Выбор схемы выпарной установки При проектировании выпарных станций необходимо технически грамотно и экономически обоснованно выбирать оптимальный ва¬риант схемы (рис. 4.12). В качестве греющего теплоносителя для выпарных установок применяют водяной пар от заводской котельной или из отборов паровых турбин с давлением 0,5—1,0 МПа и температурой 140—180 °С. При необходимости получения более высоких температур для выпаривания могут быть использованы высокотемпературные-теплоносители (дифенильная смесь, минеральные масла, кремнийорганические соединения) или трубчатые электрические нагреватели (ТЭН). В качестве хладоносителя для конденсации вторичных паров из последней ступени выпарной установки в конденсаторах используют, как правило, охлаждающую воду из водоемов (рек, озер, брызгального бассейна, градирен). В районах с дефицитом воды в последнее время стали применять конденсаторы с воздушным охлаждением. Чтобы правильно спроектировать выпарную установку, необходимо выбрать: схему подогрева раствора; схему подачи раствора в аппараты; оптимальное число ступеней установки; рациональную систему использования вторичных энергетических ресурсов. Схема подогрева раствора. Греющий пар для первой ступени выпарной установки должен иметь такую температуру, чтобы обеспечивался необходимый перепад температур между теплоносителем, и раствором в первом корпусе (не менее 10 °С) и чтобы располагаемая разность температур во всей выпарной установке была достаточной для обеспечения полезного перепада температур в каждой ступени с учетом всех депрессий . Вместе с тем нельзя без технологической необходимости повышать температуру греющего пара, так как; повышение ее достигается или увеличением расхода топлива,, или недовыработкой электроэнергии в турбогенераторе. Кроме того, пар с повышением температуры, а следовательно, и давления требует применения более прочных трубопроводов и оборудования, что вызывает удорожание всей установки. Раствор перед поступлением на выпаривание в первую ступень выпарной установки подогревают до температуры, по возможности близкой к температуре кипения. Для этой цели в прямоточных схемах в первую очередь используют вторичный пар и конденсат последней ступени, а затем последовательно подогревают раствор в каскаде теплообменников экстрапарами и конденсатом из ступеней более высокого давления. Окончательный догрев раствора осуществляют часто свежим паром в специальном подогревателе. Подогрев раствора до температуры кипения перед выпарными аппаратами уменьшает площадь поверхности нагрева выпарных аппаратов, стоимость 1 м поверхности которых всегда выше стоимости 1 м поверхности обычных теплообменников. . Конденсат из первой ступени выпарной станции, как правило, настолько чист, что его следует возвращать на ТЭЦ или в котельную, в то время как конденсат из других ступеней содержит уносимые на pactBopa соли и в качестве котловой питательной воды использован ^ыть не может. В противоточных выпарных установках ступенчатый регенеративный нагрев раствора не применим, так как слабый раствор поступает на выпаривание в «холодном» конце выпарной установки. Схема подачи раствора в аппараты. Из-за простоты и экономичности наибольшее распространение получила прямоточная схема подачи раствора в аппараты многоступенчатой выпарной установки, для выпаривания растворов с сильно возрастающей вязкостью целесообразно црименять схему с противоточной подачей раствора, когда наиболее вязкий раствор выпаривается при наиболее высокой температуре; при этом следует иметь в виду, что после каждого аппарата необходимо ставить насос для перекачивания раствора (рис. 4.6,д;), Схемы с параллельным и смешанным питанием применяют для сильно кристаллизующихся растворов; они получили меньшее распространение, Оптимальное число ступеней установки. Многоступенчатое выпарbвание дает возможность получить значительную экономию теплоты. С учетом потерь теплоты расход греющего пара D, йг/с, в выпарной установке с л .ступенями можно выразить формулой где общее количество выпаренной воды во всех ступенях установки, кг/с; Щп — коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду через изоляцию и другие наружные элементы установки, недоиспользование теплоты конденсата, а также увеличение скрытой теплоты испарения с понижением давления пара; для трех-четырехступенчатых установок tin » 0,85. Очевидно также, что приращение .экономии теплоты снижается с увеличением числа ступеней. Если при переходе от одноступенчатой выпарки к двухступенчатой расход свежего пара снижается почти вдвое, то в пятиступенчатой установке в сравнении c четырехступенчатой расход пара снижается только на одну десятую часть. Кроме того, с увеличением числа ступеней удлиняется и усложняется общая схема, повышается стоимость установки, затрудняются условия эксплуатации. Теоретическим пределом количества ступеней в выпарной установке является Такое число их, при котором полезная разность температур на один корпус не понижается ниже минимального положительного значения. Для маловязких растворов в первой ступени это значение не должно быть менее 10°С, а в последних ступенях, где вязкость рас¬твора высока или сильно выпадают кристаллы, полезная разность температур должна быть 28—ЗО^С и более. Целесообразное число ступеней в установке с многократным выпариванием определяют мно¬говариантными экономическими расчетами с использованием ЭВМ. Упрощенно представив экономические затраты на процесс выпари¬вания в виде трех составляющих: стоимости теплоты; затрат на обслуживание; амортизационных отчислеций, можно суммарные затраты на выпаривание в установках с различным числом ступеней представить в виде графика (рис. 4.13). Здесь принято: расход пара с ростом числа ступеней снижается; затраты на обслуживание не изменяются; амортизационные расходы возрастают пропорционально числу ступеней. Суммарные затраты имеют минимум, который для реальных современных выпарных установок соответствует 3^—4 ступеням выпаривания. Рисг. 4.12. Схема, выпарной установки с использованием вторичных энергоресурсов: 1 — выпарной аппарат; 2 — подогреватель раствора; 5 — конденсатоотводчик; 4 — адиабатные расширитель; 5 — насос
Рис. 4.13. Определение оптимального числа ступеней в многоступенчатой выпарной установке: линия асуммарные затраты; линия б —затраты на производство греющего пара; линия в — амортиза¬ционные расходы; линия г—затраты на обслуживание
Рациональная схема использования вторичных энергетических ресурсов. В каждом аппарате выпарной установки вырабатывается большое количество вторичного пара и образуется горя¬чий конденсат греющего пара. Вторичные пары целесообразно максимально использовать для выпаривания раствора, в следующей ступени установки, а также для предварительного подогрева слабого раствора или отправлять избыгочный вторичный пар сторонним потребителям. Пар из последней ступени выпарной установки наиболее выгодно отдавать стороннему потребителю (если таковой имеется). ДЛя этих целей давление пара за последней ступенью иногда поддерживают выше атмосферного. Если постоянных потребителей низкопотенциальпой теплоты нет, то выпарная устайовка проектируется с конденсатором для пара последней ступени, в котором с помощью охлаждающей среды (воды или воздуха) поддерживается давление 0,01—0,02 МПа. Теплота конденсатов, образующихся в выпарных аппаратах, за исключением последней ступени, используется в специальных теплообменниках для предварительного подогрева слабого раствора. Развернутая схема многоступенчатой выпарной установки с использованием вторичных энергоресурсов изображена на рис. 4.12.
