4.9. Паровые кипятильники. Особенности теплового баланса кипятильников и водонагревателей. Понятие кпд и пути его повышения.

Принципиальная схема устройства паровых кипятильников.

а – змеевиковый , б – кожухотрубный , 1 – змеевик, 2 – продувочный кран, 3 – конденсатоотводчик, 4 – кожухотрубный теплообменник.

Основной показатель характеризующий кипятильники это производительность.

Для создания сопоставимых условий введено понятие нормального кипятка т е вода нагретая от 10 до 100 С, когдаперепад температур составляет 90 С. Это нормальная производительность .

Производительность водонагревателей от 20 до 100 С , и перепадом 80 С стандартная .

Учитывая , что один и тот же кипятильник имеет одинаковую тепловую нагрузку независимо от перепада температур можно записать :

- действительная производительность

Общая затрачиваемая мощность для парового кипятильника

КПД кипятильника

4.10 Водогрейное оборудование. Кипятильники и водонагреватели. Конструктивные особенности кипятильников, работающих на газе, паре и электроэнергии. Кипятильники судовые. Основные характеристики кипятильников.

Электрокипятильник (рис. 4.11) состоит из сварного металлического корпуса, внутри которого находится питательная коробка, водонагреватель и сборник кипятка. Воздушный зазор между корпусом и водонагревателем выполняет роль теплоизоляции. Водонагреватель и сборник кипятка выполнены в виде единого цилиндрического сосуда и отделены один от другого диафрагмой с вваренной в ее центре переливной трубой. Дно водонагревателя имеет фланец, на съемном диске которого монтируются три тэна. Для слива воды из водонагревателя и питательной коробки на фланце имеется заглушка с накидной гайкой. Над переливной трубой устанавливается отражатель, направляющий выбрасываемые порции воды в сборник кипятка. В верхней части сборника кипятка имеется отверстие, через которое кипяток при переполнении сборника кипятка переливается в питательную коробку.

1 – трубопровод подачи холодной воды; 2 – бачок питательный; 3 – резервуар для кипячения; 4 – трубка переливная; 5 – сборник кипятка; 6 – трубка питательная; 7 – поплавок регулятора уровня; 8 – трубка сигнальная переливная; 9 – электронагреватели трубчатые; 10 – кран слива кипятка; 11 – корпус; 12 – крышка; 13 – отражатель; 14 – электод сухого хода; 15 – электрод верхнего уровня; 16 – электрод нижнего уровня

Рис. 4.11  Схема электрического кипятильника КНЭ-50

При переполнении сборника кипятка и питательной коробки, в случае нарушения нормальной работы питательного клапана или неисправности автоматики регулирования, кипяток через питательную коробку по сливной (сигнальной) трубе удаляется в дренаж.

На корпусе кипятильника в отдельной коробке смонтирован блок пускового устройства и автоматики управления аппаратом. Контролируемые параметры - нижний уровень воды в питательной коробке, нижний и верхний уровни кипятка в сборнике кипятка.

Датчиками уровня служат электроды, установленные в следующих местах: на дне питательной коробки - электрод «сухого хода», который контролирует наличие воды, поступающей из водопровода в кипятильник, в сборнике кипятка - электрод нижнего уровня, обеспечивающий включение электронагревателей после отбора кипятка, и электрод верхнего уровня, отключающий электронагреватели при заполнении объема сборника кипятка.

На корпусе кипятильника установлены сигнальные лампочки, оповещающие световым сигналом о наличии напряжения и работе электронагревательных элементов. Автоматика обеспечивает защиту электрических тэнов от «сухого хода», т. е. невозможность включения тэнов при отсутствии или низком уровне воды в питательной коробке и кипятильном сосуде. Автоматика обеспечивает отключение тэнов при чрезмерном понижении уровня воды во время работы кипятильника. Кроме автоматики защиты в кипятильниках применяется автоматика регулирования, обеспечивающая отключение тэнов при заполнении сборника кипятка до верхнего заданного предела при отсутствии его разбора, включении тэнов после разбора кипятка и понижении его уровня до нижнего заданного предела.

Поскольку работа всех кипятильников непрерывного действия основана на законе сообщающихся сосудов, по которому уровень воды в них, если пренебречь разностью плотности горячей и холодной воды, одинаковый, установка поплавкового клапана в питательном бачке на различных уровнях (выше и ниже нормального) оказывает влияние на производительность кипятильников. Если уровень воды в переливной трубе и питательной коробке выше установленного, производительность кипятильников возрастает, но вода может поступать в сборник кипятка некипяченой, и, наоборот, если этот уровень ниже установленного, кипяток выбрасывается из переливной трубки вместе с большим количеством пара и производительность кипятильника снижается.

К основным показателям, характеризующим работу кипятильника непрерывного действия, относятся: часовая производительность, расход энергоносителя на приготовление 1 кг кипятка. Однако эти показатели не дают возможности полностью оценить конструкцию кипятильника, определить его достоинства и недостатки и сопоставить его работу с работой кипятильников других конструкций, так как часовая производительность кипятильника при одном и том же расходе энергоносителя зависит от температуры холодной воды, а также от температуры кипения воды, определяемой барометрическим давлением.

Для оценки работы кипятильников введено понятие «нормальный кипяток». Нормальным кипятком принято называть воду, нагретую от 10 до 100°С. Поэтому все показатели работы кипятильников пересчитывают на нормальный кипяток, что позволяет объективно оценивать работу кипятильников различной конструкции и разной производительности.

Работу кипятильника характеризует также время закипания воды в кипятильнике (период разогрева) и расход энергоносителя на разогрев аппарата.

Важным показателем любого теплового аппарата, в том числе и кипятильника, является температура ограждений. Объясняется это не только тем, что чем выше эта температура, тем больше потери теплоты в окружающую среду и тем ниже КПД аппарата, но и тем, что высокая температура ограждений ухудшает условия работы обслуживающего персонала и может вызвать ожоги. Каждая наружная поверхность кипятильника (водогрейная коробка, сборник кипятка, крышка, кран и др.) имеет различную температуру. Поэтому для оценки потерь теплоты ограждениями аппарата в окружающую среду определяется средняя температура наружной поверхности кипятильника.

Одной из основных причин снижения производительности и КПД кипятильников при работе их в производственных условиях является образование накипи на поверхности нагрева и в переливной трубе, диаметр которой при этом уменьшается, а гидравлическое сопротивление растет. Особенно быстро процесс накипеобразования происходит при работе с жесткой водой и при использовании кипятильника не по прямому назначению, а в качестве водонагревателя для приготовления горячей воды. В последнем случае продолжительность ежедневной работы аппарата увеличивается и поверхность нагрева быстро покрывается накипью, что, в свою очередь, снижает срок службы кипятильника.