4.4 Расчет тепло- и массообменных аппаратов

Расчет камеры орошения

Камера орошения является тепломассообменным аппаратом, в котором осуществляется тепловлажностная обработка воздуха при непосредственном его контакте с водой, разбрызгиваемой через форсунки. Параметры воздуха на выходе из камеры орошения напрямую зависят от температуры и давления разбрызгиваемой воды.

Расчет камеры орошения начинается с выбора марки и исполнения. Типоразмер камеры орошения должен соответствовать типоразмеру принятого к установке кондиционера.

Расчет камеры орошения заключается в определении параметров воды на входе и выходе из камеры орошения. Методика расчета камеры орошения зависит от процесса обработки воздуха в ней (политропный или адиабатный, согласно построения процесса на I-d диаграмме).

Каждой конструкции камеры орошения соответствуют свои условия работы:

- температура разбрызгиваемой воды при адиабатных и политропных процессах обработки воздуха должна быть в диапазоне .

- температура воздуха по мокрому термометру должна быть в диапазоне .

- коэффициент орошения должен быть в диапазоне

- для камер орошения ОКФ-3: ;

- для камер орошения ОКС-3: ;

- для блоков тепломассообмена БТМ3: .

- для устойчивой работы форсунок в контактных аппаратах давление разбрызгиваемой среды должно быть в рабочем диапазоне.

Рассмотрим методику расчета на примере камеры орошения ОКС-3. Основные типоразмеры и характеристики камер орошения приведены в табл. 4.1. Камеры изготовляют в двух исполнениях, отличающихся друг от друга плотностью установки форсунок (камеры исполнения 1 имеют меньшую плотность, исполнения 2-большую).

Таблица 4.1

Характеристики камер орошения окс-3

индекс		кондиционер	расход воздуха , м3/ч	исполнение	количество форсунок
ОКС1-3	ОКС2-3
03.01204	03.01404	КТЦ3-31,5	31,5	1	20
				2	24
04.01204	04.01404	КТЦ3-40	40	1	24
				2	30
06.01204	06.01404	КТЦ3-63	63	1	42
				2	48
08.01204	08.01404	КТЦ3-80	80	1	54
				2	60

При адиабатном режиме обработки воздуха в качестве исходных данных обычно принимаются: – массовый расход воздуха, обрабатываемый в камере орошения, кг/ч; – начальная температура обрабатываемого воздуха,С; – конечная температура обрабатываемого воздуха, С; – температура обраба-тываемого в камере орошения воздуха по мокрому термометру (определяется как точка пересечения линии c ),С.

Коэффициент адиабатной эффективности определяется по формуле:

. (4.32)

Коэффициент орошения µ находим по графикам, аналогичным рис. 4.4, в соответствии с выбранным типоразмером и исполнением камеры орошения.

Расход разбрызгиваемой воды составит:

, кг/ч. (4.33)

Необходимое давление воды перед форсунками определяется по графикам, аналогичным изображенному на рис. 4.5. для камер орошения типа ОКС.

При политропном режиме обработки воздуха в качестве исходных данных обычно принимаются:: – массовый расход воздуха, обрабатываемый в камере орошения, кг/ч; – начальная и конечная энтальпии обрабатываемого воздуха, кДж/кг; – начальная и конечная температуры обрабатываемого воздуха, С. Определяются параметры предельного состояния воздуха. Температура и энтальпия предельного состояния воздуха на I-d диаграмме, графически определяется как точка пересечения луча процесса обработки воздуха с кривой насыщения.

Коэффициент адиабатной эффективности Е_А определяется по формуле:

. (4.34)

Коэффициент орошения µ и коэффициент энтальпийной эффективности для принятого типоразмера и исполнения камеры орошения находим по графикам, аналогичным рис. 4.4, который составлен для камер орошения типа ОКС.

Рис. 4.4. Определение коэффициентов адиабатной Е_А иэнтальпийной Е_П эффективности камер орошения ОКС-3: кривые1 и 2 соответствуют камере ОКС2-3

исполнения 1и 2 (соответственно); кривые 3 и 4 – ОКС1-3 исполнения 1 и 2 (соответственно.)

Относительная разность температур воздуха определяется по формуле:

, (4.35)

где ( кг ·С)/кДж – коэффициент аппроксимации; – удельная теплоёмкость воды, кДж/( кг ·С).

Начальная температура воды , поступающей в камеру орошения, определяется по формуле:

, С. (4.36)

Конечная температура воды , поступающей в камеру орошения, определяется по формуле:

, С. (4.37)

Расход разбрызгиваемой воды составит:

, кг/ч . (4.38)

Необходимое давление воды перед форсунками определяется по графикам, аналогичным изображенному на рис. 4.5. для камер орошения типа ОКС.

Рис. 4.5. Зависимость давления воды перед форсунками от расхода воды для однорядных камер орошения ОКС-3 (нечетный № кривой – для исполнения 1, четный – для исполнения 2): 1 и 2 – ОКС1-3 03.01.204 (ОКС2-3 03.01.404);

3 и 4 – ОКС1-3 04.01.204 (ОКС2-3 04.01.404);

5 и 6 – ОКС1-3 06.01.204 (ОКС2-3 06.01.404);

7 и 8 – ОКС1-3 08.01.204 (ОКС2-3 08.01.404) .

Расчет градирен

Охлаждение оборотной воды является неотъемлемой частью ряда промышленных технологических процессов. Самыми распространен-ными устройствами для охлаждения больших объемов воды являются градирни.

В настоящее время для промышленного охлаждения воды используются градирни следующих типов: вентиляторные; башенные; открытые; сухие; гибридные; градирни других типов.

И у нас в стране, и за рубежом чаще всего для охлаждения оборотной воды используются вентиляторные градирни. Они бывают отдельно стоящими или одновентиляторными, секционными и поперечно-точными.

Упрощенно принцип действия одновентиляторной градирни представлен на рис. 4.6. Обратная вода подается на распределительную систему и через сопла разбрызгивается по поверхности оросителя. Через входные окна вентилятор всасывает атмосферный воздух, который поднимается вверх и охлаждает воду, стекающую по поверхности оросителя. Затем охлажденная вода стекает в резервуар, а теплый воздух через диффузор выводится в атмосферу. Поднимающийся воздух уносит с собой мелкие капли влаги. Для того чтобы снизить потери оборотной воды, в верхней части градирни устанавливается каплеуловитель. Иногда для увеличения производительности на объекте устанавливается несколько одновентиляторных градирен. При этом они объединяются в одну или несколько общих систем охлаждения.

Рис. 4.6. Схема одновентиляторной градирни: 1 - распределительная система;

2 - сопла; 3-ороситель; 4-вентилятор;

5-входные окна; 6-каплеуловитель;

7 - диффузор; 8 - резервуар

Секционные градирни - это агрегаты, состоящие из нескольких вентиляторов, оросителей, систем подачи воды и т. д., объединенных в одном кожухе или строении. Их целесообразно применять в тех случаях, когда градирня большой производительности должна размещаться на ограниченном участке земли. Они могут состоять из нескольких (до 10 и более) секций и располагаться на площади не более 120 м².

В поперечно-точных градирнях воздух проходит ороситель по горизонтали. Коэффициент тепломассопередачи таких градирен ниже на 15–20%, они отличаются большими габаритами и стоимостью, а зимой сильно обмерзают. В то же время такие установки ниже традиционных вентиляторных градирен, обладают меньшим аэродинамическим сопротивлением и как следствие являются более экономичными. Как правило, они окупаются за 8–10 лет. В основном поперечно-точные градирни используют для охлаждения воды в странах с теплым климатом.

Башенные градирни отличаются большой площадью испарения и их целесообразно использовать для охлаждения воды при расходе более 6000 м³/ч. Всасывание воздуха у них осуществляется не с помощью вентилятора, а за счет естественной тяги или ветра. В основном они используются для охлаждения больших объемов воды, которые требуются для работы ТЭС или АЭС. Основными недостатками таких градирен являются высокая стоимость и большая занимаемая площадь. В то же время они проще в эксплуатации, экономичнее (для их работы не нужна электроэнергия), могут быть размещены достаточно близко к промышленному объекту – отвод влажного воздуха осуществляется на значительной высоте.

В сухих градирнях роль оросителя играет радиатор, состоящий из стальных или алюминиевых трубок. Охлаждаемая вода циркулирует по закрытому контуру и оказывается полностью изолированной от атмосферного воздуха. Стоимость сухих градирен значительно превышает стоимость традиционных вентиляторных, они неэффективны при высокой начальной температуре обратной воды. С другой стороны, их использование не приводит к повышению влажности воздуха и химическому загрязнению местности, прилегающей к установке. Поэтому сухие градирни широко используются в странах, где большое внимание уделяется экологической безопасности.

Гибридные градирни, градирни с тонкослойными отстойниками и градирни других типов используются для решения специфических технических задач и у нас в стране широкого распространения пока не получили.

Для упрощения теплового расчета градирен в ряде случаев можно пользоваться эмпирическими графиками охлаждения и формулами. Эти графики и формулы, как правило, могут быть применены для тех типов и конструкций градирен, по которым имеются данные натурных испытаний, положенных в основу построения графиков. Графики охлаждения можно использовать для привязки существующих проектов градирен к местным условиям.

Эмпирические графики охлаждения устанавливают зависимость между температурой воды и атмосферного воздуха и гидравлической нагрузкой. Они составлены для определенной плотности орошения заданного температурного перепада и известной площади орошения.

Для корректного расчета градирни первоначально необходимо определить следующие исходные данные: тепловой поток (количество тепла), который необходимо отвести в окружающую среду(Q_Г, Вт), температура мокрого термометра в самое жаркое время, характерная для данного региона (t_MT, °С), температура воды, которая должна быть получена в конце процесса охлаждения (t_ВЫХ, °С).

Необходимо отметить, что тепловой поток для воздушных компрессоров обычно не превышает электрической мощности привода компрессора. Тепловой поток для холодильной машины представляет собой сумму холодопроизводительности и электрической мощности привода компрессорного агрегата; тепловой поток для технологических установок, где не происходит сжигания каких-либо видов топлива, обычно не превышает электрической мощности приводов и т.д. Температура мокрого термометра определяется по СНиП 23.01-99 "Строительная климатология", или предварительно по данным из табл. 4.2.

Таблица 4.2.