6.4.1 Нагревающие агенты и способы нагревания Нагревание водяным паром

Одним из наиболее широко применяемых греющих агентов является насыщенный водяной пар. Это объясняется существенными достоинствами его как теплоносителя. В результате конденсации пара получают большие количества тепла при относительно небольшом расходе пара, так как теплота конденсации его составляет приблизительно 2,26∙10³ Дж/кг (540 ккал/кг) при давлении 9,8∙10⁴ Н/м². Вследствие высоких коэффициентов теплоотдачи от конденсирующегося пара сопротивление переносу тепла со стороны пара мало. Это позволяет проводить процесс нагревания при малой поверхности теплообмена.

Важным достоинством насыщенного пара является постоянство температуры его конденсации (при данном давлении), что дает возможность точно поддерживать температуру нагрева, а также в случае необходимости регулировать ее, изменяя давление греющего пара.

При использовании тепла парового конденсата к. п. д. нагревательных паровых устройств довольно высок. Пар удовлетворяет также другим требованиям, предъявляемым к теплоносителям (доступность, пожаробезопасность и др.).

Основной недостаток водяного пара — значительное возрастание давления с повышением температуры. Вследствие этого температуры, до ко­торых можно производить нагревание насыщенным водяным паром, обычно не превышают 180...190 °С, что соответствует давлению пара 1,0...1,2 МПа. При больших давлениях требуется слишком толстостенная и дорогостоящая теплообменная аппаратура, а также велики расходы на коммуникации и арматуру.

Тепло перегрева пара мало по сравнению с его теплотой конденсации, а объем пара на единицу отдаваемого тепла значительно больше, чем для насыщенного пара, что приводит к увеличению диаметра паропроводов. Чтобы избежать увеличения расходов на транспортирование теплоносителя, перегретый пар увлажняют, смешивая его с горячей водой. При этом пар дополнительно испаряет некоторое количество воды и направляется в насыщенном состоянии в теплоиспользующие аппараты.

Ввиду того, что тепло перегрева относительно мало, коэффициенты теплоотдачи от перегретого пара значительно ниже, чем от насыщенного, и перегрев пара требует дополнительных затрат, перегретый водяной пар редко применяют в качестве нагревающего агента. Иногда используют небольшой перегрев его для компенсации тепловых потерь в подводящих паропроводах.

Нагревание горячей водой

Горячая вода в качестве нагревающего агента обладает определенными недостатками по сравнению с насыщенным водяным паром. Коэффициенты теплоотдачи от горячей воды, как и от любой другой жидкости, ниже, чем коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара. Кроме того, температура горячей воды снижается вдоль поверхности теплообмена, что ухудшает равномерность нагрева и затрудняет его регулирование.

Горячую воду получают в водогрейных котлах, обогреваемых топоч­ными газами, и паровых водонагревателях (бойлерах). Она нагревается обычно до температур не более 100 °С. Для температур выше 100 °С в качестве теплоносителя используют воду, находящуюся под избыточным давлением. Для нагревания водой применяют главным образом циркуляционные системы обогрева, которые описаны ниже.

В некоторых случаях для нагрева используют конденсат водяного пара.