Журнал "Дальневосточный энергопотребитель." №10. Октябрь 2006 А.Ф. Недугов, к. т. н., М.А. Куркулов.
В настоящее время для подогрева воды в системах водоподготовки, теплоснабжения и горячего водоснабжения широко используются водогрейные котлы, пароводяные кожухотрубные подогреватели, пластинчатые теплообменники. Наличие в природной воде растворенных минеральных солей приводит к образованию на поверхностях нагрева трудноудаляемой накипи, ухудшающей передачу тепла нагреваемой воде. Это приводит к значительному увеличению расхода пара на нагрев и перерасходу топлива. Например, слой накипи толщиной в 3 мм поглощает 25% тепловой энергии, а если на стенках котла или бойлера наросло 13 мм, то теряется уже 70% тепла, при этом отложения толщиной 10 мм появляются менее чем за год. Очистка внутренних каналов теплообменника от накипи – дорогостоящий и трудоемкий процесс. Наиболее остро эта проблема стоит в системах химической очистки воды (подогрев исходной воды перед осветлителями, катионитными фильтрами, декарбонизаторами и т.д.).
Указанные недостатки удалось устранить ООО «Прессмаш» при создании теплообменника смесительного типа УМПЭУ за счет применения новых технологий подогрева воды паром, исключающих как образование накипи в теплообменнике, так и присущий известным струйным аппаратам шум.
Теплообменник УМПЭУ является струйным подогревателем воды, в котором рабочим телом является нагреваемая вода, а инжектируемым - пар. Поступающая на вход теплообменника нагреваемая вода разделяется на два потока: первый поступает в разгонное сопло 1, служащее для создания местного разрежения в потоке, а второй (в объеме до 10%) - по байпасному трубопроводу 2 поступает в камеру предварительного смешения пара и воды 3, установленную на подводе пара. В камере предварительного смешения происходит дросселирование пара, орошение пара водой с помощью струйных форсунок 4 и завихрение двухфазной смеси генераторами вихря 5. Далее двухфазная смесь, имеющая вихревую структуру, поступает в зону разрежения 6, созданную соплом, и конденсируется на турбулентной водяной струе 7, нагревая тем самым поток воды. Пульсации давления нагретого потока демпфируются в гасителе пульсаций 8. Эффект демпфирования достигается за счет упругости газов над свободной поверхностью воды 9 в емкости гасителя, отделенной от основного потока проницаемой стенкой 10.
Работы по созданию теплообменника УМПЭУ были начаты в 1999 году. К настоящему времени выпущено и запущено в промышленную эксплуатацию свыше ста УМПЭУ различного назначения диаметрами от 50 мм до 400 мм. Результаты их эксплуатации в течение нескольких лет и отзывы энергетиков показали, что УМПЭУ с успехом заменяет бойлеры, пластинчатые подогреватели, водогрейные котлы в системах теплофикации промышленных предприятий и коммунальной сферы, имея перед ними следующие преимущества:
- в УМПЭУ не образуются отложения накипи внутри теплообменника вследствие высокой турбулизации потоков и их вихревой структуры; по отзывам энергетиков, это идеальное решение для подогрева исходной сырой воды в системах ХВО;
- в УМПЭУ отсутствуют потери, связанные с передачей тепла от пара к воде, так как в них нет поверхностей теплообмена в виде тонкостенных трубок и пластин, а вся внутренняя энергия пара передается полностью воде в результате смешения пара и воды (коэффициент передачи тепла близок к единице и сохраняется неизменным в процессе длительной работы);
- при применении УМПЭУ выводится из эксплуатации система сбора конденсата;
- исключаются затраты на ремонт, замену трубных пучков, их чистку, повышается надежность, так как УМПЭУ изготовляются из бесшовных стальных труб и штампованных деталей трубопроводов.
На основании положительных результатов промышленной эксплуатации в течение нескольких лет в различных климатических условиях в различных тепловых системах (водоподготовка, теплоснабжение, ГВС, деаэрация, утилизация отработавшего пара, подогрев перегретой воды, вентиляция) Ростехнадзором России выдано разрешение на серийное изготовление и применение УМПЭУ на опасных производственных объектах для IV категории трубопроводов пара и горячей воды согласно ПБ 10-573-03. Производство УМПЭУ налажено в г. Миассе Челябинской области на предприятии ООО «Прессмаш». Модельный ряд выпускаемых теплообменников позволяет нагреть практически любой объем воды.
Обозначение УМПЭУ |
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 |
Максимальный подогрев воды одним УМПЭУ составляет 300С. Для увеличения тепловой мощности устанавливают последовательно два УМПЭУ (подогрев на 600С).
Греющий пар может быть как острым, так и отработавшим, причем допускается использование пара с давлением как большим, так и меньшим (на 0,5-1,0 атм.) давления нагреваемой воды. Это позволяет использовать УМПЭУ также и для утилизации отработавшего пара (выпара) при решении задач энергосбережения и экологии.
Особенности включения УМПЭУ в тепловую систему мало отличаются от требований по включению других теплообменников: для регулирования тепловой мощности изменяют расход пара, например, регулирующим клапаном; на подводе пара устанавливают обратный клапан. Для отсечки пара при прекращении подачи воды (авария теплосети, отключение насоса или электроснабжения и т.п.) на подводе устанавливают отсечной клапан. На выходе УМПЭУ создают прямолинейный участок трубы длиной несколько десятков калибров. Для закрытой системы теплоснабжения предусматривают систему поддержания постоянного давления воды на входе в УМПЭУ.
При использовании теплообменников УМПЭУ в тепловых системах и системах химической водоподготовки исходной воды котельных и ТЭЦ достигается ощутимый экономический эффект. Практика это подтверждает.
Разработчик,изготовитель,патентообладатель: ООО «Прессмаш» г.Миасс
Почтовый адрес: 456313, Челябинская обл., г. Миасс, а/я 692.
Тел./факс: (3513) 29-80-48, 28-67-94.
pressmash@miass.ru
Пояснения к рисункам и фотографиям:
Рис. 1. Схема теплообменника УМПЭУ с камерой предварительного смешения:
1 – сопло водяное; 2 – байпасный водовод; 3 – камера предварительного смешения пара с водой; 4 – струйные форсунки; 5 – генератор вихрей; 6 – зона разрежения; 7 – водяная струя; 8 – гаситель пульсаций давления; 9 - свободная поверхность воды;10 - проницаемая стенка; 11 – вихревые двухфазные течения;
П – пар; ХВ – холодная вода; ГВ – горячая вода.
Рис. 2. Фото УМПЭУ 07.00.000 (Ду 150 мм),ОАО «Балаковорезинотехника» (Саратовская обл.).