Конструкторский тепловой расчет градирни

Задачи конструкторского теплового расчета изложены выше.

Рассмотрим порядок конструкторского теплового расчета градирни.

2.2.1. По температуре наружного воздуха и относительной влажности определяют влагосодержание и энтальпию ( , ) воздуха

, кг/кг, (2.1)

где В – барометрическое давление, Па;

Р_НАС – давление насыщенного водяного пара при температуре q₁ ,Па; (прил.5)

, Дж/кг (2.2)

2.2.2. Теоретический (соответствующий полному насыщению на выходе из градирни парами воды) относительный расход воздуха через градирню равен:

, кг/кг, (2.3)

где - коэффициент, учитывающий долю теплоты, отведенной от воды за счет частичного испарения;

h₂ , x₂ – энтальпия и влагосодержание воздуха на выходе из градирни при температуре q₂ и относительной влажности j₂=100%, Дж/кг и кг/кг.

2.2.3. Температура воздуха на выходе из градирни q₂ при относительной влажности воздуха j₂=100% может быть определена по формуле [1]

, (2.4)

где упругость пара при температурах воды t₁ и t₂, Па;

Р₁, Р₂ - парциальное давление водяного пара в воздухе при температурах q ₁ и q₂ , Па;

;

- упругость пара при средней температуре охлаждаемой и охлажденной воды, Па;

Анализ уравнения (2.4) показывает, что в левой и правой части находится температура ₂. Уравнение (2.4) решается графическим путем подбором этой температуры. Построим график q₂ (расчетное) = f(q₂) – принятое значение. По оси абсцисс будем откладывать расчетное значение ₂, а по оси ординат – принятое. Точка пересечения полученной кривой с прямой линией, проходящей через начало координат под углом 45⁰С к осям, определит искомое значение q₂ . Произведенные действия показаны на рис.2.1.

Ось

Ось Х

Рис.2.1. К расчету температуры воздуха q₂

Действительный расход воздуха в башенных градирнях принимается равным теоретическому расходу. В вентиляционных градирнях действительный расход воздуха определяется по технико-экономическим расчетам. Сопоставляются капитальные затраты на поверхность охлаждения и стоимость электроэнергии на привод вентилятора.

2.2.4. Поверхность тепломассообмена градирни с пленочным оросителем определяется по выражению:

, м² , (2.5)

где b_Х – коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности влагосодержаний, кг/м² ∙с ∙кг/кг;

b_Х=1.61∙В∙b_Р;

b_Р – коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности парциальных давлений, кг/м² ∙с∙Па.

В уравнении (2.5) величина Dh_СР – средний энтальпийный напор. В случае противоточного движения воздуха и охлаждаемой воды определяется Dh_СР зависимостью:

, Дж/кг, (2.6)

где Dh₁ = - разность энтальпий воздуха на стороне входа воды, Дж/кг;

Dh₂ = - разность энтальпий воздуха на стороне выхода воды, Дж/кг;

- энтальпия насыщенного воздуха парами воды у поверхности жидкости соответственно при температуре охлаждаемой и охлажденной воды, Дж/кг;

, Дж/кг; (2.7)

h₂ – энтальпия воздуха на выходе из градирни, Дж/кг;

; (2.8)

- энтальпия насыщенной водяными парами воды при температуре t_m=0.5(t₁+t₂) , Дж/кг;

Коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности парциальных давлений, определяется из критериального уравнения [1]

, (2.9)

где d_э – эквивалентный диаметр канала, м;

D_Р – коэффициент диффузии, отнесенный к градиенту парциального давления, кг/м∙с∙Па;

, (2.10)

где T – абсолютная средняя температура воздуха в градирне, К;

А,n – коэффициенты в критериальном уравнении, которые выбираются в зависимости от критерия режима движения (табл.2.1)

, (2.11)

где n_воз – коэффициент кинематической вязкости воздуха при средней температуре, м²/с.

Таблица 2.1

Re < 104	A=0.0008	n=1,18
Re>104	A=0.028	n=0.8

Эквивалентный диаметр d_э принимается равным двум расстояниям между соседними щитами – b. Рекомендуется b = 0.02 – 0.05.

Скорость воздуха W₀ определяется относительно поверхности движущейся пленки, т.е. при противотоке, W₀=W_B+W_Ж, (2.12)

где W_B - абсолютная скорость воздуха, м/с;

W_Ж – абсолютная скорость жидкостной пленки, м/с.

Величина W_Ж может быть найдена в зависимости от гидравлической нагрузки и средней температуры воды. Ориентировочно W_Ж = 0.2-0.25 м/с.

Выбор скорости воздуха производится из расчета

, м/с (2.13)

где q ³ 0,0235 кг/м ∙с – величина удельной гидравлической нагрузки на один погонный метр каждой стороны щитов (в горизонтальном направлении),

соответствующая устойчивому поддержанию пленки жидкости на всей поверхности щитов;

r_В – плотность воздуха при средней температуре, кг/м³.

Правильность выбора скорости воздуха определяется последующим расчетом высоты оросителя. Если по каким-либо соображениям полученная высота оросителя не удовлетворяет расчетчика, то необходимо изменить скорость воздуха в сторону, приводящую к желаемому изменению высоты оросителя.

2.2.5. Для капельного оросителя градирни рассчитывается объем:

, м³ (2.14) b_XV – объемный коэффициент массоотдачи определяется по эмпирической формуле

, кг/(м³∙с ) (2.15)

где рекомендуется принимать плотность орошения в пределах g_Ж=0.7 – 2 кг/м²∙с; А= 0,292; m=0.53; n=0.39; Скорость воздуха для расчета b_XV по формуле (3.15) определяется по зависимости

, м/с, (2.16)

где варьируя величиной g_Ж и соответственно скоростью воздуха, можно менять расчетную высоту оросителя.

2.2.6. Определяются основные размеры оросителя градирни. Для противоточной пленочной градирни размеры оросителя подсчитываются при помощи следующих формул:

живое сечение оросителя (проходное сечение для воздуха)

, м² (2.17)

общая высота оросителя (щитов)

, м (2.18)

активная площадь оросителя прищитовой конструкции

, м². (2.19) где а_h – коэффициент, учитывающий влияние неравномерности распределения воды и воздуха, принимается равным 1.1 – 1.3;

М_В – расход воздуха по тепловому расчету, кг/с.

a_F – коэффициент, учитывающий площадь, занятую под стойками, колоннами и другими элементами строительной конструкции; a_F =1.1 – 1.2.

Рис.2.2. Схематичное изображение оросителя пленочной градирни.

2.2.7. Определение конструктивных размеров противоточного капельного оросителя сводится к подсчету его активной площади F_ор и высоты решетника h_ор:

(2.20)

где скорость воздуха W_В отнесена к полному сечению оросителя. Коэффициент а_h имеет тот же смысл, что и для пленочного оросителя.