Во многих технологических процессах для нагрева различных продуктов используются теплообменники-конденсаторы кожухотрубчатого или смешивающего типов. Тепло конденсации греющего пара в них передается другому теплоносителю (продукту), а конденсат сливается в конденсатосборники.

    Часто конденсат греющего пара, имеющий относительно низкую температуру (40 — 100°С), сливается в канализацию или, в лучшем случае, когда он не загрязнен, транспортируется обратно в источник теплоснабжения (ТЭЦ или котельную). При этом, практически во всех случаях, его температура снижается до температуры окружающей среды и содержащееся в нем низкопотенциальное тепло переходит в окружающую среду, то есть уходит из теплосилового цикла.

    На предприятиях различных отраслей промышленности (химической, нефтехимической), как правило, имеется избыточный пар низких параметров, отработанный низкопотенциальный пар с турбоприводов, имеющих высокую температуру, утилизация которых затруднена из-за невозможности использования такого пара напрямую в технологии. В то же время значительное количество тепла теряется при дросселировании пара в РОУ до технологически необходимых параметров. Наиболее простым и эффективным способом решения проблемы утилизации низкопотенциального пара является повышение его давления и температуры до технологически приемлемых параметров с помощью пароструйного компрессора (ПК). В результате процесса инжекции за счет энергии пара более высоких параметров повышается давление инжектируемого пара и, кроме того, есть возможность повысить его температуру до необходимого значения, что очень важно в случае , если утилизируемый пар является насыщенным. Такой способ утилизации низкопотенциального пара имеет преимущества перед другими методами ввиду низких капитальных вложений и не требует существенного изменения в технологии.

   Принципиальная схема установки для утилизации низкопотенциального тепла приведена ниже.

    Работа установки происходит следующим образом. Пар к потребителю может поступать от источника непосредственно (линия 1) или через пароструйный компрессор (линия 2). В случае, если в конденсатный бак поступает горячий конденсат, пар от источника к потребителю направляется по линии 2 через пароструйный компрессор (ПК). ПК эжектирует пар, испаряющийся из горячего конденсата, и сжимает его до давления, требуемого потребителем. При этом происходит частичное замещение расхода пара от источника, эжектируемым из конденсатосборника. Когда температура конденсата недостаточна и для его выпаривания требуется слишком низкое давление в конденсатосборнике, которое не может поддерживать ПК при заданном давлении пара на выходе из установки, линия 2 перекрывается и пар к потребителю направляется по линии 1. 

    Возможно использование регулируемого ПК, который оснащен паровым соплом с иглой, регулирующей его проходное сечение. Такая конструкция ПК позволяет расширить диапазон регулирования расходов пара.

    Установка должна быть оснащена запорно-регулирующей арматурой и КИП.

  Пример ориентировочного расчета основных параметров работы утилизационной установки.

Дано:

- расход конденсата, Gк = 10 т/ч,

- температура конденсата, tк1 = 90°С,

- требуемый расход пара потребителем, Gс = 20 т/ч,

- требуемое давление пара потребителем, Рс = 0.15 МПа,

- располагаемое давление пара от источника, Рр = 1.3 МПа.

    Допустим охлаждение конденсата будет происходить до tк2 = 60 °С, тогда давление пара в конденсатосборнике составит Рк = 0.02 МПа. 

    Следовательно, ПК должен сжимать эжектируемый пар с 0.02 до 0.15 МПа, то есть в 7.5 раз. Степень снижения рабочего давления в сопле ПК равна Рр/Рк = 1.3/0.02 = 65. При таких соотношениях давлений массовый коэффициент инжекции ПК составит 0.16. 

   Для заданных условий работы утилизационной установки расход эжектируемого пара из конденсатосборника будет равен Gн = 2.76 т/ч, а расход рабочего пара на ПК из источника – Gр = 17.24 т/ч.

    Расход тепла, отведенного от горячего конденсата ПК, определится по формуле: 


Qк = Gк × tк1 – (Gк – Gн) × tк2 =


= 10000 × 90 – (10000 – 2760) × 60 = 565600 ккал/ч


    Итак, при утилизации тепла конденсата предлагаемым способом можно экономить значительное количество тепла.