Тепломассообмен

Введение 3 Исходные данные 4 1. Классификация и особенности конструкций вакуумных деаэраторов 6 2. Тепловой баланс вакуумного деаэратора 11 3. Тепловой и гидравлический расчет струйного отсека 15 4. Расчет перепускной тарелки 21 5. Расчет процесса дегазации воды 23 6. Гидравлический расчет барботажного устройства 28 Заключение 30 Список используемой литературы 31

Введение

Вакуумные деаэраторы предназначены для удаления из воды коррозионно-активных газов кислорода и диоксида углерода (О2 и СО2) при рабочем давлении в аппарате 0,015-0,08 МПа. Классификация деаэраторов и основные требования к их проектированию содержатся в нормативных материалах [1, 2]. По способу распределения воды в паре деаэраторы подразделяются на пленочные, струйные и капельные. Деаэраторы с барботажем воды паром называются барботажными. В случае применения в деаэраторе одного из указанных способов деаэратор считается одноступенчатым, при комбинации нескольких способов – двух- или трехступенчатым. В настоящее время в котельных применяются в основном двухступенчатые струйно-барботажные деаэраторы. Однако в эксплуатации находится значительное число одноступенчатых (пленочных и струйных) аппаратов. Широкое распространение струйно-барботажных деаэраторов обусловлено требованиями глубокой дегазации воды и полного удаления СО2. Кроме того, применение двухступенчатых деаэраторов позволяет также сократить высоту деаэрационной колонки.

Исходные данные

В задании на курсовой проект указываются: 1. теплоэнергетическое предприятие, где планируется установка деаэратора; 2. назначение вакуумного деаэратора; 3. греющий агент деаэратора; 4. номинальное абсолютное давление в деаэраторе; 5. номинальная производительность; 6. температура деаэрированной воды; 7. содержание растворенного кислорода в исходной и деаэрированной воде; 8. содержание свободного диоксида углерода в исходной и деаэрированной воде; 9. расход и температура химически умягченной деаэрируемой (исходной) воды; 10. давление и температура греющей среды. Варианты задания на курсовой проект определяются преподавателем и приводятся в прил. А настоящих методических указаний. В содержание проекта входят: 1. Расчетно-пояснительная записка (объем 15-20 стр.), которая должна содержать введение, расчет условий теплового баланса деаэратора, тепловой и гидравлический расчеты струйного отсека, расчет перепускной тарелки, расчет процесса дегазации воды, гидравлический расчет барботажного устройства, выводы, библиографический список, содержание. 2. Графическая часть (объем 2 листа формата А4), в которой должны быть представлены конструктивная схема вакуумного деаэратора (продольный Исходные данные Таблица 1

Наименование	Вариант
Теплоисточник	ТЭС
Назначение деаэратора	ДПВ
Греющий агент (среда)	Вода
Номинальное абсолютное давление в деаэраторе рд, кгс/см2	0,21
Номинальная производительность Gпр, т/ч	150
Температура деаэрированной воды tдв, 0С	61
Содержание О2 в исходной воде СО2, мг/кг	8,0
То же, в деаэрированной воде СО2дв, мг/кг	0,02
Содержание свободного СО2 в исходной воде ССО2, мг/кг	18,0
То же, в деаэрированной воде ССО2дв, мг/кг	0
Расход исходной воды Gив, т/ч	110
Температура воды перед деаэратором tив, 0С	35
Температура греющей среды tп, 0С	80

ТЭС – тепловая электрическая станция; ДПВ – деаэрация добавочной питательной воды паровых котлов 1. Классификация и особенности конструкций вакуумных деаэраторов По конструкции, серийно выпускаемые струйно-барботажные вакуумные деаэраторы бывают вертикальными (рисунок 2.1) и горизонтальными (рисунок 2.2). Конструкция струйно-барботажного вакуумного деаэратора вертикального типа, разработанная научно-производственным объединением по исследованию и проектированию энергетического оборудования имени И. Н. Ползунова (НПО ЦКТИ), приведена на рисунке 2.1. Вода, направляемая на дегазацию по трубе 1, попадает на верхнюю 9 тарелку 2. Пройдя струйную часть, вода поступает на перепускную тарелку 3. Она предназначена для сбора и перепуска воды на начальный участок расположенного ниже барботажного листа 5. Перепускная тарелка имеет отверстие 4 в виде сектора, который с одной стороны примыкает к сплошной вертикальной перегородке 6, идущей вниз до основания корпуса колонки. Вода с перепускной тарелки направляется на непровальный барботажный лист 5, выполненный в виде кольца со щелями или отверстиями 7, ориентированными перпендикулярно потоку воды. В конце барботажного листа имеется водосливной порог 8, который проходит до нижнего основания деаэратора. Вода протекает по барботажному листу, переливается через порог 8 и попадает в сектор, образуемый порогом 8 и перегородкой 6, а затем самотеком отводится в трубу 9. Весь пар (или перегретая вода) подводится в колонку под барботажный лист 5 по трубе 10. Под листом устанавливается паровая подушка, и пар, проходя через щели 7, барботирует воду. С увеличением нагрузки деаэратора, а следовательно, и расхода пара, высота паровой подушки увеличивается, и избыточный пар перепускается в обвод барботажного листа 5 через отверстия 12 и 13 в трубах 11. Затем пар проходит через горловину в перепускной тарелке 3 и поступает в струйный отсек, где большая часть пара конденсируется. Паровоздушная смесь отводится по трубе 14. При необходимости подачи в деаэратор горячего конденсата его следует вводить через штуцер 15 на перепускную тарелку. Рисунок 1.1 — Вакуумный струйно-барботажный деаэратор вертикального типа конструкции ЦКТИ: 1 — патрубок подвода исходной воды; 2 — верхняя тарелка; 3 — перепускная тарелка; 4 — сектор для слива воды; 5 — барботажный лист; 6 — вертикальная перегородка; 7 — щели для прохода пара; 8 — водосливной порог; 9 — патрубок отвода деаэрированной воды; 10 — патрубок подвода греющей среды; 11 — перепускная труба; 12, 13 — отверстия для перепуска пара; 10 — труба отвода выпара; 15 — штуцер для подвода конденсата; 16 — водоперепускная труба При отсутствии пара к деаэратору в качестве греющей среды подводится деаэрированная перегретая вода. Она также направляется под барботажный лист по трубе 10. Попадая в область давления ниже атмосферного, вода вскипает, образуя под листом паровую подушку. Вода, оставшаяся после вскипания, по трубе 16 удаляется на начальный участок барботажного листа, где проходит обработку совместно с исходным потоком воды. Вся колонка изготавливается цельносварной. Для возможности разъема предусматривается монтажный стык, расположенный выше перепускной тарелки. Производительность вертикальных вакуумных деаэраторов составляет от 5 до 300 м3/ч. Другие технические характеристики струйно-барботажных деаэраторов вертикального типа приведены в прил. Б, В. На рисунке 1.2 представлена принципиальная схема струйно- барботажного вакуумного деаэратора горизонтального типа. Исходная вода через штуцер 10 поступает в распределительный коллектор 9 и далее на первую тарелку 8. Перфорация первой тарелки рассчитана на пропуск 30% воды при номинальной нагрузке деаэратора. Остальная часть через порог сливается на вторую тарелку 11, куда сливается и вода, прошедшая сквозь отверстия первой тарелки. Такая конструкция первой тарелки объясняется тем, что она выполняет функцию встроенного охладителя выпара и должна обеспечить конденсацию необходимого расхода выпара в расчетном диапазоне изменения гидравлических нагрузок деаэратора. Рисунок 1.2 — Схема вакуумного струйно-барботажного деаэратора горизонтального типа конструкции ЦКТИ – СЗЭМ: а, б — модели 1968 и 1985 гг.; а) 1 — барботажный лист; 2 — канал для прохода неиспарившейся перегретой воды; распределительный коллектор; 3 — труба отвода деаэрированной воды; 4 — пароперепускная труба; 5 — перепускная тарелка; 6 — водоперепускной короб; 7 — труба отвода выпара; 8, 11, 12 — первая, вторая и третья тарелки; 10 — штуцер подвода исходной воды; 13 — патрубки подвода греющей среды; 14 — жалюзи; 15 — испарительный отсек; 16 — разделительная перегородка; 17 — деаэрационный отсек. б) 1 – барботажный лист; 2 – канал для прохода неиспарившейся перегретой воды; 3 – отвод деаэрированной воды; 4 – пароперепускной короб; 5, 6, 7 – тарелки соответственно первая, вторая и третья; 8 – отвод выпара; 9 – распределительный коллектор; 10 – подвод исходной воды; 11 – подвод греющего агента; 12 – испарительный отсек; 13 – деаэрационный отсек Вторая тарелка 11 является основной, после нее вода стекает струями на третью тарелку 12, которая служит в основном для организации подачи воды на начало барботажного листа 1. Обработанная на непровальном барботажном листе вода отводится из деаэратора по трубе 3. Деаэратор разделен барботажным листом и перегородкой надеаэрационный и испарительный отсеки. В испарительный отсек по трубопроводам 13 подается греющая среда – деаэрированная перегретая вода или пар. Выделившийся из перегретой воды пар образует паровую подушку и проходит через отверстия барботажного листа, а неиспарившаяся вода по каналу 2 вытесняется на уровень барботажного листа 1 и вместе с деаэрированной водой отводится из деаэратора. Для перепуска избытка пара из паровой подушки в деаэрационный отсек служит труба 4. Выпар отводится из деаэратора по трубопроводу 7 с помощью эжектора или вакуумного насоса. Деаэраторы горизонтального типа выпускаются производительностью 400, 800 и 1200 м3/ч. Эти деаэраторы вне зависимости от производительности имеют одинаковый диаметр корпуса 3 м и отличаются друг от друга его длиной. Основные технические характеристики струйно-барботажных деаэраторов горизонтального типа приведены в прил. Г. В последние годы широко рекламируются как новое чудо техники, позволяющее «решить» все проблемы деаэрации воды, струйные деаэраторы «КВАРК» и «АВАКС». Даже из рекламных материалов этих аппаратов видно, что указанные струйные деаэраторы по многим характеристикам уступают серийным аппаратам традиционных конструкций, прошедшим длительный эволюционный отбор. Анализ массообменной эффективности вакуумных деаэраторов показал, что из применяемых в настоящее время конструкций лучшие показатели имеют серийные струйно-барботажные аппараты [3].

2. Тепловой баланс вакуумного деаэратора

Тепловой баланс деаэрационной установки составляется для определения полного расхода пара, подводимого к деаэратору. В зависимости от тепловой схемы энергоустановки в деаэратор вводится то или иное количество потоков воды и пара. В общем виде уравнение теплового баланса деаэратора записывается как равенство потоков теплоты, введенных в деаэратор и вышедших из него: Q_1+Q_2+Q_3+Q_4=Q_5+Q_6+Q_7 (2.1) где Q1 – теплота, внесенная с основным потоком греющего пара; Q2 – теплота, внесенная с некипящими потоками воды; Q3 – теплота, внесенная с кипящими потоками воды; Q4 – теплота, внесенная с прочими потоками пара; Q5 – теплота, отведенная с деаэрированной водой; Q6 – теплота выпара; Q7 – теплопотери деаэратора в окружающую среду. Если в соответствии с заданием какие-либо из указанных выше потоков теплоты не поступают в деаэрационную установку и не отводятся из нее, то при составлении теплового баланса их не учитывают. Составляющие теплового баланса определяются по следующим формулам (кДж/кг). Количество теплоты, подведенной с основным потоком греющего пара: Q_1=G_min (2.2) Q_1=44,4 Энтальпия пара in определяется по его давлению и температуре на входе в деаэратор, согласно [4]. Количество теплоты, подведенной с некипящими потоками воды: Q_2=∑_(k=1)^m▒〖G_(н.п)^k*i_(н.п)^k 〗 (2.3) Q_2=9030 Количество теплоты, подведенной с кипящими потоками воды: Q_3=∑_(k=1)^m▒〖G_(к.п)^k*i_(к.п)^k 〗 (2.4) Q_3=3822 Количество теплоты, подведенной с прочими потоками пара: Q_4=∑_(k=1)^m▒〖G_проч^k*i_проч^k 〗 (2.5) Q_4=5064 Количество теплоты, отводимой с деаэрированной водой: Q_5=G_(деар.в) (2.6) Q_5=834,9 Производительность деаэратора (расход деаэрированной воды) определяется по формуле: G_(д.в)=∑_(k=1)^m▒G_(н.п)^k +∑_(k=1)^m▒[G_(к.п)^k-G_(к.п)^k (i_(к.п)^k-i_(д.в))/r_в ] +G_п^’ (2.7) G_(д.в)=12,2+813+8,9=834 Где G’п — количество сконденсированного пара в деаэраторе, кг/ч; rд — теплота парообразования при давлении в деаэраторе, ккал/кг. Величина G’п определяется из соотношения: G_п^’=(∑_(k=1)^m▒[G_(к.п)^k*(i_(к.п)^k-i_(д.в) )] )/(i_ср-i_(д.в) )+G_пос (2.8) G_п^’=8,99 Где icp — средняя энтальпия пара, ккал/кг; Gnoc – расход пара на покрытие потерь в окружающую среду. Величина icp определяется по формуле: i_ср=(G_п*i_п+∑_(k=1)^m▒〖G_пр^k*i_пр^k 〗+G_(к.п)^k ((i_(к.п)^k-i_(д.в))/r_в )*i_s)/(G_п+∑_(k=1)^m▒G_пр^k +∑_(k=1)^m▒G_(к.п)^k ((i_(к.п)^k-i_(д.в))/r_в ) ) (2.9) i_ср=1890,1 Теплота, отводимая с выпаром: Q_6=G_вып*i_вып (2.10) Q_6=2504,7*150=375718 Расход выпара Gвып, кг/ч, принимается из расчета 3 – 5 кг на 1 т деаэрированной воды G_вып=(3÷5)*G_(д.в) (2.11) G_вып=3*834,9=2504 Энтальпия паровоздушной смеси выпара условно может быть принята равной энтальпии насыщенного пара при давлении в деаэраторе, т. е. iвып= is. Теплопотери в окружающую среду определяется по формуле: Q_7=α*F*(t_из-t_воз) (2.12) Q_7=9,3*2*(50-18)=595,2 Где α – коэффициент теплоотдачи от изоляции к окружающему воздуху, равный 9,3 – 11,6 Вт/(м2•°С); F – поверхность корпуса деаэратора, включая бак-аккумулятор, м2; tиз – температура поверхности изоляции, принимаемая равной 50 °С; tвоз – температура окружающего воздуха. Расход пара на покрытие теплопотерь в окружающую среду определяется по формуле: G_пос=Q_7/r (2.13) G_пос=595,2/4,2=141,7 Теплопотери в окружающую среду должны специально определяться в случае расположения деаэраторов вне зданий. Во всех остальных случаях они могут приниматься равными 1 – 2 % общего расхода теплоты на деаэрационную установку. Расход пара на деаэрационную установку определяется по уравнению: G_п=(Q_5+Q_6+Q_7-Q_2-Q_3-Q_4)/(i_п-i_(д.в) ) (2.14) G_п=(834,9+375718+595,2-9030-3822-5064)/(3120-1200)=187,1 Выбираем деаэратор ДВ-200.

3. Тепловой и гидравлический расчет струйного отсека

В объем теплового расчета струйного отсека входит определение температуры на тарелках и расхода пара в отсеке. Тепловой расчет начинается выбора геометрических параметров пучка струй. Под геометрическими характеристиками пучка струй понимается длина струй, их начальный диаметр и шаг (диаметр и шаг отверстий на тарелке). Тепловой расчет струйного отсека производится при одновременном выполнении конструктивной схемы этого отсека, включая разметку отверстий на тарелке, что связано с необходимостью определения средней скорости пара в пучке струй (отсеке). Пример схемы струйного отсека приведен на рисунке 3.1. Рисунок 3.1 — Схема струйного отсека В задачи гидродинамического расчета входят определение гидравлических характеристик и проверка гидродинамической устойчивости струйного отсека при различных режимах работы. Гидравлически устойчивым называется такой режим работы струйного отсека, при котором не появляется местной рециркуляции воды под воздействием потока пара. Нарушение гидродинамической устойчивости может быть вызвано недопустимо высокими скоростями пара в отдельных сечениях деаэрационной колонки. Диаметр отверстий do на тарелках по условиям развития поверхности струй и эксплуатационным условиям следует принимать равным 5 — 8 мм. Шаг отверстий на тарелке должен приниматься равным не менее 18 — 20 мм при расположении их в вершинах равностороннего треугольника [2]. Длина струй L принимается равной расстоянию между нижней плоскостью вышерасположенной тарелки и видимым (динамическим) уровнем воды hдин на нижележащей тарелке того же отсека. При производительности деаэрационной установки до 400 т/ч длину струй L рекомендуется принимать равной 350 — 500 мм, а для более крупных деаэрационных установок целесообразно увеличивать ее до 800 — 900 мм с целью ограничить скорость пара и предотвратить таким путем унос капельной влаги [2]. Расстояние между тарелками (высота отсека Н) равно: H=L+h_дин (3.1) H=400+0,07=400,07 Динамический уровень воды на тарелке определяется суммой гидростатического уровня воды hгс и перепада давлений по паровой стороне между смежными отсеками ∆p: h_дин=h_гс+∆p (3.2) h_дин=0,05+0,02=0,07 Величины hгс и ∆p определяются в ходе гидродинамического расчета отсека. Скорость воды w0, м/с, на выходе из отверстия тарелки определяется по формуле: w_0=a_1*μ_0*2*g*h_гс (3.3) w_0=0,9*0,75*9,8*0,05=0,66 Где a1 — коэффициент, учитывающий влияние движения воды по тарелке на коэффициент расхода; μ0 — коэффициент расхода для перфорированного листа; hгс — гидростатический уровень воды, м. При диаметре отверстий 5 — 8 мм и толщине днища тарелок 4 — 6 мм коэффициент μ0 принимается равным 0,75. Коэффициент a1 для практических расчетов можно принимать равным 0,9 [2]. Для определения скорости w0 предварительно задаются величиной hгс, которая для равномерного распределения воды по всем отверстиям тарелки при номинальной гидравлической нагрузке должна находиться в пределах 60 — 80 мм. Число отверстий на тарелке N при номинальном режиме определяется предварительно по формуле N=(α_2*G_в*v_в)/(3,6*0,785*d_0^2*w_0 ) (3.4) N=(1*35,4*0,1104)/(3,6*0,785*〖0,005〗_^2*0,6615)=83623 где Gв — полный расход воды через данную тарелку, т/ч; vв — удельный объем воды при температуре ее на тарелке, м3/кг; a2 — коэффициент запаса на загрязнение перфорации тарелки (a2 = 1,0 — 1,1); d0 — диаметр отверстий на тарелке, м. Верхняя тарелка секционирована с таким расчетом, что при минимальной (30 %-ной) нагрузке работает только часть отверстий во внутреннем секторе примерно 0,3N. При увеличении нагрузки в работу включаются остальные отверстия. Гидростатический уровень воды hгс, м, при заданных расходах, числе и диаметрах отверстий на тарелке определяется по формуле: h_гс=1/2g ((G_в*v_в)/(3,6*0,785*d_0^2*N*μ_0*α_1 ))^2 (3.5) h_гс=1/(2*9,8) ((35,4*0,1104)/(3,6*0,785*〖0,005〗_^2*83623,8*0,75*0,9))^2=0,049 Для определения действительной средней скорости пара в струйном пучке рекомендуется пользоваться методом последовательных приближений. В первом варианте расчета струйного отсека деаэратора значение wn ориентировочно принимается равным 0,5 — 1,0 м/с. После выбора по указанным выше рекомендациям значений L и d0 определяют температуру воды tвых в конце струйного потока по формуле: t_вых=t_s-(t_s-t_вх)/〖10〗^(A_1*L*[1/d_0 *(w_п/w_0 )^2 ]^(1/3) ) (3.6) t_вых=150-(150-80)/〖10〗^(18*400*[1/0,005*(0,9/0,6615)^2 ]^(1/3) ) =137,1 где А1 — коэффициент, зависящий от давления в деаэраторе и от температуры исходной воды, определяется по номограмме (рисунок 3.2). Рисунок 3.2 — Зависимость коэффициентов А1 и В1 от абсолютного давления и температуры исходной воды Затем определяют количество пара, конденсирующегося на струях первого отсека, при найденной величине подогрева воды в них по формуле: G_п^’=(G_пр*(i_вых-i_(и.в) ))/(i_п-i_(и.в) ) (3.7) G_п^’=(150*(2730-2565))/(3120-2565)=44,5 Где iвых — удельная энтальпия воды при температуре tвых, ккал/кг. Для уточнения принятой средней скорости пара в струйном пучке сначала подсчитываются скорости пара wвх и wвых соответственно на входе в пучок струй и на выходе из него. w_вх=(G_п^’+G_вып)/(3,6*Ω_вх*ρ_п ) (3.8) w_вх=(44,5+25,04)/(3,6*1878*0,13)=7,92 w_вых=G_вып/(3,6*Ω_вых*ρ_п ) (3.9) w_вх=25,04/(3,6*1124*0,13)=4,75 где Ωвх, Ωвых — живые сечения для прохода пара на входе в пучок струй и на выходе из него. Величины Ωвх и Ωвых определяются по формулам: Ω_вх=L*(π*D_1-n_1*d_0 ) (3.10) Ω_вх=0,4*(3,14*1500-2560*0,005)=1878,8 Ω_вых=L*(π*D_2-n_2*d_0 ) (3.11) Ω_вых=0,4*(3,14*900-2760*0,005)=1124,8 где D1, D2 — диаметры условной окружности по наружному и внутреннему диаметрам пучка, м (см. рисунок 3.1); n1, n2 — число отверстий, вынесенных соответственно на условную окружность диаметром D1 и D2 шт. Значения величины внутреннего диаметра пучка D2 содержатся в прил. В. Значения величин D1, n1, n2 выбираются из геометрических соображений. Средняя скорость пара в струйном отсеке при wвх/wвых<1,25 подсчитывается по формуле: w_п^ср=(w_вх+w_вsх)/2 (3.12) w_п^ср=(7,92+4,75)/2=6,33

4. Расчет перепускной тарелки

Целью расчета является определение геометрических характеристик перепускной тарелки и скорости пара в горловине тарелки. Высота борта тарелки Нб, мм, и максимальный уровень воды на тарелке hmax, мм, принимаются на основании предварительных расчетов равными соответственно 200 мм и 70 мм [2]. Допустимое значение скорости пара в горловине тарелки w_п^доп, м/с, определяется по формуле: w_п^доп=√((2*g*(0,65*H_б-h_max)/(ζ*ρ_п )*〖10〗^3 ) (4.1) w_п^доп=√((2*9,8*(0,65*200-70)/(3,5*0,13)*〖10〗^3 )=7,46 Где ζ — коэффициент сопротивления горловины тарелки изменяется в пределах 3,5 ÷ 4,0. Диаметр горловины для прохода пара Dгор, м, принимается по прил. В, а площадь горловины для прохода пара Fгор, м2, вычисляется по формуле: F_гор=(π*D_гор^2)/4 (4.2) F_гор=(3,14*1_^2)/4=0,785 Расход пара в горловине тарелки G_п^гор, кг/с, вычисляется по формуле: G_п^гор=G_п^’+G_вып^ (4.3) G_п^гор=44,5+25,04=69,64 Скорость пара в горловине тарелки w_п^гор, м/с, определяется по формуле: w_п^гор=(G_п^гор*v_п)/(3,6*F_гор ) (4.4) w_п^гор=(69,64*0,1005)/(3,6*0,785)=2,47 Площадь отверстия для слива воды с перепускной тарелки при максимальном уровне воды Fn.m, м2, вычисляется по уравнению: F_гор=G_пр/(3,6*ρ_в*μ_р*√(2*g*h_max )) (4.5) F_гор=150/(3,6*984,1*0,55*√(2*9,8*0,07))=0,065 где μр — коэффициент расхода для перепускной тарелки, принимается равным 0,55. Центральный угол выреза в перепускной тарелке αу принимается по прил. В. Фактический уровень воды на перепускной тарелке h_(п.т)^ф , м, вычисляется по формуле: h_(п.т)^ф=[(360*G_пр)/(3,6*α_у ρ_в μ_р*π*(R^2-r^2 )*√(2*g))]^2 (4.6) h_(п.т)^ф=[(360*150)/(3,6*27*984,1*0,55*3,14*(0,385)*√(2*9,8))]^2=0,036 где (R2-r2) — разность квадратов наружного и внутреннего диаметров перепускной тарелки, м2, принимается по прил. В.

5. Расчет процесса дегазации воды

Расчет процесса дегазации воды основан на определении коэффициентов десорбции О2 и СО2 и вычислении необходимой площади барботажного листа для удаления этих газов из воды до значений, требуемых по заданию. Расчет концентраций кислорода C_1^(O_2 ) и свободного диоксида углерода C_1^(〖CO〗_2 ), мг/кг, на верхней тарелке производится с помощью эмпирических формул: C_1^(O_2 )=[0,47+0,0027*t_(н.п)+0,27*(p_д-0,003*t_(н.п) )^0,33 ]*C_^(O_2 ) (5.1) C_1^(O_2 )=[0,47+0,0027*35+0,27*(0,21-0,003*35)^0,33 ]*8=5,54 C_1^(〖CO〗_2 )=[1-0,00118*(p_д+0,32-0,008*t_(н.п) )^(-1,25) ]*C_^(〖CO〗_2 ) (5.2) C_1^(〖CO〗_2 )=[1-0,00118*(0,21+0,32-0,008*35)^(-1,25) ]*17,87 Далее производится расчет процесса дегазации на барботажном листе. Исследование непровальных барботажных листов показало, что процесс дегазации воды происходит за счет двух факторов: увлечения газовых пузырьков потоком пара и турбулентной диффузии. Интенсивность потока жидкости на барботажном листе J, м3/(м•ч), вычисляется по формуле: J=V_в/a (5.3) J=0,12/0,755=0,16 где Vв — объемный расход воды на входе в барботажное устройство, м3/ч; а — длина переливного порога, м. Расход воды на входе в барботажное устройство представляет собой сумму расходов исходной воды и пара, сконденсировавшегося в струйном отсеке: V_в=(G_(и.в)+G_п^’)/ρ_в (5.4) V_в=(110+8,9)/984,1=0,1209 где ρв — плотность воды на входе в барботажное устройство, кг/м3. Величина а, м, находится как разность между радиусом барботажного листа Rб и радиусом водоподводящей трубы rпрд, м. Геометрические характеристики деаэрационной колонки указаны в прил В. Рисунок 5.1 — Зависимость коэффициента Е от абсолютного давления в деаэраторе и температуры исходной воды Скорость течения жидкости по барботажному листу wв, м/ч, определяется по формуле: w_в=J/h_дин (5.5) w_в=0,16/0,068=2,33 где hдин — высота динамического слоя жидкости, который остался бы на барботажном листе после разрушения двухфазного потока, м. Одной из основных характеристик, определяющих эффект дегазации на непровальном барботажном листе, является динамический напор водяного пара в рабочем сечении барботажного листа ρпwп2, кгс/см2. Увеличение эффекта дегазации происходит до определенных значений динамического напора потока водяного пара. Оптимальными значениями, используемыми для расчетов, можно считать: для кислорода ρпwп2 = 95•10-3кгс/см2, для диоксида углерода 115•10-3 кгс/см2 [2]. В общем случае величина ρпwп2 определяется по графикам в зависимости от отношения концентраций газа на входе и на выходе с барботажного листа [2]. В диапазоне изменения ρпwп2 15•10-3 до 150•10-3 кгс/см2 высоту динамического слоя жидкости рекомендуется определять по формуле: h_дин=(0,8-1,15*ρ_п*w_п^2 )*h_0 (5.6) h_дин=(0,8-1,15*0,095 )*0,1008=0,08 где h0 — высота слоя жидкости на листе при отсутствии барботажа, м. h_0=h_пп+0,003∛(J^2 ) (5.7) h_0=0,1+0,003∛(〖0,16〗^2 )=0,1008 где hп.п — высота переливного порога, принимается равной 0,1 м. Для определения коэффициентов десорбции (массопередачи) кислорода и диоксида углерода в [2] рекомендуются следующие формулы: K_(O_2 )=1,32*w_в ((ρ_п w_п^2 d_0)/σ)^0,33 (5.8) K_(O_2 )=1,32*1,98((0,13*0,9*0,9*0,03)/0,07)^0,33=5,59 K_(〖CO〗_2 )=0,805*w_в ((ρ_п w_п^2 d_0)/σ)^0,33 (5.9) K_(〖CO〗_2 )=0,805*1,98((0,13*0,9*0,9*0,03)/0,07)^0,33=3,41 где d0 — ширина щели или диаметр отверстий на барботажном листе, рекомендуется принимать для щелей 0,03 — 0,05 см, для отверстий 0,05 — 0,08 см; σ — коэффициент поверхностного натяжения системы вода-пар, принимается равным 0,07 кгс/см. Средний концентрационный напор газа на барботажном листе δСcp, мг/кг, определяется по формуле: ∆C_ср=((C_н-C_(н.р) )-(C_к-C_(н.р) ))/(ln (C_н-C_(н.р))/(C_к-C_(н.р) ))-(C_(к.р)-C_(н.р))/2 (5.12) ∆C_ср=0,004 где Сн, Ск — концентрации О2 или СО2 в воде при входе и при выходе с барботажного листа, мг/кг; Сн.р, Ск.р — концентрации удаляемого газа в жидкости, равновесные с начальной и конечной концентрацией газа на барботажном листе, мг/кг. Так как расход пара, покидающего барботажный лист, значительно превосходит расход выделившихся газов, то величины Сн.р и Ск.р оказываются равными практически нулю и в расчетах ими можно пренебречь.

6. Гидравлический расчет барботажного устройства

В ходе гидравлического расчета барботажного устройства определяются скорости пара и воды в отверстиях барботажного листа. С этой целью сначала определяется необходимая площадь отверстий на барботажном листе Fo, м2, по формуле: F_0=0,152*F_p*√(ρ_п*w_п^2 ) (6.1) F_0=0,152*1,41*√(0,13*0,9*0,9)=0,06 где Fр — фактическое значение рабочей площади барботажного листа, м2. Фактическая площадь отверстий на барботажном листе Foф, м2, определяется по прил. В. Далее определяется минимально допустимая скорость пара wmin, м/с, в отверстиях барботажного листа: w_min=20,6/ρ_п (6.2) w_min=20,6/0,13=15,8 Расход пара через барботажный лист Gб.л, т/ч, представляет собой разность между расходами пара, подводимого к барботажному устройству и отводимого в перепускные трубы: G_(б.л)=G_п-G_пер (6.3) G_(б.л)=13,97 где Gn,Gпер — расходы пара, подводимого к барботажному устройству и отводимого в пароперепускные трубы, т/ч. Расход пара Gпер, т/ч, отводимого в пароперепускные трубы, определяется как разность расхода пара в горловине перепускной тарелки и расхода пара, идущего собственно на барботаж: G_пер=G_п^гор-G_(п.б) (6.4) G_пер=69,6-1,9=67,6 где Gп.б — расход пара на собственно барботаж, т/ч. Величина Gп.б, т/ч, определяется по формуле: G_пб=3,6*w_п*γ_п+F_р (6.5) G_пб=3,6*0,15+1,411=1,951 где wпγп приведенная весовая скорость пара принимается равной 0,15 ÷ 0,20 кг/(м2•с). Скорости пара в отверстиях барботажного листа wл и в перепускных трубах wпер, м/с, определяются по соответствующим формулам: w_л=(G_(б.л)*v_п)/(3,6*F_0^ф ) (6.6) w_л=(13,9*0,1005)/(3,6*1,623)=0,24 w_пер=(G_пер*v_п)/(3,6*F_пер^ ) (6.7) w_пер=(67,6*0,1005)/(3,6*0,097)=19,48 где Fпер — общая площадь сечения перепускных труб, м2, определяется по прил. В. Гидравлическим расчетом барботажного устройства завершается расчет основных рабочих параметров вакуумного деаэратора.

Заключение

Надежность и экономичность систем централизованного теплоснабжения промышленных предприятий, городов и населенных пунктов, а также их теплоисточников (котельных и ТЭЦ) в значительной степени зависит от эффективности термической деаэрации воды, предназначенной для восполнения потерь в котлах и тепловых сетях. В настоящее время на отечественных предприятиях теплоэнергетики насчитывается несколько тысяч деаэрационных установок. Основной частью деаэрационной установки является деаэратор, который представляет собой тепломассообменный аппарат контактного типа, где происходит основной процесс дегазации воды. Несмотря на то, что на многих ТЭЦ и котельных серийно выпускаемые струйно- барботажные вакуумные деаэраторы давно освоены и работают весьма эффективно, нередки жалобы эксплуатационников на трудности обеспечения нормативного качества вакуумной деаэрации. Как правило, эти трудности связаны с проектными недоработками и недостаточной подготовкой инженерно-технического персонала.

Список используемой литературы

Брюханов О.Н. Тепломассообмен: учеб. пособие для вузов/ О.Н. Брюханов, С.Н. Шевченко.-М.:АСВ,2005.-460с. АрхаровА.М. Теплотехника: учебник для вузов/А.М. Архаров и др.; под ред. А.М.Архарова, В.Н. Афанасьева.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.-712с. Луканин В.Н. Теплотехника: учебник для вузов/ В.Н. Луканин и др., под ред. В.Н. Луканина.-4-е изд., испр.-М.: Высшая школа, 2003.-671с. Брюханов О.Н. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики.: учебник для средних специальных учебных заведений/ О.Н. Брюханов, В.И. Коробко, А.Т. Мелик-Аракелян. -М.: ИНФРА-М.2004.-253с. Луканин В.Н. Теплотехника: учебник для вузов/ В.Н. Луканин и др., под ред. В.Н. Луканина.-5-е изд., стер.-М.: Высшая школа, 2006.-671с.