Использование энергии пара кратко

Обновлено: 19.05.2024

Пар используется в самых разных отраслях промышленности. Общими сферами применения пара могут быть, например, процессы с парообогревом на заводах и фабриках, паровые турбины на электростанциях, но на этом его использование далеко не ограничивается.

Вот несколько типичных областей использования пара в промышленности:

Далее мы поговорим о различных сферах применения пара, а также приведем и проиллюстрируем несколько примеров парового оборудования.

Пар для отопления

Пар высокого давления

Пар обычно генерируется и распределяется при положительном давлении. В большинстве случаев это означает, что он подается на оборудование при давлении выше 0 МПа (изб.) и температуре выше 100 °C.

Пар высокого давления применяется для обогрева на пищевых фабриках, нефтеперерабатывающих и химических заводах. Насыщенный пар используется в качестве источника нагрева для теплообменников, ребойлеров, реакторов, подогревателей воздуха горения и других видов теплообменного оборудования.

Кожухотрубный теплообменник

В теплообменнике пар увеличивает температуру продукта за счет теплопередачи, после чего сам он превращается в конденсат и выходит через конденсатоотводчик.

Паровая печь

Сухой пар, нагретый до 200 - 800 °C при атмосферном давлении, особенно прост в обращении и используется в бытовых паровых печах, которые сегодня можно купить в магазине.

Вакуумный пар

В последнее время резко возросло применение пара для нагрева воды до температуры ниже 100°C, а именно такая температура традиционно требуется для использования горячей воды.

Когда вакуумный насыщенный пар работает таким же образом, как и насыщенный пар с положительным давлением, его температуру можно быстро изменить, отрегулировав давление. Пар, в отличие от горячей воды, позволяет четко контролировать температуру. Тем не менее, вакуумный насос должен использоваться вместе с другим оборудованием, т.к. с его помощью давление нельзя понизить ниже атмосферного.

Нагревание скрытой теплотой (паром)

По сравнению с подогревом горячей водой, эта система обеспечивает скорый и равномерный нагрев. Установленная температура достигается быстро и без скачков.

Пар для движения

Пар регулярно используется для приведения в движение (в качестве движущей силы) в паровых турбинах. Паровая турбина - это часть оборудования, которая необходима для производства электроэнергии на тепловых электростанциях. Прогресс в увеличении эффективности был достигнут за счет применения всё более и более высоких температуры и давления. Существует несколько тепловых электростанций, которые используют в своих турбинах сухой сверхкритический пар с абсолютным давлением 25 МПа, 610 °C.

Сухой пар часто используется в паровых турбинах для предотвращения повреждений оборудования, вызванных притоком конденсата. Однако на некоторых атомных электростанциях следует избегать использования высокотемпературного пара, так как это может стать причиной проблем с материалом, используемым в турбине. Вместо него обычно используется насыщенный пар высокого давления. В тех случаях, когда необходимо использовать насыщенный пар, в подводящей трубе часто устанавливают сепараторы для удаления конденсата из потока.

Помимо выработки электроэнергии, пар для движения служит для работы турбокомпрессоров или турбонасосов (газовых компрессоров, градирен и т.д.).

Генераторная турбина

Движущая сила пара поворачивает лопасти, которые в свою очередь запускают ротор подключенного электрогенератора, и именно благодаря этому вращению и производится электричество.

Пар как движущая жидкость

Эжектор для поверхностного конденсатора

Мощный пар высокого давления поступает в струйный эжектор через входное сопло, после чего рассеивается. Это создает зону низкого давления, которая захватывает воздух из поверхностного конденсатора.

В аналогичной области применения пар также является основной движущей жидкостью для вторичных дренажных систем, которые используются для откачивания конденсата из вентилируемых приемных резервуаров, испарительных сосудов или парового оборудования, которое работает в режиме срыва.

Пар для атомизации

Атомизация пара — это процесс, при котором пар используется для механического разделения жидкости. В некоторых камерах сгорания, например, в топливо вводят пар, чтобы увеличить до предела эффективность сгорания и минимизировать образование углеводородов (сажи). В паровых котлах и генераторах на мазуте этот метод применяется для дисперсии вязкой нефти на мелкие капли, чтобы обеспечить более эффективное сгорание. При работе факелов также обычно используют принцип атомизации для уменьшения доли загрязняющих веществ в выхлопных газах.

Факел с паровым поддувом

В факелах пар часто смешивается с отработанным газом перед горением.

Пар для очищения

Пар используется для очистки различных поверхностей. Одним из таких примеров в промышленности является использование пара в сажеобдувках. Котлы, использующие нефть или уголь в качестве источника топлива, должны быть оснащены обдувочными аппаратами для циклической очистки стенок печи и удаления отложений из конвекционных поверхностей. Это позволит обеспечить производительность, эффективность и надежность работы котла.

Очистка котловой трубы сажеобдувкой

Пар, выделяемый из выходного отверстия сажеобдувки, вытесняет сухую золу и шлак, которые затем падают в воронку или выходят с сжигаемыми газами.

Пар для увлажнения

Иногда пар используется на производстве для добавления влаги и одновременного подогрева, например, при производстве бумаги. Таким образом, бумага наматывается на валики с высокой скоростью и не подвергается микроскопическим разрывам или надрывам. Другим примером является пресс-гранулятор. Часто пресс-грануляторы для производства комбикорма непосредственно впрыскивают в кондиционер пар для одновременного обеспечения подогрева и дополнительной влаги кормового материала.

Кондиционер для пресс-гранулятора

За счет увлажнения корма он становится мягче, а крахмал, содержащийся в ингредиентах, становится желатиноподобным, что делает сами гранулы тверже.

Пар для насыщения влагой

Многие крупные коммерческие и промышленные объекты, особенно в холодных климатических зонах, используют насыщенный пар низкого давления в качестве основного источника отопления помещений. Змеевики ОВК, часто оснащенные паровыми увлажнителями, обеспечивают кондиционирование воздуха для обогрева помещений, хранения книг и архивов, а также для инфекционного контроля. Когда холодный воздух нагревается паровыми змеевиками, относительная влажность воздуха падает, её надо поднять до нормального уровня при помощи сухого насыщенного пара, который следует впрыскивать в выходящий поток воздуха.

Паровой увлажнитель в воздухопроводе

Пар используется для увлажнения воздуха внутри воздуховода перед его подачей в другие части здания.

Производств, где пар — основа технологического процесса, много: это нефтепереработка, химические комбинаты, предприятия деревообработки и бумажной отрасли, а также почти вся пищевая промышленность: молоко/маслозаводы, колбасные и мясоперерабатывающие производства, консервная промышленность, производство напитков и соков, кондитерские и хлебобулочные комбинаты. В таких отраслях хорошо знают цену пару, а потому активно и последовательно внедряют мероприятия, направленные на повышение эффективности его использования.

Правильная трассировка, изоляция и дренаж паропроводов, приведение параметров пара на входе в теплообменное оборудование к оптимальным, оснащение всех теплообменных аппаратов надежно работающими конденсатоотводчиками, возврат конденсата в котельную, установка узлов учёта — благодаря активной работе в области оптимизации систем теплоснабжения паропотребление снижается без потери производительности по продукту.

Так например, всем известно, что пар, поступающий в пластинчатые теплообменники, в силу их конструктивной особенности, не может быть давлением выше, чем 5-6 ати, давление пара на жаровне — 6-6,5 ати, пар в пастеризатор молока подаётся под давлением не выше 5,5 ати, варочно-жарочная камера на колбасном производстве потребляет пар с давлением 1,2–6,5 ати. И большинство технологических процессов потребляют пар схожих параметров. Котельные же спроектированы и устроены таким образом, что пар из котла выходит с давлением гораздо больше, где-то это 12-13, а где-то и 25 ати (в зависимости от марки котлоагрегата).

Согласитесь, тем, кто уже прошел немалый путь в сторону энергосбережения и умеет считать каждый рубль, потраченный на выработку пара, такой подход видится весьма нерациональным. Тем более, когда наконец стала доступна альтернативная технология, позволяющая осуществить 100% использование энергии пара. А именно — производство электроэнергии в процессе редуцирования водяного пара.

Как это работает?

Забудем ненадолго о том, что пар — теплоноситель, а обратим внимание на его способность приводить в движение, давшую в свое время толчок промышленной революции.

Установив в параллель с основным редукционным узлом, через который проходит пар, турбину, совмещенную с генератором, возможно вырабатывать электрическую энергию, одновременно снижая давление пара. Общая схема решения представлена на рисунке:

Использование энергии пара возможно для внутренних нужд предприятия. Разумеется, объем дополнительного источника определяется расходом пара на участке, где устанавливается система энергоэффективного редуцирования. В целом продуктовая линейка наших европейских коллег — поставщиков турбин, используемых в составе систем энергоэффективного редуцирования пара, позволяет реализовывать как проекты малой (до 1,5 МВт), так и средней генерации (до 20 МВт).

Первые будут актуальны в производствах, где потенциал выработки пара невысок (8–30 т/час), вторые — на производствах с большим потреблением пара, к которым можно отнести, например, практически все предприятия нефтехимической промышленности.

Почему это выгодно?

Для наглядности, приведем пример, основанный на данных ТЭО проекта системы энергоэффективного редуцирования пара для производителя картона в ЮФО РФ:

Расход пара — 20 тонн пара в час
Давление пара на входе в РУ — 13 ати
Давление на выходе и требуемое на производстве — 4,5 ати
Действующий тариф на электроэнергию — 4,8 руб. без НДС
Мощность, которую можно снять с турбогенератора, подключив его в параллель с РУ — 450–600 кВт. Это позволит, например, обеспечить бесперебойную работу котельной, что снизит потребление электроэнергии в целом и обеспечит её автономность и независимость от внешних источников
Срок окупаемости составит от 2,3–2,8 лет.

Расход пара — 15 тонн в час
Давление — 10/4 ати
Рабочая среда — перегретый пар
Планируемая мощность — 420 кВт
Расчетный срок окупаемости составит около 2,8–2,9 года.

Дополнительные возможности

На практике не всегда требуется преобразовывать механическую мощность на валу турбины в электрическую энергию. Дело в том, что каждое преобразование одного вида энергии в другой приводит к потерям, поскольку каждое преобразующее устройство имеет свой КПД и, он всегда (к сожалению) меньше единицы.

Зачастую, на предприятии используется мощное динамическое оборудование, приводимое в действия электродвигателями: сетевые насосы, компрессоры, измельчители и т.п. Проводя обследование производства, мы изучаем корреляцию циклограммы работы такого оборудования и загрузки котельной. Если мы видим сильную взаимосвязь, то рассматриваем возможность применения турбоприводов для динамического оборудования. Особенно такой прием хорош, если оборудование резервировано (насосы, компрессоры). В таком случае, часть оборудования приводится в действие электродвигателями, а часть турбоприводом.

При любой конфигурации системы энергоэффективного редуцирования пара результат для предприятия — снижение затрат на закупку электроэнергии у внешних поставщиков. А разработка по индивидуальному проекту позволит выбрать такое решение, которое будет идеально отвечать энергетическим потребностям вашего предприятия. Найти и реализовать его — наша работа.

Здесь мы разъяснили все достоинства пара водяного и привели общие примеры его применения. Для лучшего понимания объёмов востребованности этого ресурса приведём более конкретные примеры технологических процессов с применением пара для каждой отрасли производства.

Электроэнергетика

Высоким давлением перегретого пара приводят в движение паровые турбины для выработки электроэнергии, с применением пароструйных эжекторов откачивают неконденсируемые газы в турбине и обеспечивают набор первичного вакуума.

Нефтегазовая отрасль

При добыче нефти перегретый водяной пар закачивают в добывающие скважины для снижения вязкости нефти и повышения продуктивности скважин;
Насыщенным водяным паром подогревают трубопроводы, резервуары, цистерны для предотвращения застывания, отогревания застывших нефтепродуктов, уменьшения вязкости при разгрузке и перекачивании, для очистки цистерн от остатков нефтепродуктов;
На нефтеперерабатывающих заводах в процессе ректификации для увеличения отбора светлых продуктов (бензина);
В газовой промышленности водяной пар широко используется в процессах переработки природного газа для получения разного рода газов в химических процессах, протекающих при повышенной температуре и давлении.

Химическая промышленность

С помощью пароструйных эжекторов создают вакуум в различном технологическом оборудовании, откачивают жидкости с растворёнными агрессивными примесями, перемещают жидкости и газы по трубам;
Под воздействием давления и высокой температуры водяного пара протекают многие реакции синтеза материалов;
Разогрев ванн с электролитом для гальванизации производят водяным паром.

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность

Строительная отрасль и ЖКХ

нагрев и пропарка изделий ЖБИ;
прогрев инертных материалов (щебень, песок) в зимний период;
набор прочности газобетона в автоклавах;
вспенивание и формование пенопласта производят нагревом с помощью пара;
очистка строительных площадок от льда и снега в зимний период;
разморозка канализации, трубопроводов и водостоков в зимний период осуществляют с помощью пара.

Пищевая промышленность

стерилизация и пастеризация молока, пива, консервов;
мойка и обеззараживание тары, инвентаря, инструментов и оборудования;
размораживание рыбы и мяса в дефрастационных камерах;
варка продуктов в варочных котлах;
варка продукта паром (например, варка колбас в термокамерах);
в пароконвектоматах с помощью пара разогревают, тушат, жарят, варят, выпекают.

Судоходная отрасль

Паром приводят в движение паровые двигатели;
Системы парового пожаротушения на судах.

Применение пара в быту

С давних пор пар мы применяем в повседневной жизни для готовки вкусной и полезной еды в пароварках, глажки вещей утюгом, парясь в банях и саунах. Но технологический прогресс не стоит на месте и сегодня мы уже используем паровые пылесосы и пароочистители, которые не только очищают, но и дезинфицируют любую поверхность, паровые кабины в квартирах, увлажняем воздух для комфортного микроклимата дома.

Поистине, все сферы применения водяного пара перечислить невозможно. Но при этом, многие считают, что это ресурс очень дорогостоящий и опасный, пытаясь заменить на более дешёвые и безопасные аналоги… в последнее время, вы наверно видели железобетонные изделия (лестницы, бордюры, плиты) рассыпающиеся прямо на глазах уже через несколько лет после установки… это и есть результат экономии – оптимизации технологического процесса исключивший водяной пар.

Здесь вы можете ознакомиться с дополнительной информацией, позволяющей сделать выбор в пользу водяного пара:

Это интересно!

Первый аппарат, предназначенный для промышленного получения пара, — паровой котел — был построен англичанином Томасом Севери (1650—1715) в 1698 г. Это был железный бак, под которым в топке разводили огонь. Через некоторое время вместо бака стали применять длинный (до 10 м) цилиндр диаметром около 1,5 м. У таких котлов поверхность, омываемая горячими газами, была маленькой, поэтому пара они производили очень мало.

Из-за того, что горячие газы в основном бесполезно уходили в трубу, эффективность такого котла была весьма низкой. Большая часть топлива сгорала впустую. Эффективность современных паровых котлов очень высока. Они представляют собой сложные установки, оснащенные автоматическим управлением и надежной многоступенчатой защитой.

Первый паровой двигатель

Первым человеком, построившим паровой двигатель, признан английский изобретатель Томас Ньюкомен (1663—1720). Он длительное время занимался проблемой откачивания воды из шахт и в конечном итоге в 1712 г. создал насос с паровым приводом, который заменил насос, приводимый в действие лошадьми.

Паровой двигатель Ньюкомена был очень громоздким и малоэффективным. Его коэффициент полезного действия (КПД) едва ли превышал 1 %. Другими словами, 99% всей энергии терялось бесплодно, но так как уголь в те годы был дешевым топливом, то этот паровой двигатель использовали многие промышленники и ремесленники.

Для чего нужен предохранительный клапан

Первые паровые котлы часто взрывались из-за избыточного давления пара, скапливающегося в них. Это продолжалось до тех пор, пока в законодательном порядке не ввели правило устанавливать на котлах предохранительный клапан. Такой прибор был изобретен французским физиком Дени Папеном (1647—1712) в 1679 п Вначале предохранительные клапаны представляли собой рычаге гирей и были предназначены для быстрого открытия котла в случае превышения критического значения давления и быстрого закрытия при его снижении.

Революционное изобретение Уатта

Первый надежно работающий паровой двигатель был построен шотландским изобретателем Джеймсом Уаттом (1736—1819).

Однажды его пригласили отремонтировать паровой двигатель Ньюкомена. В ходе работы Уатт установил, что машина работает неэффективно и потери можно существенно уменьшить, если цилиндр постоянно поддерживать в горячем состоянии, а не охлаждать его между тактами водой.

В 1784 г. Уатт построил собственный паровой двигатель и оформил на него патент. Двигатель работал следующим образом: перемещение под действием пара поршня 1 посредством штока 2, ползуна 3, шатуна 4 и кривошипа 5 передавалось главному валу 6 с маховиком 7, который служил для снижения неравномерности вращения вала. Управление впуском пара в полость цилиндра осуществлялось перемещением золотника 8. Пар из цилиндра мог выпускаться в атмосферу или поступать в конденсатор.

Двигатель Уатта сыграл революционную роль в развитии промышленности. За 1785—1795 гг. было выпущено 144 таких паровых двигателя, а к 1800 г. в Англии функционировала уже 321 паровая машина Уатта. Их применяли буквально во всех сферах производства.

Еденица измерения мощности

Читайте также: