избежать непроизводительного расхода пара и организовать беспрепятственное удаление из аппарата парового конденсата без выпуска пара, применяют специальные устройства — конденсатоотвод- ч и к и (см. рис. УІІ1-2). Конденсат из конденсатоотводчика 3 (рис. УШ-1) через промежуточную емкость 4 подается насосом 5 в паровой котел 1. Принцип работы конденсатоотводчика с открытым поплавком, применяемого при дав- лениях пара не более 10 Смесь пара и конденсата поступает через штуцер / в корпус через край поплавка внутрь по- следнего и, когда вес жидкости и поплавка превысит выталкивающую (архимедову) силу, поплавок опу- скается и открывает выход для конденсата, который выдавливается Рис. УП1-1. Схема нагревания глухим паром: / >— паровой котел; 2 — теплообменник-подогреватель; 3 — конденсатоот- водчик; 4 — промежуточная емкость;ат, показан на рис. VII1-2.2 конденсатоотводчика. При этом поплавок (стакан) 3 всплывает и с помощью укрепленного на вертикальном стержне 4 клапана 5 закрывает выходное отверстие для конденсата. Однако по мере накоп- ления конденсата он переливается