Утилизация тепла и конденсата паровых выбросов

Д.т.н. B.C. Галустов, профессор, генеральный директор ГП НПО «Политехника», г. Ярославль.

Введение.

Существующие источники паровых выбросов в атмосферу [1] имеют потери значительного количества тепла и конденсата, а также влияют на тепловое загрязнение окружающей среды. В этой связи утилизация этих выбросов имеет как экономический, так и экологический аспект.

Паровые выбросы образуются с пролетным паром (например, при создании паровой подушки в баках-аккумуляторах систем теплоснабжения и горячего водоснабжения), либо в результате вскипания перегретых жидкостей (при сбросе горячего конденсата в конденсат-ный бак), а также могут являться комбинацией обоих случаев (продувочная пароводяная смесь паровых котлов).

Паровые выбросы бывают чистыми (фактически все в приведенных выше примерах) или могут содержать нежелательные примеси (например, на промышленном предприятии - пары после вакуум-выпарной установки получения сухого или сгущенного молока и т.п.).

Примеры утилизации.

Первый и главный вопрос, на который должен быть найден ответ при решении задачи утилизации тепла паровых выбросов: где (для каких нужд) и в каком виде будет использоваться теп- ло и конденсат утилизируемого пара. Однозначных и общих рекомендаций нет (и не может быть), задача решается индивидуально, на основе анализа конкретных условий и, желательно, на основе комплексного подхода. Поясним сказанное конкретными примерами.

Пример первый.

В котельной были выявлены следующие факторы:

• непрерывная продувка паровых котлов организована по традиционной схеме, в соответствии с которой пароводяная смесь направляется в сепаратор, где пар отделяется и подается в поверхностный теплообменник-подогреватель химически очищенной воды (ХОВ) перед деаэратором, а водная часть продувки с температурой 180 °С сбрасывается в барботер, где вскипает и сливается в канализацию. Пары вскипания при этом выбрасываются в атмосферу;

• периодическая продувка в полном объеме сбрасывается в канализацию;

• основная масса конденсата с давлением 0,2 МПа сбрасывается в конденсатный бак, который непосредственно сообщается с атмосферой с очевидными последствиями - тепло и конденсат паров вскипания теряются;

• пролетный пар паровых подушек аккумуляторных баков подпитки систем теплоснабжения и ГВС выбрасывается в атмосферу;

• выпар атмосферного деаэратора ДСА-50 выбрасывается в атмосферу (что встречается в малой энергетике в восьми случаях из десяти), а колонка не обеспечивает нормативной деаэрации.

Учитывалось также сравнительно близкое расположение всех перечисленных объектов. Решение было следующим (рис.):

- колонка ДСА-50 заменена на колонку ДАПР-30 (20+10) с встроенным охладителем вы-пара и размещена над имеющимся деаэраторным баком (30 м3) без демонтажа старой колонки;

- рядом с колонкой ДАПР смонтирован се-паратор-теплоутилизатор типа УТК, в который были заведены непрерывные и периодические продувки и пролетный пар аккумуляторных баков;

- перед колонкой ДАПР установлен пред-включенный аппарат утилизации тепла паров вскипания типа УТПВ, в который вместо конден-сатного бака стал подаваться конденсат.

В результате:

• потери тепла (около 1,6 Гкал/ч) и конденсата (около 0,8 т/ч) сведены фактически к нулю;

• за счет использования современного оборудования упростилась технологическая схема, т.к. УТК заменил сепаратор, теплообменник и барботер при одновременном исключении парения, и повысилась ее надежность;

• применение УТК и УТПВ, обеспечивших деаэрацию почти 40% ХОВ, позволило установить колонку меньшей производительности, а ее секционирование обеспечивало нормативную деаэрацию в течение года (во всем диапазоне нагрузок - от 8 до 55 т/ч).

Аппараты УТК и УТПВ относятся к интенсивным прямоточным распылительным тепломассообменным аппаратам.

В УТК подаются два потока - продувка и ХОВ. Здесь происходит вскипание водной части (в зоне дросселирования), сепарация всех паров (в зоне сепарации паров) и использование их для нагревания и деаэрации ХОВ (в зоне деаэрации). При этом нагретая и деаэрированная вода сливается в деаэраторный бак, а охлажденная соленая - в канализацию. Неконденсирующиеся газы, пройдя зону сепарации капель, выбрасываются в атмосферу.

УТПВ в нашем случае является предвключенным аппаратом к ДАПР по паровому тракту. Подаваемый в него конденсат вскипает, деаэрируется в режиме перегретой воды и сливается в деаэраторный бак, а пары вскипания направляются в паровую зону ДАПР, где используются для деаэрации основной массы ХОВ. За счет этого расход основного пара в ДАПР снижается.

Пример второй.

Производственная котельная обеспечивает паром технологические нужды завода, а также теплом и горячей водой микрорайон города. Для этого были установлены три паровых котла ДКВР-10/13 и два водогрейных котла ПТВМ-100. Продувка паровых котлов полностью сливалась в канализацию, а для их подпитки использовался деаэратор ДА-25 без охладителя выпара. Деаэрация воды для нужд систем теплоснабжения и ГВС осуществлялась в вакуумных деаэраторах ДСВ-400 (установлено четыре, в работе - от одного до трех), остаточное содержание кислорода после которых в 10 (и более) раз превышало норму в связи с нехваткой греющей среды (и соответственно невозможностью обеспечения требуемого разрежения). Каждая колонка была снабжена своим индивидуальным пароструйным эжектором типа ЭП.

Замена ДА-25 на ДАПР-20 (10+10) решила проблему надежной деаэрации питательной воды паровых котлов и исключила потери тепла и конденсата греющего пара с выпаром.

Переход на вакуумные колонки ДВПР-400 (135x3) [3,4] с совмещенным охладителем выпара позволил решить сразу несколько проблем:

- во-первых, две колонки при номинальной нагрузке полностью обеспечивали максимально необходимые расходы - до 900 т/ч (в ДСВ при нагрузках более 60% деаэрация резко ухудшалась);

- во-вторых, деаэрация вышла на нормативный уровень, т.к. наличие у ДВПР эффективного совмещенного охладителя выпара в несколько раз сократило объем отсасываемых газов (фактически только неконденсирующихся) и обеспечило требуемое более глубокое разрежение и, следовательно, более низкую температуру насыщения (имеющегося расхода греющей среды стало хватать);

- в-третьих, т.к. ДВПР не чувствительны к гидравлическим перекосам, к двум колонкам были подключены параллельно два эжектора (работает обычно один), что дает заметную экономию пара (2 т/ч и более). Кроме того, вне отопительного периода включается только одна, реже - две секции колонки с одновременным снижением расхода пара на эжекторе.

Для утилизации тепла и конденсата продувки котлов ДКВР рядом с вакуумными колонками установлен УТК (несколько иначе, чем в предыдущем примере), а его выхлопная труба подключена к всасывающему коллектору эжекторов (что допускалось за счет упомянутого достоинства ДВПР). Деаэрированная вода из УТК сливалась в коллектор ДВПР, а соленая - в канализацию. Вакуумирование УТК почти вдвое повысило степень утилизации тепла и конденсата водной части продувки.

Способ утилизации загрязненного пролетного пара определяется прежде всего свойствами компонентов-загрязнителей. В одних случаях его целесообразно сконденсировать технической водой и направить через канализацию на очистные сооружения (при попадании в пар, например, нефтепродуктов на станциях пропарки железнодорожных мазутных цистерн). В других случаях требуется обеспечить такой режим конденсации, при котором исключался бы переход в жидкую фазу загрязняющих компонентов (например, органических соединений с температурой кипения ниже 90 °С). В третьих случаях конденсат после грубой фильтрации можно использовать для подпитки парового котла, вырабатывающего только технологический пар, и т.п. В заключение отметим, что:

- технология утилизации паровых выбросов должна разрабатываться индивидуально, с учетом конкретных условий и на основе комплексного подхода;

- срок окупаемости затрат на утилизацию тепла и конденсата паровых выбросов в большинстве случаев не превышает двух-четырех месяцев.

Литература:

1. Галустов B.C., Розенберг Л.А. Хвостовые процессы и комплексный подход // Энергия и менеджмент. 2004. № 3.

2. Галустов В. С. К выбору термических деаэраторов // Энергия и менеджмент 2000. № 2.

3. Галустов B.C. Термическая деаэрация воды // Энергия и менеджмент. 2004. № 1.

4. Галустов B.C. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Галустов В. С. Тепломассообменные процессы и аппараты с непосредственным контактом фаз в теплоэнергетике // Энергия и менеджмент. 2003. № 4.