Современной промышленности доступны водонагреватели, использующие различные источники энергии, включая электричество, пар, топливный газ, геотермальную энергию (тепловой насос) и солнечную энергию.
Tsat — температура пара;
ТL2 — температура технологической воды на входе в нагреватель;
ТL3 — температура технологической воды на выходе из нагревателя;
Shell inlet — подача пара;
Shell outlet — выход конденсата;
Сегодня наиболее часто используемым источником энергии для нагрева воды в бытовых условиях является электричество, за которым следует природный газ. В промышленности пар является источником энергии, используемым для нагрева воды в технологических процессах и отоплении, а также для многих других целей. Альтернативные источники нагрева для промышленных водонагревателей обычно используются только для специальных целей.
Кратко об эволюции нагрева воды
Первый водонагреватель был изобретен в 1868 году, что привело к изобретению первого газового водонагревателя резервуарного типа в 1889 году. В то время для нагрева воды широко использовались ископаемые виды топлива, такие как природный газ, нефть и уголь. Затем, когда электричество стало доступно на рынке, популярность электрических водонагревателей возросла, чему способствовали простота их установки и низкие первоначальные затраты. По мере того, как применение водонагревателей становилось все более распространенным явлением, подогретая вода стала все чаще использоваться в быту и промышленности.
Эффективность пара
Как правило, электроэнергия вырабатывается с довольно низким общим КПД, если учесть, какой источник энергии используется для ее выработки, и потери при передаче. Например, использование угля на традиционной электростанции может преобразовать примерно 30-35% энергии, получаемой из источника, в электричество. Если учесть потери при передаче в общий КПД, то общий КПД получения электроэнергии будет еще ниже.
Используя обычные источники энергии, такие как природный газ и мазут, можно эффективно производить пар с коэффициентом полезного действия топлива и пара, превышающим 80%. В промышленности широко используется пар. Он используется в разнообразнейшем оборудовании, таком как стерилизаторы, автоклавы, мойки, системы отопления и кондиционирования воздуха и производства горячей воды для бытовых нужд.
Пароводяные нагреватели
В промышленности и ЖКХ нагрев воды осуществляется с помощью полупроточных кожухотрубных пароводяных подогревателей или нагревателей косвенного нагрева воды.
Специальные материалы конструкции кожуха и трубчатого нагревателя необходимы для обеспечения коррозионной стойкости, а также пригодности для применения в питьевом водоснабжении.
Точное регулирование температуры горячей воды обеспечивается с помощью отказоустойчивых пневматических или электрических модулирующих быстропозиционирующих клапанов (с обратной связью по положению).
Например, в тепловых пунктах зданий (ИТП) требуется, чтобы такой контроль температуры нагревал воду до 80 – 83 °C и понижал до 72 – 74 °C для общей системы распределения горячей воды и отопления.
Кожухотрубные полупроточные водонагреватели имеют преимущество в том, что требуют меньшего пространства, так как они работают без использования накопительного бака и циркуляционного насоса. В промышленности могут применяться вертикальные двухстенные проточные пароводяные нагреватели с системой управления, которая включает регулирующий клапан и встроенный циркуляционный насос.
Теплообменники, используемые для питьевых и лабораторных водонагревателей, должны быть двухстенного типа. Для некоторых из этих теплообменников могут потребоваться дополнительные компоненты, такие как накопительный бак и циркуляционный насос, которые могут потребоваться для удовлетворения пиковых нагрузок.
При использовании накопительного бака минимальная температура воды должна составлять 60 – 63 °C для предотвращения роста микроорганизмов, если только для особых условий не требуются более высокие температуры.
Выводы
При выборе кожухотрубных полупроточных пароводяных нагревателей следует учитывать ряд факторов, подробно описанных в литературе по автоматическому управлению паровыми водонагревателями. Паровые водонагреватели и распределительные системы рассчитываются по кривой Хантера и сравниваются с фактическими параметрами оборудования для определения расхода и максимального потребления.