Пример Парораспределитель состоит из коллектора диаметром 0,08 м и длиной 1,4 м, и трех патрубков диаметром 0,06 м и длиной 1,2 м. Он установлен в воздуховоде, скорость воздуха в котором равна 4 м/с, и снабжается паром от централизованной системы парораспределения через теплоизолированный паропровод с внутренним диаметром 0,06 м и длиной 0,07 м. Номинальный расход пара в распределителе составляет Gv = 150 (кг пара)/ч. Рассчитать паразитную реконденсацию пара: ❏ в соединительном паропроводе; ❏ в нетеплоизолированном распределителе и распределителе, покрытом теплоизоляцией из керамического пластика толщиной 2 мм, теплопроводность которого λ = 0,02 Вт/(м⋅°С). Количество конденсата, образующегося в изолированном транспортном паропроводе за 1 ч, оценим с помощью диаграммы на рис. 8.36. Получим, что оно равно 70 м × 80 (г пара)/(ч⋅м) = 5600 (г пара)/ч. Количество конденсата, образующегося в распределителе за 1 ч, оценим с помощью диаграммы на рис. 8.38. Оно равно для нетеплоизолированного и теплоизолированного парораспределителей, соответственно: 1 × 1,4 м × 1350 (г пара)/(ч⋅м) + + 3 × 1,2 м × 1050 (г пара)/(ч⋅м) = 5800 (г пара)/ч, 1 × 1,4 м × 260 (г пара)/(ч⋅м) + + 3 × 1,2 м × 200 (г пара)/(ч⋅м) = 1080 (г пара)/ч. Конденсация, как для первого, так и для второго случая, равна 11400 и 6900 (г пара)/ч, что составляет 7,5 и 4,5 % от номинальной производительности, соответственно. Несмотря на то, что количество сконденсировавшегося пара практически не зависит от текущей производительности увлажнителя, средние потери энергии в результате конденсации могут быть приблизительно выражены через КПД установки — ηc = 97–98 % для автономных и ηc = 92–94 % для централизованных увлажнителей. Общие годовые затраты YECleak [евро/год] из-за потерь вследствие рассеяния теплоты составят: где YEC — затраты на производство теплоты, необходимой для перехода воды в пар (см. раздел 16.3.1). Расходы на техническое обслуживание Расходы на техническое обслуживание играют важную роль в оценке общих эксплуатационных расходов. Их можно оценить на основе годовых затрат путем умножения типовых трудозатрат MRH для различных типов увлажнителей (перечисленных в табл. 13-I и обобщенных для удобства в табл. 16-V) на удельную стоимость труда ULC по формуле: YMLC = MRNULC. (16.7) Стоимость обработки подпиточной воды Обработка воды требуется в одном или нескольких приведенных ниже случаях: 1. Обеспечение надежного функционирования установки, например, распылителя со струйными форсунками или ультразвукового увлажнителя. 2. Уменьшение расходов, связанных с периодическим удалением известковой накипи во всех типах увлажнителей. Экономические преимущества различных типов увлажнителей можно оценить из сравнения затрат на техническое обслуживание, приведенных в табл. 16-V, и стоимости обработки воды. 3. Во избежание потерь энергии из-за дренирования горячей воды в парогенераторах. В этом случае оценка затрат также может быть выполнена сравнением потерь энергии и стоимости обработки воды. Наиболее популярными способами обработки воды являются умягчение и деминерализация с использованием последних достижений технологии обратного осмоса (см. раздел 1.6). Процесс деминерализации дороже, тем не менее, он имеет преимущество по сравнению с процессом умягчения, поскольку: ❏ в распылительных увлажнителях почти полностью исключена подача в помещение твердых частиц, оставшихся после испарения воды (см. раздел 7.2.3); ❏ в испарительных адиабатических увлажнителях с водяными баками ограничена концентрация солей, которая в случае умягчения воды с течением времени увеличивается, вызывая коррозию; ❏ в изотермических увлажнителях резко уменьшены потребности в дренировании воды и связанные с этим потери энергии — тем самым уменьшается общее количество подпиточной воды, что компенсирует разницу в стоимости деминерализации и стоимости умягчения воды в случае слишком высокого содержания солей (см. пример 16.4), тем не менее, необходимо помнить, что интенсивное обессоливание воды несовместимо с принципом работы увлажнителей с погружными электродами. Стоимость подачи необработанной водопроводной воды в общем случае минимальна и, таким образом, пренебрежимо мала. Но в случае обработки подпиточной воды связанные с этим затраты должны учитываться при оценке эксплуатационных расходов на содержание увлажнителя. В установках, в которых обессоливание и деминерализация уже проведены для других нужд, стоимость обработки воды очень низка. В этом случае удельную стоимость SWTC можно оценить в среднем в 0,00015–0,00020 евро/л. При обработке воды путем деминерализации с помощью обратного осмоса удельная стоимость обработанной воды зависит от размера установки (который влияет на амортизационные расходы) и годового расхода воды. Чтобы оценить удельную стоимость обработанной воды SWTC, можно использовать диаграмму, приведенную на рис. 16.4. Проведя вертикальную линию, соответствующую годовому потреблению воды (л/год, ось OX), и горизонтальную линию, соответствующую размеру деминерализатора (выбранному по максимальному расходу воды — ось OY), по параметрической прямой, проходящей через точку пересечения этих двух линий, можно определить среднюю удельную стоимость SWTC обессоленной воды с учетом семилетней амортизации, потребляемой энергии и технического обслуживания. Пример Оцените экономические преимущества деминерализации подпиточной воды с помощью обратного осмоса в автономном увлажнителе с газовым теплогенератором с номинальной производительностью Gн,hum,nom = 120 кг пара/ч и годовым производством пара Qhum,yr = 250 тыс. (кг пара)/год, если электрическая проводимость воды при температуре кипения составляет σ100 = 5000 мкСм/см. Подпиточная вода имеет следующие характеристики: ❏ общее количество растворимых солей — TDS = 650 мг/л; ❏ электрическая проводимость при температуре 20 °С — σ20 = = 720 мкСм/см; ❏ временная жесткость — 15 °F. Предположим, что средняя теплота сгорания природного газа NHV составляет 9,4 кВт⋅ч/м3, удельная стоимость природного газа EUC равна 0,45 евро/м3, а сезонный КПД генератора ηs составляет 0,9. Стоимость трудозатрат при техническом обслуживании установки равна 20 евро/ч. При заданных условиях коэффициент дренирования при использовании необработанной воды составляет DR = 0,3 (см. главу 1). Годовое количество воды, поданной в бойлер, составляет 355 тыс. л/год, из которых 105 тыс. л/год (30 %) дренируются и 250 тыс. испаряются. Количество энергии, необходимое для испарения воды, равно: Qhum,yr(r0 + cp,surr) = 250 000 × 2591 = = 6,5 × 108 кДж ≅ 180000 кВт⋅ч/год. что соответствует расходу природного газа: Тогда общие затраты составят: 21 280 × 0,45 = 9576 евро/год. Поскольку коэффициент дренирования DR = 0,3 соответствует КПД ηdr = 94,4 % (см. раздел 8.5), значит, для работы установки необходимо дополнительное количество газа: стоимость которого равна: 1262 × 0,45 ≈ 568 евро/год. Эту сумму можно полностью сэкономить, если использовать обессоленную воду с электрической проводимостью σ20 = 50 мкСм/см. В этом случае коэффициент дренирования уменьшится до DR = 0,027, а соответствующий КПД возрастет до ηdr = 99,6 %. Расход подпиточной воды уменьшится до 251 тыс. л/год, из которых почти 1000 л/год уйдет на дренирование, т.е. потери энергии существенно снизятся (≈ 9 м3/год природного газа с общей стоимостью около 4 евро/год). Если использовать отдельный деминерализатор с обратным осмосом с номинальной производительностью 150 л/ч (переразмеренный на 25 % относительно номинальной паропроизводительности увлажнителя), то по диаграмме на рис. 16.4 находим, что стоимость одного литра обработанной воды, включая амортизацию, будет равна SWTC = 0,0021 евро/л, а общие годовые затраты составят 251 000 × 0,0021 = 525 евро/год. Кроме того, при использовании обессоленной воды на 8 ч/ год уменьшится время, необходимое для технического обслуживания установки (см. табл. 16-V), что соответствует экономии: 8 × 20 = 160 евро/год. В результате, разница в величине годовых затрат составит: 525 – 565 – 160 = –200 евро/год. При использовании централизованной системы деминерализации (с оценочной стоимостью обработки воды SWTC = = 0,00020 евро/л), общие годовые затраты составят: (251 000 × 0,0002) – 565 – 160 = –675 евро/год. что равно почти 7 % от расходов, связанных с использованием необработанной воды. Общая годовая стоимость обработки воды YWTC в евро/год составляет: YWTC = SWTCQw,yr, (16.8) где Qw,yr представляет собой годовой расход подпиточной воды в л/год (который не равен количеству произведенного пара Qhum,yr). Однако, поскольку использование обессоленной воды почти полностью исключает необходимость ее дренирования, для изотермических и испарительных адиабатических увлажнителей можно записать как Qw,yr ≈ Qhum,yr. Это уравнение не справедливо для распыляющих увлажнителей, установленных в воздуховодах, расход подпиточной воды в которых должен быть увеличен, чтобы компенсировать ту часть аэрозоли, которая не испарилась: где ε — степень дисперсии или поглощения увлажнителя (см. раздел 7.1). Использование умягченной воды не меняет требований к расходу подпиточной воды в адиабатических установках. Расход необходимо увеличивать (и иногда значительно), особенно при использовании изотермических увлажнителей, из-за увеличения коэффициента дренирования DR. Расходы, связанные с проверкой бактериологической чистоты воды Адиабатические увлажнители с рециркуляцией воды или увлажнители с водяными баками (разбрызгиватели, увлажнители со смоченным наполнителем и рециркуляцией воды, роторные увлажнители с поддонами) обладают особенностями, благоприятными для размножения бактерий, особенно бактерий Legionella, которые потенциально очень опасны. В стандарте, выпущенном в Германии (VDI 6022, июль 1998 г.) и представленном в табл. 14.1, приводится перечень работ по обслуживанию и контролю увлажнителей, которые должны свести к минимуму возможность размножения бактерий. Самыми дорогостоящими из этих работ являются двухнедельная проверка увлажнителя на бактериологическую чистоту, а также слив воды, чистка и сушка поддона после 48 ч простоя установки. Ответственность как экономическая, так и административная, связанная с размножением бактерий Legionella, заставляет распространять стандарт VDI 6022 даже в тех странах, которые не имеют четких и обязательных правил санитарной гигиены. Если принять, что YBCN — количество проб и бактериологических анализов за год, а UBCC — стоимость в евро каждой операции (в Европе в среднем это 50–70 евро), то годовые затраты на бактериологическую защиту увлажнителя составят: YBCC = YBCNUBCC. (16.10) Учитывая двухнедельный интервал проверки, рекомендованный стандартом VDI, годовые затраты можно оценить по формуле: YBCC = 2UBCC, (16.10a) где YHOM — количество месяцев работы установки в году. Адиабатические увлажнители без рециркуляции воды и без поддонов не требуют проверки на бактериологическую чистоту, поскольку периодическое дренирование и/или автоматическая промывка контуров предусматривает их остановку каждые 24 ч. Изотермические увлажнители, очевидно, не подвержены опасности бактериологического заражения из-за бактерицидного эффекта пара, имеющего температуру 100 °С. Тем не менее, стерильность подпиточной воды должна быть гарантирована. ❏ Продолжение следует.