Kompresory pary
Zawartość
- Ciśnienie pary wtórnej jest często zbyt niskie, aby można ją było ponownie wykorzystać
- Podnoszenie ciśnienia pary
- Użycie inżektora parowego do łączenia pary nisko- i wysokociśnieniowej
- Sprawność inżektora (sprężarki) parowego
Gdy odwadniacze średnio- i wysokociśnieniowe odprowadzają kondensat, niskie ciśnienie w linii powrotnej kondensatu powoduje, że część kondensatu odparowuje zamieniając się z powrotem w parę tzw. parę wtórną. Para ta zawiera cenną energię cieplną, która - jeśli zostanie efektywnie wykorzystana - może przyczynić się do zwiększenia wydajności cieplnej instalacji i zmniejszenia zużycia energii. Niestety zbyt często zdarza się, że para wtórna jest odprowadzana do atmosfery, a energia w niej zawarta cieplna jest tracona.
Istnieją jednak dwie metody zatrzymania energii cieplnej: odzysk pary wtórnej i sprężanie pary wtórnej.
Jednym z najczęstszych sposobów odzysku ciepła jest instalacja ciśnieniowego zbiornika tzw. rozprężacza, w którym panuje przeciwciśnienie pozwalające na przesył pary do instalacji pary niskociśnieniowej.
Jednakże, po pierwsze problem pary wtórnej ciągle występuje choć w mniejszym stopniu dla kondensatu z rozprężacza, a po drugie czasami zbyt duże przeciwciśnienie może wpływać na pracę urządzeń technologicznych i pracujących na nich odwadniaczy. W takich przypadkach układ z inżektorem sprężającym jest bardziej efektywnym rozwiązaniem.
Ciśnienie pary wtórnej jest często zbyt niskie do ponownego użycia
Po uwzględnieniu zarówno warunków pracy wymaganych dla zastosowania pary pierwotnej, jak i ilości odprowadzanego kondensatu, często występuje rozbieżność pomiędzy maksymalnym ciśnieniem wytwarzanej pary wtórnej, a minimalnym ciśnieniem pary niskociśnieniowej która może być wykorzytstana. Na przykład, jeśli ciśnienie pary impulsowej osiąga maksimum 1 barG, a minimalne ciśnienie, które można wykorzystać wynosi 2 barG, wówczas para może zostać odprowadzona do atmosfery zamiast zostać ponownie wykorzystana, ponieważ ciśnienie jest po prostu zbyt niskie, aby spełnić wymóg procesu. Gdyby tylko można było podnieść ciśnienie z 1 barG do 2 barG, można by uniknąć niepotrzebnego upuszczania pary!
- Para wysoko ciśnieniowa
- Para niskociśnieniowa
- Kondensat
Podnoszenie ciśnienia pary wodnej
W przypadku powietrza wzrost ciśnienia można łatwo osiągnąć za pomocą standardowej sprężarki powietrza. Jednak podobne mechaniczne sprężarki do pary nie są zbyt powszechne ze względu na obecność kondensatu. Ponadto podniesienie ciśnienia przez zwykłe dodanie ciepła nie jest możliwe, ponieważ dodanie ciepła bez obudowy izolacyjnej (takiej jak kocioł) powoduje jedynie przegrzanie pary i jej rozprężenie na całej długości rurociągu bez wzrostu ciśnienia. Jak zatem można podnieść ciśnienie pary?
Jedną z odpowiedzi jest połączenie pary o niskim ciśnieniu ze strumieniem pary o wyższym ciśnieniu. Jednak samo połączenie dwóch strumieni przez połączenie rur spowoduje cofnięcie się pary o wyższym ciśnieniu do linii niskociśnieniowej, co może spowodować problemy z odwadniaczami zainstalowanymi przed nimi. Aby zapobiec takiemu cofaniu się pary, konieczne jest użycie inżektora.
Użycie inżektora parowego do łączenia pary nisko- i wysokociśnieniowej
Inżektor parowy można wykorzystać do zasysania pary niskociśnieniowej w strumień pary wysokociśnieniowej, zapobiegając jednocześnie przepływowi wstecznemu i wahaniom ciśnienia na dolocie pary wysokociśnieniowej. Inżektor parowy wysyła parę pod wysokim ciśnieniem (napędową) przez zmniejszony przekrój (dyszę), przyspieszając ją i przekształcając jej energię ciśnienia w prędkość. Ta duża prędkość powoduje z kolei efekt zasysania, który powoduje wciągnięcie pary niskociśnieniowej do komory mieszania i wciągnięcie jej do przepływu głównego. Zwiększona masa połączonego strumienia pary powoduje zmniejszenie prędkości, a gdy strumień ponownie rozpręża się w sekcji dyfuzora, energia prędkości jest zamieniana z powrotem na energię ciśnienia.
- Para wysokociśnieniowa
- Para średniociśnieniowa
- Para niskociśnieniowa
Łączenie nisko- i wysokociśnieniowych strumieni pary
- Para wysokociśnieniowa
- Para średniociśnieniowa
- Para niskociśnieniowa
- Kondensat
Innymi słowy, inżektor parowy wykorzystuje zjawisko termokompresji do mieszania strumieni o dwóch różnych ciśnieniach i wytwarzania pary o ciśnieniu na poziomie średnim, gdzieś pomiędzy strumieniami połączonymi. Umożliwia to podniesienie ciśnienia pary wtórnej do poziomu użytecznego.
Sprawność sprężania pary za pomocą inżektora
Jednym ze wskaźników sprawności sprężarki pary jest "współczynnik zasysania", czyli stosunek ilości pary napędowej potrzebnej do zassania strumienia pary o niższym ciśnieniu i efektywnego podniesienia jego ciśnienia. Na przykład, jeśli do podniesienia 1 tony pary wtórnej do żądanego ciśnienia potrzeba 4,1 tony pary pod wysokim ciśnieniem, współczynnik porywania wynosi 4,1. Dlatego w przypadkach, gdy głównym celem jest podniesienie ciśnienia pary przy użyciu jak najmniejszej ilości pary pod wysokim ciśnieniem, niższy współczynnik zasysania wskazuje na wyższą wydajność.
Im większy współczynnik zasysania, tym większa ilość pary napędowej koniecznej do uzyskania , że do wytworzenia przepływu kombinowanego o wymaganym ciśnieniu zużywa się więcej pary pod wysokim ciśnieniem, a w rezultacie wzrasta całkowita objętość wytwarzanej pary średniociśnieniowej. Czasami może to być nieuniknione, jednakże może się również okazać że nie będzie odpowiedniej ilości odbiorów dla tak dużych ilości pary średniociśnieniowej i zastosowanie takiego rozwiązania może prowadzić do spadku efektywności lub nawet braku możliwości jego zastosowania.
Z tych powodów ważne jest, aby przeanalizować układ pary i kondensatu dla określenia strumieni pary i określić czy w danym przypadku zastosowanie inżektora parowego przyniesie oczekiwane korzyści. Odpowiednie zastosowanie inżektora prowadzi do bardzo dużych oszczędności traconej energii oraz zapewnia redukcję produkcji CO2 , w przypadku gdy para wtórna jest tracona do atmosfery.