Энергосберегающая система теплоснабжения УМПЭУ.
Подписаться на разделВ сфере ЖКХ вопрос энергосбережения стоит особенно остро. Необходимы новые технические решения и грамотные подходы к их внедрению. Большое значение в этой сфере имеет качество работы систем теплоснабжения.
Жесткие климатические условия России диктуют достаточно высокие требования, предъявляемые к теплообменным аппаратам:
-высокая надежность в работе (должны иметь необходимый запас прочности, чтобы не разрушаться от возможных вибраций и гидравлических ударов);
-обеспечение передачи требуемого количества тепла в заданных режимах работы при большой интенсивности теплообмена и наименьших габаритных размерах;
-они должны быть неприхотливы к качеству греющей и нагреваемой среды;
-простота в обслуживании и ремонте.
Традиционные кожухотрубные теплообменники (типа ПП, ПСВ, ПВ и др.) имеют невысокий коэффициент теплопередачи, а также восприимчивы к гидроударам и вибрациям. При включении аппарата или при изменении нагрузки часто нарушается герметичность крепления труб в трубных решетках, что приводит к изменению жесткости конденсата в аппарате и отрицательно сказывается на всем водно-химическом режиме системы. Кроме того они предрасположены к загрязнению теплообменных поверхностей и трубных досок. Отложения на трубных досках приводят к забиванию части теплообменных трубок, сокращению расхода воды и как следствие,- «завариванию» трубок накипью. Интенсивность теплопередачи, таким образом, снижается в несколько раз. Например, если коэффициент теплопередачи нового бойлера составляет 94-98%, то в процессе эксплуатации в зависимости от межпромывочного интервала, химического состава и структуры накипи он может снижатся до 50% и более[1]. Это требует существенного (до 30-50%) резервирования теплообменных поверхностей. Ремонт и чистка кожухотрубных подогревателей весьма трудоемки, требуют специальных площадей и оборудования, достаточной квалификации ремонтного персонала и плохо поддаются механизации.
В последнее время широкое распространение получили пластинчатые подогреватели иностранного и совместного производства. Имея более высокий коэффициент теплопередачи такие аппараты, несомненно, обладают значительными преимуществами перед кожухотрубными подогревателями. Однако слепое следование западным образцам не всегда целесообразно, и не только по соображениям стоимости. Российский опыт применения пластинчатых подогревателей выявляет ряд серьезных недостатков, о которых поставщики зачастую умалчивают[2,7]. Так, условия теплоснабжения на Западе и в России различны как по качеству воды, так и по температуре теплоносителей[3]. Образование накипи на пластинах подогревателей из-за низкого качества воды с большим содержанием солей жесткости и окислов железа приводит к значительному снижению теплообмена до 35-40%. Из-за небольшой толщины металла пластин механическая очистка их от накипи затруднительна, химическая же промывка требует грамотных специалистов-химиков и специального оборудования[4].
Вышеуказанные причины ограничивают возможности применения традиционных кожухотрубных теплообменных аппаратов и пластинчатых подогревателей не только для вновь строящихся и реконструируемых котельных, но и для простой замены физически изношенных сетевых подогревателей.
Многолетний опыт показал: решением задачи повышения эффективности систем теплоснабжения на современном этапе, на наш взгляд, могло бы быть применение пароводяных смешивающих теплообменников УМПЭУ, разработанных специалистами ООО «Прессмаш» (г. Миасс) в рамках конверсии [4,5] Принцип действия теплообменника УМПЭУ основан на смешении насыщенного греющего пара и нагреваемой холодной (водопроводной) воды. Процесс образования накипи в теплообменнике УМПЭУ исключается вследствие отсутствия центров накипеобразования и высокой турбулентности потоков воды и пара.
Для обеспечения ввода греющего пара в нагреваемый поток воды без гидравлических ударов, вибраций и шума разработан специальный способ и новые гидродинамические схемы смешивающего теплообменника. Нагреваемый поток воды, поступающий в теплообменник УМПЭУ ( рис.1), разделяется на две части: одна часть направляется в водяное сопло и служит для создания зоны локального разрежения в потоке воды, а вторая часть (в объеме до 10%) смешивается с потоком греющего пара в специальной камере предварительного смешения (конденсационной колонне) с использованием генераторов вихрей и диспергированием воды. Полученная пароводяная смесь, имеющая вихревую структуру, затем поступает в зону локального разрежения, где завершается процесс конденсации пара на турбулентной водяной струе. Для исключения пульсаций давления нагретого потока служит специальный гаситель, устанавливаемый после УМПЭУ. Отсутствие в УМПЭУ теплообменных поверхностей, разделяющих греющий пар и нагреваемую воду, высокие скорости потоков воды и пара, создание вихревых потоков, не позволяют взвешенным частицам и шламу прилипнуть к поверхностям теплообменника.
Теплообменники УМПЭУ изготовляют из бесшовных труб и штампованных элементов трубопроводов, поэтому они долговечны, надежны, ремонтопригодны и не требуют затрат на чистку от накипи и ремонт. Ростехнадзором России выдано разрешение на применение теплообменников УМПЭУ на трубопроводах пара и горячей воды при давлении теплоносителей до 4,0 МПа (40,0кгс/см2) и температуре до 350С.
Единичная мощность тепловых пунктов для разных городов России различна. Для оптимального покрытия таких нагрузок имеется широкий типоразмерный ряд теплообменников УМПЭУ (табл.1), различных по диаметру проходных сечений, что позволяет нагреть одним аппаратом практически любой объем воды. При применении двух последовательно установленных теплообменников мощность удваивается (один УМПЭУ обеспечивает интервал подогрева текущего потока воды на 30С).
Система регулирования режимов работы системы теплоснабжения с УМПЭУ та же, что для пароводяного бойлера. Например, УМПЭУ работают при практически постоянном расходе сетевой воды задаваемым сетевым насосом (возможны небольшие колебания расхода воды, обычно ±10%).Для регулирования температуры сетевой воды в подающем трубопроводе (согласно температурного графика), изменяют расход греющего пара с помощью регулирующих паровых клапанов и регуляторов температуры также как в бойлерах.
Как показал опыт эксплуатации, УМПЭУ не имеет ограничений по диапазону температур воды на входе в подогреватель, что позволяет реализовывать практически любые температурные графики. Так освоенный диапазон температур нагреваемой воды для УМПЭУ составляет 4…180С.
Говоря об энергоэффективности пароводяных теплообменников УМПЭУ, мы имеем в виду то, что паровая фаза полностью конденсируется в таких теплообменниках в результате смешения пара с водой с выделением содержащейся в паре скрытой теплоты парообразования и получением на выходе горячей воды. Потери тепла в теплообменниках УМПЭУ, обуславливаемые рассеиванием тепловой энергии излучением наружной поверхности УМПЭУ, пренебрежимо малы. Например, для теплообменника УМПЭУ Ду125мм тепловой мощностью 2,1 Гкал/ч расчетные потери тепла составляют с оценкой сверху не более 3,7 кВт, а коэффициент полезного действия такого теплообменника составляет не менее ηУМПЭУ =99,7% даже без теплоизоляции наружных поверхностей.
Применение теплообменника УМПЭУ позволяет существенно снизить расход греющего пара по сравнению с теплообменниками поверхностного типа, а следовательно и расход топлива (газа, мазута).
Расчетная экономия пара составляет:
ΔG=Q{1/[(I-ТkС) ηПТО]-1/[(I-TвыхС) ηУМПЭУ]},
где Q-тепловая мощность системы; ηПТО-КПД поверхностного теплообменника; ηУМПЭУ-КПД УМПЭУ; Тк-температура конденсата; Твых.-температура воды на выходе из УМПЭУ; С-теплоемкость воды; . I – энтальпия греющего пара.
По эксплуатационным данным экономия топлива при замене кожухотрубных аппаратов на теплообменники УМПЭУ составляет от 15 до 39%, а окупаемость составляет не более одного отопительного сезона.
Особенности применения УМПЭУ в системе теплоснабжения по сравнению с бойлерами состоят в следующем.
В целях исключения подачи пара в воду при аварийном прекращении работы сетевого насоса (отключение электроснабжения и т.п.) на трубопроводе, подводящем пар в УМПЭУ, должен быть установлен быстродействующий отсечной паровой клапан.
Диоксид углерода, содержащийся в паре, при смешении пара с водой поступает в теплофикационную воду (характерно для котлов, подпитываемых умягченной водой в натрий - катионитных фильтрах). Поэтому следует обеспечивать постоянный химический контроль сетевой воды и её обработку химреактивами, повышающими водородный показатель рН. В настоящее время выпускается широкая номенклатура насосов-дозаторов по типажу и производительности (в основном импортного производства) с возможностью программируемого ввода реагентов для автоматического поддержания заданных величин рН.
При работе УМПЭУ в закрытой системе теплоснабжения, обладающей высокой гидравлической плотностью, то есть практически не имеющей утечек, необходима система поддержания постоянного давления воды на входе в УМПЭУ путем слива избытка конденсата из системы в конденсатный бак, а далее - в деаэрационную установку.
При работе УМПЭУ в открытых системах теплоснабжения возможно увеличение нагрузки на химическую водоочистку, так как конденсат уходит вместе с нагретой водой к потребителю и не возвращается как это имеет место в бойлерах. Как следствие увеличивается расход поваренной соли на регенерацию Na- катионитовых фильтров. Практика показывает, что эти дополнительные затраты значительно ниже эффекта, получаемого при внедрении УМПЭУ и должны оцениваться для каждого объекта индивидуально. Положительный же момент - отпадает необходимость в системе сбора и возврата конденсата, что немаловажно при создании новых систем водоснабжения. Безусловно, что применение УМПЭУ для открытых систем возможно при условии, что используемый греющий пар по своим характеристикам соответствует требованиям санитарных норм и правил. Такой нагрев воды может иметь место на объектах, которые оснащены паровыми котельными, питающимися водой питьевого качества и имеющими Na- катионитовую химводоочистку.
Таким образом, применение смешивающих подогревателей воды УМПЭУ в системах теплоснабжения позволит:
-обеспечить высокую надежность работы систем теплоснабжения;
-снизить эксплуатационные затраты;
-снизить расход греющего пара и топлива котельных агрегатов;
что дает реальную возможность эффективно решить насущную задачу бесперебойного снабжения теплом и горячей водой промышленность и ЖКХ в современных условиях.
Литература
1.Кучеренко Д.И., Фролов В.П. Очистка водоподогревателей систем горячего водоснабжения и отопления //Новости теплоснабжения.-2004.-№02(42).
2.Барон В.Г. Легенды и мифы современной теплотехники, или пластинчатые и кожухотрубные теплообменные аппараты//Вестник энергосбережения Южного Урала.
3.Дойников В.А. Опыт проектирования, прохождения экспертизы и установки приборов учета и теплообменных аппаратов на объектах ЖКХ и бюджетной сферы//Вестник энергосбережения Южного Урала.-2005, №2(17).
4.Сологубова Н.В. Химическая промывка пластинчатых теплообменников//АВОК.
5.Недугов А.ф., Куркулов М.А. Водоструйный паровой эжектор с камерой предварительного смешения //Промышленная энергетика. -2007. -№1.
6.Куркулов М.А., Недугов А.Ф. Применение смешивающих пароводяных подогревателей воды УМПЭУ //Энергетик. -2009.- №4.
7.Бармина Л.С. Комплексный подход к применению пластинчатых теплообменников в системах теплоснабжения//Новости теплоснабжения.
Фотогалерея статьи
Жесткие климатические условия России диктуют достаточно высокие требования, предъявляемые к теплообменным аппаратам:
-высокая надежность в работе (должны иметь необходимый запас прочности, чтобы не разрушаться от возможных вибраций и гидравлических ударов);
-обеспечение передачи требуемого количества тепла в заданных режимах работы при большой интенсивности теплообмена и наименьших габаритных размерах;
-они должны быть неприхотливы к качеству греющей и нагреваемой среды;
-простота в обслуживании и ремонте.
Традиционные кожухотрубные теплообменники (типа ПП, ПСВ, ПВ и др.) имеют невысокий коэффициент теплопередачи, а также восприимчивы к гидроударам и вибрациям. При включении аппарата или при изменении нагрузки часто нарушается герметичность крепления труб в трубных решетках, что приводит к изменению жесткости конденсата в аппарате и отрицательно сказывается на всем водно-химическом режиме системы. Кроме того они предрасположены к загрязнению теплообменных поверхностей и трубных досок. Отложения на трубных досках приводят к забиванию части теплообменных трубок, сокращению расхода воды и как следствие,- «завариванию» трубок накипью. Интенсивность теплопередачи, таким образом, снижается в несколько раз. Например, если коэффициент теплопередачи нового бойлера составляет 94-98%, то в процессе эксплуатации в зависимости от межпромывочного интервала, химического состава и структуры накипи он может снижатся до 50% и более[1]. Это требует существенного (до 30-50%) резервирования теплообменных поверхностей. Ремонт и чистка кожухотрубных подогревателей весьма трудоемки, требуют специальных площадей и оборудования, достаточной квалификации ремонтного персонала и плохо поддаются механизации.
В последнее время широкое распространение получили пластинчатые подогреватели иностранного и совместного производства. Имея более высокий коэффициент теплопередачи такие аппараты, несомненно, обладают значительными преимуществами перед кожухотрубными подогревателями. Однако слепое следование западным образцам не всегда целесообразно, и не только по соображениям стоимости. Российский опыт применения пластинчатых подогревателей выявляет ряд серьезных недостатков, о которых поставщики зачастую умалчивают[2,7]. Так, условия теплоснабжения на Западе и в России различны как по качеству воды, так и по температуре теплоносителей[3]. Образование накипи на пластинах подогревателей из-за низкого качества воды с большим содержанием солей жесткости и окислов железа приводит к значительному снижению теплообмена до 35-40%. Из-за небольшой толщины металла пластин механическая очистка их от накипи затруднительна, химическая же промывка требует грамотных специалистов-химиков и специального оборудования[4].
Вышеуказанные причины ограничивают возможности применения традиционных кожухотрубных теплообменных аппаратов и пластинчатых подогревателей не только для вновь строящихся и реконструируемых котельных, но и для простой замены физически изношенных сетевых подогревателей.
Многолетний опыт показал: решением задачи повышения эффективности систем теплоснабжения на современном этапе, на наш взгляд, могло бы быть применение пароводяных смешивающих теплообменников УМПЭУ, разработанных специалистами ООО «Прессмаш» (г. Миасс) в рамках конверсии [4,5] Принцип действия теплообменника УМПЭУ основан на смешении насыщенного греющего пара и нагреваемой холодной (водопроводной) воды. Процесс образования накипи в теплообменнике УМПЭУ исключается вследствие отсутствия центров накипеобразования и высокой турбулентности потоков воды и пара.
Для обеспечения ввода греющего пара в нагреваемый поток воды без гидравлических ударов, вибраций и шума разработан специальный способ и новые гидродинамические схемы смешивающего теплообменника. Нагреваемый поток воды, поступающий в теплообменник УМПЭУ ( рис.1), разделяется на две части: одна часть направляется в водяное сопло и служит для создания зоны локального разрежения в потоке воды, а вторая часть (в объеме до 10%) смешивается с потоком греющего пара в специальной камере предварительного смешения (конденсационной колонне) с использованием генераторов вихрей и диспергированием воды. Полученная пароводяная смесь, имеющая вихревую структуру, затем поступает в зону локального разрежения, где завершается процесс конденсации пара на турбулентной водяной струе. Для исключения пульсаций давления нагретого потока служит специальный гаситель, устанавливаемый после УМПЭУ. Отсутствие в УМПЭУ теплообменных поверхностей, разделяющих греющий пар и нагреваемую воду, высокие скорости потоков воды и пара, создание вихревых потоков, не позволяют взвешенным частицам и шламу прилипнуть к поверхностям теплообменника.
Теплообменники УМПЭУ изготовляют из бесшовных труб и штампованных элементов трубопроводов, поэтому они долговечны, надежны, ремонтопригодны и не требуют затрат на чистку от накипи и ремонт. Ростехнадзором России выдано разрешение на применение теплообменников УМПЭУ на трубопроводах пара и горячей воды при давлении теплоносителей до 4,0 МПа (40,0кгс/см2) и температуре до 350С.
Единичная мощность тепловых пунктов для разных городов России различна. Для оптимального покрытия таких нагрузок имеется широкий типоразмерный ряд теплообменников УМПЭУ (табл.1), различных по диаметру проходных сечений, что позволяет нагреть одним аппаратом практически любой объем воды. При применении двух последовательно установленных теплообменников мощность удваивается (один УМПЭУ обеспечивает интервал подогрева текущего потока воды на 30С).
Система регулирования режимов работы системы теплоснабжения с УМПЭУ та же, что для пароводяного бойлера. Например, УМПЭУ работают при практически постоянном расходе сетевой воды задаваемым сетевым насосом (возможны небольшие колебания расхода воды, обычно ±10%).Для регулирования температуры сетевой воды в подающем трубопроводе (согласно температурного графика), изменяют расход греющего пара с помощью регулирующих паровых клапанов и регуляторов температуры также как в бойлерах.
Как показал опыт эксплуатации, УМПЭУ не имеет ограничений по диапазону температур воды на входе в подогреватель, что позволяет реализовывать практически любые температурные графики. Так освоенный диапазон температур нагреваемой воды для УМПЭУ составляет 4…180С.
Говоря об энергоэффективности пароводяных теплообменников УМПЭУ, мы имеем в виду то, что паровая фаза полностью конденсируется в таких теплообменниках в результате смешения пара с водой с выделением содержащейся в паре скрытой теплоты парообразования и получением на выходе горячей воды. Потери тепла в теплообменниках УМПЭУ, обуславливаемые рассеиванием тепловой энергии излучением наружной поверхности УМПЭУ, пренебрежимо малы. Например, для теплообменника УМПЭУ Ду125мм тепловой мощностью 2,1 Гкал/ч расчетные потери тепла составляют с оценкой сверху не более 3,7 кВт, а коэффициент полезного действия такого теплообменника составляет не менее ηУМПЭУ =99,7% даже без теплоизоляции наружных поверхностей.
Применение теплообменника УМПЭУ позволяет существенно снизить расход греющего пара по сравнению с теплообменниками поверхностного типа, а следовательно и расход топлива (газа, мазута).
Расчетная экономия пара составляет:
ΔG=Q{1/[(I-ТkС) ηПТО]-1/[(I-TвыхС) ηУМПЭУ]},
где Q-тепловая мощность системы; ηПТО-КПД поверхностного теплообменника; ηУМПЭУ-КПД УМПЭУ; Тк-температура конденсата; Твых.-температура воды на выходе из УМПЭУ; С-теплоемкость воды; . I – энтальпия греющего пара.
По эксплуатационным данным экономия топлива при замене кожухотрубных аппаратов на теплообменники УМПЭУ составляет от 15 до 39%, а окупаемость составляет не более одного отопительного сезона.
Особенности применения УМПЭУ в системе теплоснабжения по сравнению с бойлерами состоят в следующем.
В целях исключения подачи пара в воду при аварийном прекращении работы сетевого насоса (отключение электроснабжения и т.п.) на трубопроводе, подводящем пар в УМПЭУ, должен быть установлен быстродействующий отсечной паровой клапан.
Диоксид углерода, содержащийся в паре, при смешении пара с водой поступает в теплофикационную воду (характерно для котлов, подпитываемых умягченной водой в натрий - катионитных фильтрах). Поэтому следует обеспечивать постоянный химический контроль сетевой воды и её обработку химреактивами, повышающими водородный показатель рН. В настоящее время выпускается широкая номенклатура насосов-дозаторов по типажу и производительности (в основном импортного производства) с возможностью программируемого ввода реагентов для автоматического поддержания заданных величин рН.
При работе УМПЭУ в закрытой системе теплоснабжения, обладающей высокой гидравлической плотностью, то есть практически не имеющей утечек, необходима система поддержания постоянного давления воды на входе в УМПЭУ путем слива избытка конденсата из системы в конденсатный бак, а далее - в деаэрационную установку.
При работе УМПЭУ в открытых системах теплоснабжения возможно увеличение нагрузки на химическую водоочистку, так как конденсат уходит вместе с нагретой водой к потребителю и не возвращается как это имеет место в бойлерах. Как следствие увеличивается расход поваренной соли на регенерацию Na- катионитовых фильтров. Практика показывает, что эти дополнительные затраты значительно ниже эффекта, получаемого при внедрении УМПЭУ и должны оцениваться для каждого объекта индивидуально. Положительный же момент - отпадает необходимость в системе сбора и возврата конденсата, что немаловажно при создании новых систем водоснабжения. Безусловно, что применение УМПЭУ для открытых систем возможно при условии, что используемый греющий пар по своим характеристикам соответствует требованиям санитарных норм и правил. Такой нагрев воды может иметь место на объектах, которые оснащены паровыми котельными, питающимися водой питьевого качества и имеющими Na- катионитовую химводоочистку.
Таким образом, применение смешивающих подогревателей воды УМПЭУ в системах теплоснабжения позволит:
-обеспечить высокую надежность работы систем теплоснабжения;
-снизить эксплуатационные затраты;
-снизить расход греющего пара и топлива котельных агрегатов;
что дает реальную возможность эффективно решить насущную задачу бесперебойного снабжения теплом и горячей водой промышленность и ЖКХ в современных условиях.
Литература
1.Кучеренко Д.И., Фролов В.П. Очистка водоподогревателей систем горячего водоснабжения и отопления //Новости теплоснабжения.-2004.-№02(42).
2.Барон В.Г. Легенды и мифы современной теплотехники, или пластинчатые и кожухотрубные теплообменные аппараты//Вестник энергосбережения Южного Урала.
3.Дойников В.А. Опыт проектирования, прохождения экспертизы и установки приборов учета и теплообменных аппаратов на объектах ЖКХ и бюджетной сферы//Вестник энергосбережения Южного Урала.-2005, №2(17).
4.Сологубова Н.В. Химическая промывка пластинчатых теплообменников//АВОК.
5.Недугов А.ф., Куркулов М.А. Водоструйный паровой эжектор с камерой предварительного смешения //Промышленная энергетика. -2007. -№1.
6.Куркулов М.А., Недугов А.Ф. Применение смешивающих пароводяных подогревателей воды УМПЭУ //Энергетик. -2009.- №4.
7.Бармина Л.С. Комплексный подход к применению пластинчатых теплообменников в системах теплоснабжения//Новости теплоснабжения.
| Разместил: | Куркулов Михаил Анатольевич |
| Источник: | Собственная информация |
| Учетная запись: | Прессмаш |
| Дата: | 18.05.11 |
| Теплообменник УМПЭУ Ду500мм | Теплообменник УМПЭУ Ду150мм | Теплообменник УМПЭУ Ду100мм |
