A túlhűtés egyensúlya
A kondenzátum gőzzel fűtött PTFE hőcserélőből távozik a gőztelítési hőmérséklet alatti hőmérsékleten. Ez a hőmérséklet-különbség a túlhűtési fok. Ha a kondenzátum túl melegen,-túl alacsony hűtéssel- távozik, gőzzé villog az alacsonyabb-nyomású kondenzátum visszatérő vezetékben. A gyorsgőz az elveszett energiát jelenti, amelyet a kazánnak kell pótolnia. Ha a kondenzátumot túlságosan túlhűtik, a kondenzvízvezeték lehűl, és csökken a kondenzációs gőzzsákokból származó vízkalapács veszélye,-de előfordulhat, hogy a hőcserélő elárasztott csövekkel működik, ami csökkenti a hatékony felületet.
Az optimális túlhűtési fok egyensúlyba hozza ezeket a versengő tényezőket. Elegendő hűtést biztosít a gyors gőzveszteség minimalizálásához, miközben a kondenzátum hőmérsékletét elég magasan tartja ahhoz, hogy a hőcserélő csöveit ne árassza el a kondenzvíz.
A PTFE hőcserélők esetében az optimális túlhűtési tartomány kissé eltér a fémes hőcserélőkétől, mivel a PTFE csövek termikus tömege kisebb, és gyorsabban reagálnak a kondenzátumszint változásaira.
A Flash Steam mechanizmus
A kondenzátum telítési hőmérsékleten és nyomáson érzékelhető hőt tartalmaz a telítési entalpiánál. Amikor ez a kondenzátum a gőzcsapdán keresztül egy alacsonyabb-nyomású visszatérő vezetékbe jut, a felesleges entalpia hatására a kondenzátum egy része gőzzé válik. A felvillanó frakció a következő: Flash frakció=(hf{4}} hf2) / hfg2, ahol hf1 a kondenzátum entalpiája a felfelé irányuló nyomáson, hf2 a kondenzátum entalpiája az alsó nyomáson, és hfg2 a látens hő az alsó nyomáson.
Egy 3 barg-os (143 fokos) rendszerből a légköri visszatérő vezetékbe (100 fokos) történő kondenzátum kibocsátása esetén a gyorsulási arány körülbelül 10%. Egy kilogramm kondenzátum 0,1 kg gyorsgőzt termel. Ez a villanógőz a visszatérő vezetéken halad végig, és gyakran a kondenzvízgyűjtőnél távozik a légkörbe. Az elveszett gőzt további kazántüzeléssel kell pótolni.
A kondenzátum túlhűtése, mielőtt az áthaladna a csapdán, csökkenti a fellángoló frakciót. 10 fokos túlhűtésnél (143 fok helyett 133 fokos kisütésnél) a flash-frakció körülbelül 6%-ra csökken. 20 fokos túlhűtésnél 2%-ra csökken.
1. táblázat: A gyorsgőz és a túlhűtés kapcsolata (3 barg gőz, atmoszférikus kondenzátum visszaáramlás)
| Kondenzátum kibocsátási hőmérséklet ( fok ) | Túlhűtési fok ( fok ) | Flash Steam frakció (%) | Energiaveszteség (kW/100 kW üzem) | Water Hammer Risk | Cső elárasztási kockázata |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (telített) | 0 | 10 | 3.5 | Magas (két{0}}fázisú áramlás a visszatérő vezetékben) | Egyik sem |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Mérsékelt | Nagyon alacsony |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Alacsony | Alacsony |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Nagyon alacsony | Mérsékelt |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Egyik sem | Magas (valószínűleg elárasztott csövek) |
A PTFE túlhűtés szabályozási módszere
Az utóhűtést a kondenzvíz-elvezetés vezérli, nem pedig a hőmérséklet-szabályozó. Egy megfelelő méretű úszó-és A tömítés megakadályozza, hogy élő gőz fújjon át a csapdán. A folyamatos ürítés elkerüli a vízkalapácsot okozó időszakos csigákat.
A PTFE hőcserélő csöveken és a kondenzvízgyűjtőn keresztül a kondenzátum elvezetéseként létrejövő természetes túlhűtés 5-10 fokos túlhűtést biztosít minden további felszerelés nélkül. A PTFE cső kondenzátumoldali fala érintkezik a technológiai közeggel, amelynek hőmérséklete alacsonyabb, mint a gőzé. Ahogy a kondenzátum elfolyik ezen a falon, lehűl.
Ha további túlhűtésre van szükség, akkor a hőcserélő és a csapda között egy rövid hosszúságú, nem fűtött kondenzátum cső biztosítja azt. A cső hőcserélőként működik a kondenzátum és a környezeti levegő között. A PTFE rendszereknél erre ritkán van szükség, mert az 5-10 fokos természetes túlhűtés közel van az optimálishoz.
A vízkalapács csatlakozás
A kondenzvíz-visszavezető vezetékekben lévő vízkalapácsot a gőzzsebek összeomlása okozza. Amikor a gyorsgőz és az aláhűtött kondenzátum együtt él egy csőben, a gőzbuborékok gyorsan összeomlanak, miközben lecsapódnak. Az összeomló buborék helyi vákuumot hoz létre, amely befelé szívja a környező folyadékot. A folyékony tömegek becsapódása hozza létre a kalapácsnyomás impulzust.
A 10-15 fokos túlhűtés fenntartásával a gyorsgőz megszüntetése megszünteti a gőzbuborékok forrását. A kondenzátum visszatérő vezeték egyfázisú folyadékként folyik, amely csendes és mechanikailag jóindulatú. A gyorsgőzből származó energiaveszteség 50-65%-kal csökken a telített kondenzátum kisüléshez képest.
Összegzés
A PTFE hőcserélők optimális kondenzátum túlhűtési foka 10-15 fok. Ez a gyorsgőzveszteséget a teljes gőzáram 3,5-5,5%-ára csökkenti, szemben a telített kibocsátás 10%-ával, miközben fenntartja a csőelvezetést elárasztás nélkül. A természetes túlhűtés, amely a kondenzátum PTFE-csöveken és gyűjtőcsöveken keresztül történő elvezetéseként jelentkezik, biztosítja a túlhűtés nagy részét kiegészítő berendezések nélkül.
A 10-15 fokos túlhűtés a vízkalapácsot is kiküszöböli, mivel egyfázisú folyadékáramlást biztosít a kondenzátum visszatérő vezetékében. A csökkentett gőzgőzből származó energiamegtakarítás, valamint a vízkalapácsok kiiktatásából adódó csökkentett karbantartási ráfordítások gyors megtérülést biztosítanak a kondenzvíz-rendszer optimalizálására fordított befektetések esetében.
A PTFE hőcserélő kondenzátumrendszerének tervezésére vonatkozó műszaki ajánlások a gőznyomás, a kondenzátum visszatérő rendszer nyomása, a hőterhelés és a megfigyelt vízkalapács vagy magas kondenzátumhőmérséklet benyújtásakor állnak rendelkezésre.
