POMOĆNI SUSTAVI U ENERGETSKIM PROCESIMA SUSTAV ZA REKUPERACIJU KONDENZATA

Transcript

1 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 1 POMOĆNI SUSTAVI U ENERGETSKIM PROCESIMA Sustav za rekuperaciju kondenzata Rashladni sustav SUSTAV ZA REKUPERACIJU KONDENZATA U raznim energetskim, procesnim i industrijskim pogonima za razna grijanja koristi se para (niskotlačna). Izmjenom topline para predaje svoju osjetnu i latentnu toplinu pri čemu nastaje kondenzat. Cilj rekuperacije: sakupiti i vratiti u proces nastali kondenzat (demineraliziranu vodu); rekuperirati i iskoristiti maksimalnu količinu sadržane toplinske energije u kondenzatu. Kondenzat sadrži osjetnu toplinu koja se može iskoristiti: pothlañivanjem, izmjenom topline s hladnijim medijem, korištenjem topline otparka.

2 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 2 1) POTHLAðIVANJE KONDENZATA Cilj pothlañivanja kondenzata je da se osim latentne topline pare maksimalno iskoristi i osjetna toplina kondenzata. Pothlañivaje kondenzata pomoću termostatskoga odvajača kondenzata Pothlañivanje kondenzata pomoću regulatora temperature

3 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 3 2) NAKNADNA IZMJENA TOPLINE S HLADNIJIM FLUIDOM Cilj je maksimalno iskoristiti osjetnu toplinu izlaznoga kondenzata u protustrujnoj izmjeni s nekim hladnijim fluidom. Shema sustava korištenja osjetne topline kondenzata u protustrujnome izmjenjivaču topline

4 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 4 3) KORIŠTENJE TOPLINE OTPARKA KONDENZATA Toplina otparka kondenzata može se koristiti prigušivanjem kondenzata na niži tlak na kojemu dolazi do isparivanja dijela kondenzata. h-p dijagram za vodenu paru Količina isparena kondenzata pri prigušivanju od tlaka p 2 na tlak p 3 iznosi: m P = m K h h h h = mk r r 4 m P količina isparena kondenzata m k količina kondenzata r latentna toplina isparivanja

5 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 5 Shema korištenja otparka kondenzata jednostupanjskim prigušenjem Shema korištenja otparka kondenzata višestupanjskim prigušivanjem Legenda:1-trošilo topline, 2-otparivač, 3-generator pare, 4-napojni spremnik, 5-kondenzatna pumpa, 6-napojna pumpa, 7-pokazivač protoka, 8-odvajač kondenzata, 9-nepovratni ventil.

6 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 6 Shema korištenja otparka kondenzata pomoću termosifonskoga efekta Shema korištenja otparka kondenzata pomoću efekta termokompresije

7 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 7 RASHLADNI SUSTAV Najveći dio neiskorištene topline iz energetskih procesa odvodi se u okolinu putem rashladnih sustava. Prema izvedbi, rashladni sustavi mogu biti: protočni direktni protočni indirektni otvoreni cirkulacijski s vlažnim rashladnim tornjem kombinirani (protočni/cirkulacijski) s vlažnim rashladnim tornjem zatvoreni cirkulacijski sa suhim rashladnim tornjevima OSNOVNE IZVEDBE RASHLADNIH SUSTAVA Shema direktno protočnoga rashladnog sustava

8 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 8 Shema indirektno protočnoga rashladnog sustava Razni hladnjaci Turbina Kondenzator Hladnjak Cirk. pumpa Cirk. pumpa Shema otvorena cirkulacijskoga rashladnog sustava s vlažnim rashladnim tornjem Rashladni toranj Turbina Razni hladnjaci Kondenzator Cirk. pumpa Pumpa za dodatnu vodu

9 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 9 Shema kombinirana (protočno/cirkulacijskog) rashladnog sustava s vlažnim rashladnim tornjem Turbina Razni hladnjaci Kondenzator Cirk. pumpa Shema zatvorena cirkulacijskoga rashladnog sustava sa suhim rashladnim tornjem Rashladni tornjevi Turbina Razni hladnjaci Cirk. pumpa

10 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 10 TOPLINSKA I MATERIJALNA BILANCA RASHLADNOG SUSTAVA S OTVORENIM (VLAŽNIM) RASHLADNIM TORNJEM Povratna zagrijana voda m w, T 2 Vlažni zagrijani zrak X 2, h 2, ( m wi + m ws ) Ulazni zrak m zr, X 1, h 1 Dodatna voda (dopunjavanje) Polazna ohlañena voda m w, T 1 Ispuštanje (odsoljavanje) m wo Približenje temperaturi vlažnoga termometra t vl,t =t w -t vl,t =t 1 -t vl,t U praksi, vlažni rashladni tornjevi normalno hlade vodu do temperature t 1 koja je 3 do 8 0 C iznad temperature vlažna termometra t vl,t. Temperatura vlažna termometra definira je kao temperatura isparivanja vodena filma u struji zraka kod neke postojeće vlažnosti i temperature okoline.

11 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 11 Raspon hlañenja t w =t 2 -t 1 Raspon hlañenja je definiran kao razlika ulazne (zagrijane )i izlazne (ohlañene) vode iz rashladna tornja. U praksi se kreće od 6 do 12 0 C. t 2 Ulazna voda Ulazni zrak t vl,t t 1 t vl,t Visina tornja Efikasnost hlañenja u rashladnom tornju t η = h t 2 2 t t 1 vl, t

12 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 12 Materijalna bilanca rashladnaa tornja Gubici vode koji nastaju u radu rashladna tornja: m w = m wi + m ws + m wo gdje je: m wi - gubici zbog otparivanja vode m ws - gubici zbog odstrujavanja (odnošenja) kapljica m wo - gubici zbog odsoljavanja vode m wi =(X 2 -X 1 )m zr m zr = m wi /(X 2 -X 1 ) gdje je: m zr - protok zraka kroz rashladni toranj (kg/h) X 1 - sadržaj vode u ulaznome zraku u toranj (kg H2O /kg zr ) X 2 - sadržaj vode u izlaznome zraku iz tornja (kg H2O /kg zr ) Budući da se hlañenje vode u cirkulaciji zbiva zbog otparivanja dijela vode u prolazu kroz toranj, iz jednadžbe toplinske bilance slijedi da će za neki rashladni učin količina otparene vode (gubici zbog otparivanja) biti: m w c w (T 2 -T 1 ) = m wi r m wi =m w c w (T 2 -T 1 )/r m wi =4,18 m w (T 2 -T 1 )/2450 m wi =0,0017m w (T 2 -T 1 ) gdje je: c w - specifična toplina vode (4,18 kj/kg K) r - latentna toplina isparivanja vode (2450 kj/kg) Količina vode koja se može otpariti zavisi prvenstveno o stanju okoline, odnosno o relativnoj vlažnosti okolnoga zraka te temperaturi suhog i vlažnoga termometra.

13 Prof. dr. sc. Z. Prelec, dipl. ing. List: 13 Porastom vlažnosti okolnoga zraka smanjuje se količina vode koja u danim uvjetima može otpariti, pa se na taj način smanjuje i temperaturni raspon hlañenja, odnosno rashladni učin tornja. Gubici zbog odstrujavanja (odnošenja) kapljica vode ( m ws ) zavise prvenstveno o hidrodinamskoj konstrukciji rashladnoga tornja (prirodna ili prisilna cirkulacija zraka), izvedbi odstranjivača kapljica, te od uvjeta strujanja oko tornja (vjetar). Ovisno o navedenome, gubici zbog odstrujavanja mogu biti 0,3 do 2,5 %. Gubici zbog odsoljavanja vode iz rashladnoga tornja zavise o dozvoljenoj koncentraciji soli u rashladnoj vodi. Koncentracijski broj C je omjer koncentracije soli u cirkulacijskoj vodi unutar rashladnoga sustava u odnosu na koncentraciju soli u dodatnoj (svježoj) vodi. Dozvoljeni koncentracijski broj C zavisi o kemijskoj obradi rashladne vode u cilju sprječavanja taloženja kamenca, korozije te mikrobiološkoga rasta. U praksi je uobičajeno koncentracijski broj C=2 do 5. Bilanca mase soli u vodi količina vode koju treba ispustiti odsoljavanjem Količina soli u dodatnoj vodi jednaka je količina soli odstranjenih odsoljavanjem i odstrujavanjem, odnosno: m wi + m ws + m wo =C( m ws + m wo ) Iz ove jednadžbe proizlazi količina vode koju treba kontrolirano ispuštati radi odsoljavanja da bi se konventracija soli u vodi održala u dozvoljenim granicama, odnosno da bi se održao odreñeni koncentracijski broj C. mwi m = m wo ws C 1