Струйные пароводяные подогреватели воды УМПЭУ: применение в системах водо и теплоснабжения

Последние годы наблюдается интерес к использованию струйных агрегатов в качестве теплообменников (водоподогревателей) на объектах промышленной и гражданской энергетики. Эти агрегаты отличаются низкими капитальными и эксплуатационными затратами по сравнению с кожухотрубчатыми  подогревателями. Это разнообразные пароводяные струйные аппараты (ПСА) или пароводяные инжекторы [1]. Теплоносителем в ПСА является пар, а инжектируемым телом – вода. В данных аппаратах применяется явление возникновения скачка давления при торможении сверхзвукового потока пароводяной смеси, а конденсация пара происходит в скачке давления. В сравнении с теплообменниками рекуперативного типа, в которых теплообмен между теплоносителем и нагреваемой водой происходит через стенку, в ПСА передача тепла от пара к воде происходит при смешении пара и воды, т.е. при конденсации пара его теплосодержание передается воде практически без потерь. Дополнительным преимуществом ПСА является также наличие насосного эффекта, однако надежная работа ПСА без насосов возможна, по-видимому, лишь на аккумуляторный бак [2]. Наиболее известными ПСА являются трансзвуковые аппараты «Фисоник», «Транссоник», ТСА.

Так же встречается ряд проблем при применении ПСА, например, высокий уровень шума и вибраций, что может приводить к необходимости их монтажа в отдельном помещении или на улице [3]. Другим ограничением является узкий диапазон применяемых диаметров– от 25 мм до 150 мм при максимальной производительности по воде до 300 т/ч. В случае большей производительности систем водоподготовки это приводит к необходимости монтировать несколько параллельно работающих аппаратов и увеличивает затраты на обвязку. Имеются ограничения, связанные с высокой чувствительностью характеристик ПСА к изменению параметров греющего, нагреваемого и смешанного потоков.

В связи с этим актуальность представляет разработка пароводяного теплообменника, который наряду с преимуществами ПСА позволил бы снизить шум до приемлемого уровня и расширить модельный ряд диаметров применяемых трубопроводных систем с увеличением производительности одного аппарата до практически требуемых промышленности и ЖКХ.

Учитывая эти параметры, был разработан струйный подогреватель воды УМПЭУ, позволивший обеспечить бесшумный ввод пара в поток воды и его конденсацию без вибраций и гидравлических ударов [5]. В отличие от ПСА, рабочим телом в УМПЭУ является нагреваемая вода, а инжектируемым – пар. Отличием УМПЭУ является присутствие на подводе пара камеры предварительного смешения [6, 7], что обеспечивает начало процесса смешения еще до подачи пара в приемную камеру, а на выходе из приемной камеры установлен гаситель пульсаций давления нагретой воды. Другим отличием УМПЭУ от классического струйного агрегата [1] является то, что приемная камера в нем выполнена в виде диффузора и образует канал с резким расширением, в котором роль входной зоны канала играет выходная часть рабочего водяного сопла.

УМПЭУ состоит из конфузора 1, водяного сопла 2, приемной камеры 3, камеры предварительного смешения 5, установленной на подводе пара, гасителя пульсаций давления 6, трубопровода с задвижкой 7 для перепуска части нагреваемой воды из широкой части конфузора в камеру предварительного смешения.

Нагреваемая вода разгоняется в водяном сопле, что сопровождается понижением статического давления в приемной камере. В камере предварительного смешения часть нагреваемой воды (до 10%), отбираемой трубопроводом 7, диспергируется в форсунках 9 и 10. Распыл воды производится под разными углами к потоку пара, подводимого по паропроводу 8. В камере предварительного смешения реализуется внезапное расширение пара, сопровождаемое редуцированием пара и понижением его температуры (дроссель-эффект). Для повышения времени взаимодействия сред там же предусмотрено формирование вихревых течений 13, образуемых с помощью генераторов вихря 11. Двухфазная смесь, имеющая вихревую структуру, поступает в зону разрежения, созданную соплом в приемной камере, и конденсируется на водяной турбулентной струе, нагревая поток воды. В гасителе пульсаций 6 происходит завершение процесса конденсации. Пульсации давления нагретого потока, которые может вызвать несконденсировавшаяся часть пара и пристеночные обратные токи 4, демпфируются в гасителе пульсаций 6. Согласно положительным результатам эксплуатации нескольких десятков УМПЭУ разного назначения в течение нескольких лет Ростехнадзор России выдал разрешение на применение УМПЭУ на опасных производственных объектах для подогрева воды.

ОбозначениеУМПЭУ	Условный диаметр по воде, мм	Расход максимальный нагреваемой воды, т/час	Максимальная тепловая мощность одного УМПЭУ, Гкал/час
УМПЭУ 02.00.000	50	20	0.60
УМПЭУ 04.00.000	80	45	1.35
УМПЭУ 05.00.000	100	75	2.25
УМПЭУ 07.00.000	150	170	5.10
УМПЭУ 00.00.000	200	250	7.5
УМПЭУ 08.00.000	250	450	13.5
УМПЭУ 09.00.000	300	700	21.0
УМПЭУ 11.00.000	400	1400	42.0
УМПЭУ 13.00.000	500	2160	64.0

Основные отличия УМПЭУ от трансзвуковых аппаратов.

Наименование показателя	Трансзвуковые аппараты(ТСА, ПСА)	Струйный подогреватель воды УМПЭУ
1.Условный диаметр, мм2.Производительность, м3/ч 3.Шум при работе. 4.Рабочее тело. 5.Инжектирумое тело. 6.Гидравлические потери в аппарате.     7.Температура воды.	1.25-1502.2.0 — 300.0 3.Высокий уровень шума, требуется отдельное помещение. 4.Водяной пар. 5.Нагреваемая вода. 6.Потери напора отсутствуют, может быть повышение давления нагретой воды.   7.Существуют ограничения по температуре нагреваемой воды (при которой происходит нормальный процесс конденсаци	1.50-4002.4.0-1200.0 3.Уровень шума не превышает шум от насосной группы. 4.Нагреваемая вода. 5.Водяной пар. 6.Имеются потери напора воды, определяемые соотношением давлений пара и воды. Температура нагреваемой воды от 40С до 2000С.

Подогрев исходной воды в системе химической очистки.

Возможность работы без накипи делает УМПЭУ незаменимым устройством для подогрева исходной сырой воды, идущей на химводоочистку. Опыт эксплуатации двух УМПЭУ Ду200 показал, что ни разу с начала непрерывной эксплуатации не потребовалась их остановка для чистки. Гидравлический режим работы УМПЭУ как в этом, так и в других приложениях задается насосом, а изменение тепловой мощности производится качественным или количественным регулированием расхода пара (например, регулирующим клапаном, задвижкой).

Подогрев перегретой воды.

Взамен пароводяных подогревателей в автоклавном производстве  установлен подогреватель УМПЭУ Ду150 мм (рис. 3), обеспечивающий подогрев перегретой воды в закрытой системе: температура перегретой воды 160-170°С, давление воды в магистрали 1, 7-2, 2 МПа, давление пара 2, 2±0, 05 МПа, расход воды 100-110 т/ч, подогрев воды 1-5°С. Отклонение температуры воды в контуре составляет ±0, 5°С. Фактический расход пара 160-200 кг/ч. Несмотря на периодические резкие падения давления перегретой воды в контуре на 0, 2-0, 4 МПа (период заполнения автоклава), УМПЭУ работает стабильно, без пульсаций. Срок окупаемости составил 4 месяца.

Горячее водоснабжение (ГВС).

Для обеспечения горячего водоснабжения населения  была применена установка УМПЭУ Ду80мм с двухступенчатым вводом пара в питьевую воду с целью ее нагревания с 5-10°С до 65-70°С. Каждая ступень обеспечивает непрерывный подогрев текущего расхода воды 45-55 т/ч на 30°С. УМПЭУ была установлена в 2001 году взамен пароводяного теплообменника, стоимость ремонта которого превышала цену приобретения и монтажа УМПЭУ. Вода из питьевого водопровода, смешанная с обратной водой из городской системы ГВС подается на вход в УМПЭУ под давлением 0, 3-0, 4 МПа. Подогретая вода выходит из УМПЭУ в аккумуляторный бак.

Система теплоснабжения.

Отличие трансзвуковых аппаратов (в которых при совмещении функции нагрева сетевой воды с повышением её напора гидравлический и тепловой режимы системы теплоснабжения оказываются взаимосвязанными [2]) при применении УМПЭУ гидравлический режим системы теплоснабжения задается сетевым насосом и оказывается независящим от теплового режима системы- задается расходом пара.

Применение УМПЭУ позволяет:

• заменять существующие теплообменники и повысить надежность работы тепловых систем;
• экономить пар (топливо) за счет максимального коэффициента теплопередачи от пара к воде при замене кожухотрубных и пластинчатых теплообменников;
• исключать образование накипи при нагревании неочищенной воды;
• практически исключить шум и пульсации давления при смешении пара с водой;
• расширить диапазон применения струйных подогревателей воды до диаметров 500 мм и производительности одного аппарата до 1600 т/час.

Источники литературы:
1.    Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – 2-е изд. – М.: Энергия, 1970. – 280 с.
2.    Белевич А.И., Крупцев А.В., Малафеев В.А. О применении паровых инжекторов в теплоснабжении.//Энергетик.-2001.-№11.-с.20-22.
3.    Лисин Г.А. Аппарат «Фисоник»-в действии.// Энергосбережение в Республике Татарстан. №2(11) сентябрь-октябрь 2003.
5.    Недугов А.Ф., Куркулов М.А. Решение проблем повышения безопасности и энергосбережения в системах снабжения теплом и горячей водой.// Безопасность труда в промышленности.-2006.-№9.-с.36-39.
6.    Патент №2258839 Россия, МПК 7F04F5/04.Струйный подогреватель жидкости/ Куркулов М.А., Недугов А.Ф. Опубл.20.05.2005.
7.    Патент №2198323 Россия, МПК 7F04F5/04.Способ непрерывной подачи пара в водяную магистраль и устройство для его осуществления/ Куркулов М.А. , Недугов А.Ф., Никифоров Г.В. и др.; Опубл.2003, бюл.№2.

 

агрегат, бойлер, водоснабжение, горячее водоснабжение, доставка, Екатеринбург, кожухотрубчатый, Москва, наличие, пароводяной, пароводяной теплообменник, подогреватель, прайс, производство, сетевой насос, струйный подогреватель, тепловые сети, теплообменник, теплообменник пластинчатый, теплообменный аппарат, теплоснабжение, ТЭЦ, цена, челябинск