Пример расчета пара вторичного вскипания

При нагревании воды при постоянном давлении повышается ее температура и содержание тепла. Это длится до кипения воды. При достижении точки кипения температура воды не изменяется до полного испарения воды. И на этом этапе мы используем конденсатоотводчик, так как нам нужно максимально использовать тепловую энергию пара. Конденсат, имеет ту же температуру при определенном давлении, что и пар. Когда конденсат после конденсатоотводчика попадает в зону атмосферного давления, он мгновенно закипает, а часть его испаряется, потому что температура конденсата выше, чем температура кипения воды при атмосферном давлении.Пар, который образуется при закипании конденсата, называют паром вторичного вскипания (более подробно про него в этой статье)

То есть это пар, образовавшийся в результате попадания конденсата в атмосферу или среду с низким давлением и температурой.

Что нужно учитывать при отборе пара вторичного вскипания:

1. Для получения даже небольшого количества пара вторичного вскипания потребуется большое количество конденсата. Особое внимание следует уделить пропускной способности конденсатоотводчика. Кроме того, после регулирующих клапанов давление обычно низкое.

2. Сфера применения должна подходить для использования пара вторичного вскипания, количество пара вторичного вскипания должно соответствовать, или быть немного больше, чем необходимо для обеспечения технического процесса.3. Участок использования пара вторичного вскипания не должен находиться далеко от оборудования, от которого отводится высокотемпературный конденсат.

Расчет количества пара вторичного вскипания:

Эк: Энтальпия конденсата при попадании в конденсатоотводчик при определенном давлении (кДж/кг)Эв: Энтальпия конденсата после конденсатоотводчика при атмосферном давлении или при текущем давлении в конденсатной линии (кДж/кг)Ст: Скрытая теплота парообразования при атмосферном давлении или текущем давлении в конденсатной линии (кДж/кг)

Как видно, чем больше разность давлений, тем большее количество пара вторичного вскипания. Тип используемого конденсатоотводчика так же влияет на количество произведенного конденсата. Механические конденсатоотводчики удаляют конденсат с температурой близкой к температуре насыщения пара. Термостатические, отводят конденсат с температурой значительно ниже температуры насыщения, при этом количество пара вторичного вскипания уменьшается.

Пример 1:Расчет количества пара вторичного вскипания в системе, где конденсат удаляется сразу после его образования.Берём данные из таблицы насыщенного пара:При давлении 8 бар, 170,5°С,энтальпия конденсата = 720.94 кДж/кгПри атмосферном давлении, 100°С,энтальпия конденсата = 419.00 кДж/кгРазница энтальпий составляет 301.94 кДж/кгСкрытая теплота парообразования при атмосферномдавлении = 2258 кДж/кгКоличество пара вторичного вскипания составит (%)

Таким образом, если расход пара в системе составляет 1000 кг, то количество пара вторичного вскипания будет 133 кг.

Пример 2

Как использовать таблицу

В дополнение к определению взаимосвязи между давлением и температурой пара, если вы знаете количество тепла, передаваемого в ккал, вы также можете рассчитать количество пара, которое превратится в конденсат в любом теплообменнике. И наоборот, таблица может использоваться для определения количества тепла, передаваемого теплообменником, если известна скорость потока образующегося конденсата.

1 ккал = 4,186 кдж
1 кдж = 0,24 ккал
1 бар = 0,102 МПа
Конденсат при температуре пара 179,9 °C и давлении 10 бар обладает теплотой в количестве 182, 1ккал/кг.
См. Колонку 5 таблицы параметров пара. Если его выпускать в атмосферу, т.е. при абсолютном давлении 1 бар, теплосодержание конденсата сразу же упадет до 99,7 ккал/кг. Избыток теплоты в количестве 82,3 ккал/кг вызовет вторичное вскипание части конденсата.

Величину части конденсата в %, которая превратится в пар вторичного вскипания, определяется следующим образом:

Разделите разницу между теплосодержанием конденсата при большем и при меньшем давлениях на величину скрытой теплоты парообразования при меньшем давлением значении давления и умножьте результат на 100.

% пара вторичного вскипания =

Количество пара вторичного вскипания

Количество образующегося вторичного пара зависит от разницы давления между зонами высокого и низкого давления. Его можно найти путем расчетов. Для примера рассмотрим варочный котел с паровой рубашкой, в которую подается насыщенный пар давлением 7 бари и температурой 170 °С. Энтальпия конденсата при данных пара метрах равна 721 кДж/кг.

В конденсатном трубопроводе давление составляет 0 бари. Соответственно, при этом давлении конденсат будет находиться при температуре 100 °С, и энтальпия конденсата будет равна 419 кДж/кг. Таким образом, имеется разница в 302 кДж, которая и будет затрачена на превращение части конденсата в пар.

Количество вторичного пара можно найти следующим образом:Для получения 1 кг насыщенного пара при давлении 0 бари требуется 2257 кДж тепла.

Имея излишек тепловой энергии в 302 кДж, можно получить 302: 2257 ≈ 0,134 кг пара на 1 кг конденсата.Таким образом, из 1 кг конденсата давлением 7 бари будет образовываться 13,4 % или 134 г пара давлением 0 бари.

Если расход пара, а соответственно и конденсата, например, составляет 250 кг/ч, то мы получаем по этим параметрам: 0,134 х 250 кг/ч конденсата = 33,5 кг/ч вторичного пара.

Определить количество вторичного пара можно используя график на рис. 1. Проведя горизонтальную линию от значения давления 7 бари до кривой, соответствующей давлению 0 бари, и спроецировав точку вниз, можно найти количество вторичного пара на 1 кг конденсата высокого давления.

Рисунок 1. Определение количества пара вторичного вскипания

Данный пример идеально подходит для конденсатоотводчиков, которые отводят конденсат сразу при его образовании, например поплавковых конденсатоотводчиков.

Термостатические конденсатоотводчики отводят переохлажденный по отношению к температуре насыщения конденсат. В этом случае количество пара вторичного вскипания будет несколько меньше, чем при отводе конденсата при температуре насыщения.Если в нашем примере будет отводиться конденсат с температурой на 15 °С ниже температуры насыщения, то получим:температура насыщения конденсата при 7 бари = 170 °С;степень охлаждения конденсата ниже точки насыщения = 15°С;температура отводимого конденсата = 170 – 15 = 155 °С.Из таблиц состояния насыщенного пара находим:энтальпия конденсата при 155°С = 654 кДж/кг;энтальпия конденсата при 0 бари = 419 кДж/кг;располагаемая энергия = 654 – 419 = 235 кДж/кг;энтальпия парообразования при 0 бари = 2257 кДж/кг.количество вторичного пара = 235: 2257 = 0,104 (10,4 %).Как видно, количество образующего пара на 1 кг конденсата при отводе переохлажденного конденсата составляет 10,4 % против 13,4 % при отводе конденсата с температурой насыщения.Если конденсатный трубопровод, куда отводится конденсат, находится под давлением, ситуация будет аналогичная.Предположим, что в нашем примере конденсат сливается в трубопровод с давлением 1 бари, тогда получим:энтальпия конденсата при 7 бари = 721 кДж/кг;энтальпия конденсата при 1 бари = 505 кДж/кг;располагаемая энергия = 721 – 505 = 216 кДж/кг;энтальпия парообразования при давлении 1 бари = 2201 кДж/кг.количество вторичного пара = 216:2257 = 0,098 (9,8 %).

Данные к расчету выхода пара вторичного вскипания

Пример решения задачи

Данные к составлению пароконденсатного баланса

Таблица К.2.1

Исходные данные.

На производственный участок поступает пар давлением РК = 1 МПа в количестве 7 кг/с. Конденсатосборник - открытого типа.

Определить потери теплоты, связанные с невозвратом конденсата источнику пароснабжения в размере 30 %.

Решение. Доля возврата конденсата источнику составляет по условию задачи 70%. При этом по (2.1)-(2.3): потери чистого конденсата составляют

GK=0,3∙7=2,1 кг/с;

потери конденсата с пролетным паром

Gпр=0,21∙7∙0,3≈0,25 кг/с;

потери конденсата с паром вторичного вскипания

Gв.в=0,1∙7=0,7 кг/с.

Суммарное количество конденсата͵ не возвращенного в источник теплоснабжения, равно

∑G=2,1+0,25+0,7=3,05 кг/с.

Энтальпия насыщенного конденсата при заданных условиях hпр=763,1 кДж/кг;

энтальпия пролетного пара, определенная по давлению греющего пара в состоянии насыщения hпр=2777,1 кДж/кг;

энтальпия пара вторичного вскипания, определенная при атмосферном давлении, hв.в=2676,3 кДж/кᴦ.

Суммарные потери тепла, связанные с невозвратом конденсата источнику, определяются по (2.4):

∑Q=2,1∙763,1+0,25∙2777,1+0,7∙2672,3=4170,2 кВт.

Тепловые потери с невозвращенным конденсатом по отношению к количеству теплоты, подведенной в паропотребляющий аппарат, равны

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при заданных условиях потери теплоты составили более 20 % теплоты, поступившей на производственный участок с греющим паром.

Задача 2.2. Определить количество пара вторичного вскипания, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ можно получить при расширении насыщенного конденсата высокого давления. Исходные данные к расчету приведены в табл. К.3.2

Таблица К.2.2

Исходные данные. В сборный бачок-сепаратор поступает конденсат давлением РК=0,6 МПа в количестве 5,2 кг/с. Определить, сколько выделится пара вторичного вскипания при расширении конденсата до давления Р0=0,2 МПа.

Решенuе. Энтальпия конденсата высокого давления определяется по давлению насыщения РК и равна hK = 666,8 кДж/кг

Энтальпия конденсата низкого давления определяется по давлению насыщения пара и равна h0≈503,7 кДж/кг; скрытая теплота парообразования при этом же давлении r0=2202,9 кДж/кᴦ.

Доля пара вторичного вскипания βв.в образующегося при снижении давленияот рК до р0, составляет

Выход пара вторичного вскипания на выходе из бачка сепаратора определяется соотношением

Dв.в=βв.вGк

И равен

Dв.в=0,074∙5,2=0,39 кг/с

Количество теплоты, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может быть сэкономлено с паром вторичного вскипания, кВт

Вследствие того что перепад давления в бачке – сепараторе невелик, выход пара вторичного вскипания составил всего 7,4%.

Подписывайтесь на наш Телеграм канал, там всегда много полезного