4.3.Расчет деаэратора

Конструктивная схема деаэрационной колонки представлена на рис. 3. Кипящие и некипящие потоки воды поступают на верхнюю ситчатую тарелку колонки; образующаяся смесь воды со средней температурой t⁽¹⁾ _ВХ проходит через отверстия в объем верхнего (первого) отсека колонки. Поверхность струй представляет собой поверхность тепломассообмена между водой и потоком пара, перекрестно пересекающего струи воды.

Рис.3 Расчетная схема деаэрационной колонки

Выделяющиеся из воды кислород и углекислый газ с частью пара образуют поток выпара, величина которого составляет примерно 0,002 от расхода деаэрируемой воды, который отводится из верхней части колонки.

Струи воды попадают затем на нижерасположенную тарелку нижнего отсека с температурой t⁽¹⁾ _ВЫХ, которая увеличилась за счет конденсации на них пара. Дальнейшее повышение температуры воды происходит в нижнем отсеке с продольным обтеканием струй паром.

4.3.1 Балансовые уравнения

1 .Пренебрегая возможными потерями пара, материальный баланс по потокам теп­лоносителей определяется уравнением

, (4.1)

где D΄_П., , , G_Д.В., D_ВЫП - расходы греющего пара, кипящих и некипящих потоков воды, деаэрированной воды и выпара.

Кипящие потоки . представляет собой воду, перегретую относительно температуры насыщения в деаэраторе, поэтому при поступлении в деаэратор, где давление ниже, поток воды вскипает, образуя вторичный пар. Вторичный пар кон­денсируется на поверхности воды некипящего потока, обеспечивая ее частичный нагрев. Догрев воды до требуемой температуры обеспечивается подачей греющего пара.

Расход греющего пара D΄_П обусловлен потребностями на догрев некипящих по­токов воды до температуры насыщения в деаэраторе и на компенсацию удаляемого выпара. Расход деаэрированной воды G_Д.В рассчитывается как сумма заданных потоков воды и сконденсировавшегося на их поверхности греющего пара.

Материальный баланс по удаляемому кислороду и углекислому газу имеет вид

G_нп·С_вх.со2=G_дв·С_вых.со2+D_вып·С_вып.со2,

Где С_вх.о2, С_вых.о2, С_вып.о2 –содержание кислорода в поступающей воде, деаэрированной воде и выпаре; аналогично по углекислому газу

G_нп·С_вх.о2=G_дв·С_вых.о2+D_вып·С_вып.о2,

Поверочный расчет деаэрационной колонки заключается в определении температуры воды и концентрации растворенных газов в ней на выходе из верхнего и нижнего отсеков колонки

2. Количество вторичного пара D_ВТ может быть определено из уравнения теплово­го баланса

(4.2)

где h_К._П., h_Д.В., h_S˝ - энтальпии кипящей, деаэрированной воды и насыщенного пара при давлении в деаэраторе. Из этого уравнения следует

. (4.3)

где r - скрытая теплота парообразования при давлении в деаэраторе.

3.Тепловой поток, передаваемый вторичным и греющим паром и воспринимаемый водой в деаэраторе при нагреве ее до температуры насыщения,

(4.4)

(4.5)

где h_П, h_S΄ - энтальпии греющего пара и воды при температуре насыщения в де­аэраторе (она равна энтальпии деаэрированной воды h_Д._В ).

4. Расход греющего пара на догрев воды определяется из уравнений (4.4) и (4.5)

(4.6)

С учетом компенсации на выпар расход греющего пара составит

(4.7)

Уравнения (4.1), (4.3), (4.6), (4.7) позволяют определить расход деаэрированной воды G_Д.В.. .

5. Средняя энтальпия смеси греющего и вторичного пара

. (4.8)

6. Расход воды через верхнюю тарелку т. е. поступающей в первый (верхний) от­сек

(4.9)

7. Средняя температура смеси воды на верхней тарелке, с которой она поступает в первый (верхний) отсек,

. (4.10)

8. Количество пара, сконденсировавшегося в i - вом рассчитываемом отсеке,

(4.11)

где - расход воды, поступающей в рассчитываемый отсек, ее эн­тальпия на выходе и входе в отсек.

9. Расход воды на выходе из рассчитываемого отсека и на входе в следующий от­сек увеличивается на расход сконденсировавшегося в расчетном отсеке пара:

(4.12)

10. Расход пара, поступающего в рассчитываемый отсек,

(4.13)

где - расход пара, поступающего в вышерасположенный отсек «транзитом». Для верхнего отсека этот расход равен величине выпара D_ВЫП.

4.3.2 Тепломассообмен в струйной деаэрационной колонке

Расчет тепломассообмена в деэрационной колонке заключается в определении температуры воды и концентрации растворенных газов на выходе из отсеков колонки и расхода греющего пара. Тепловой расчет ведется последовательно, начиная с верхнего отсека.

Длина струи L принимается равной расстоянию между нижней плоскостью вышерасположенной тарелки и видимым (динамическим) уровнем воды h_г на нижерасположенной тарелке того же отсека.

Высота отсека H принимается по чертежу колонки

H=L+h_г. (4.14)

Для деаэрационной колонки малой производительности принимают L=350 – 500 мм.

Диаметр отверстий в тарелках принимают в пределах d₀=5-8 мм, причем отверстия располагают в вершинах треугольников с шагом S_d=18-20 мм.

Теплообмен в отсеке определяется поверхностью раздела фаз и коэффициентами тепломассообмена или числом единиц теплопереноса между струями воды и потоком пара.

1.Число единиц теплопереноса в отсеке от пара к нагреваемой воде при поперечном обтекании струй паром

, (4.15)

где w₀, w_п – скорость истечения струй и потока пара, А – коэффициент,

А=0.03+0.06(Р_д-0.1), (4.16)

где Р_д – давление в деаэраторе, МПа.

2.При продольном обтекании струй паром

. (4.17)

3. Коэффициент эффективности теплообмена между водой и паром в отсеке

, (4.18)

где , t_вх, t_вых, t_s – температура воды на входе и выходе из отсека, температура насыщенного пара.

4. Скорость истечения струй воды определяется высотой гидростатического уровня воды на тарелке, который принимается обычно в пределах h_г = 50-80 мм.

w₀=а₁∙μ₀ (2gh_г)^½ , (4.19)

где а₁ - коэффициент, учитывающий движение воды на тарелке, при диаметре отверстий 5-8 мм и толщине днища тарелки 4-6 мм величина а₁∙= 0.9, μ₀ – коэффициент расхода отверстия, ориентировочно μ₀ = 0.75.

5. Скорость пара при поперечном входе в пучок струй первого отсека

, (4.20)

а при выходе

, (4.21)

где D₁,D₂ – диаметры внешней и внутренней окружностей размещения отверстий в тарелке, n₁,n₂ – количество отверстий, размещенных на внешней и внутренней окружностях, ρ_п – плотность пара.

Средняя скорость пара w_п рассчитывается из условия :

При w_п._вх/w_п._вых ≤ 1.25 w_п = (w_п._вх +w_п._вых)/2,

При w_п._вх/w_п._вых > 1.25 w_п=(w_п._вх+w_п._вых)/ln(w_п._вх/w_п._вых). (4.22)

6. Коэффициент эффективности выделения кислорода из воды в отсеке

, (4.23)

где с_вх, с_вых – концентрация кислорода в воде на входе и выходе из отсека, N_o2 – число единиц массопереноса в отсеке.

7. При поперечном омывании струй паром под давлением больше атмосферного

, (4.24)

где В – опытный коэффициент.

В= [10.5+45(Р_д – 0.1)]/10⁴ . (4.25)

8. При продольном омывании

. (4.26)

9. Насыщенность воды газом

φ_н=с_вых/c_н , (4.27)

где с_н – предельная концентрация газа в воде, соответствующая состоянию насыщения при данном давлении и температуре.