Тепловой расчет деаэратора

Исходными данными для расчета выделения кислорода являются начальное и конечное его содержание в деаэрируемой вод и расчетные характеристики потоков воды и пара в отсеках, определяемые в тепловом расчете колонки. Поэтому при определении размеров струйной колонки тепловой расчет предшествует расчет выделения кислорода.

• Расчет числа отсеков проводится последовательным пpиближением, вплоть до достижения требуемого остаточного содержания кислорода при входе воды в бак-аккумулятор.

• В случае применения струйной колонки в качестве первой ступени при двухступенчатой деаэрации воды (струйно-барботажный деаэратор) число отсеков в колонке может быть сокращено. Величина недогрева воды в ней до температуры насыщена в этом случае может приниматься в пределах 5—10°С; при это еще обеспечивается бесшумная работа барботажного устройств Недогрев воды в струйной колонке приводит к увеличению расхода пара на барботажное устройство, что не всегда может быть допущено по технико-экономическим требованиям

В объем теплового расчета струйной колонки входит определение температуры воды на тарелках и расхода пара в кал дом из отсеков. Тепловой расчет ведется последовательно для каждого из отсеков колонки, начиная с верхнего. Он начинаете с выбора геометрических параметров пучка струй.

Под геометрическими характеристиками пучка струй понимается длина струй, их начальный диаметр и шаг (диаметр и ш отверстий на тарелке).

Длина струй L принимается равной расстоянию между нижней плоскостью вышерасположенной тарелки и видимым (динамическим) уровнем воды h_дин на нижележащей тарелке того же отсек

Расстояние между тарелками (высота отсека H) равно

H=L+ h_дин (4.1)

Динамический уровень воды на тарелке определяется сумме гидростатического уровня воды h_гс и перепада давлений по пар вой стороне между смежными отсеками 𝛥p

h_дин=h_гс+𝛥p (4.2)

Величины h_гс и 𝛥p определяются в ходе гидродинамическо расчета колонки. 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 влаг.

Диаметр отверстий d₀ на тарелках по условиям развития поверхности струй и эксплуатационным условиям следует принимать равным 5—8 мм.

Шаг отверстии на тарелках должен приниматься равным не ме­нее 18—20 мм при расположении их в вершинах равностороннего треугольника.

Для определения температуры воды на тарелках и расхо­да пара в отсеках выполняется расчет подогрева воды в отсеках.

В деаэрационных колонках обтекание пучка водяных струй потоком пара приближается к поперечному. При поперечном обте­кании пучка струй паром давлением более атмосферного для опре­деления подогрева воды следует пользоваться формулой

 

(4.3)

или

, (4.4)

где: А — коэффициент, зависящий от давления в деаэраторе

и определяемый по рис. 4.1;

t_s — температура насыщения при давлении в деаэра­торе, °С;

t_вх t_вых температура воды на входе и выходе из отсека, °С;

L, d₀— длина струй и диаметр отверстий в тарелке, м;

₀ — средняя скорость истечения воды из отверстия в та­релке, м/с;

_п— средняя скорость пара в пучке струй, м/с.

Уравнение содержит три неизвестные величины: _{0 п} и причем последняя является искомой.

Скорость воды на выходе из отверстия тарелки определяется по формуле

 

₀= (4.5)

-коэффициент расхода для перфорированного листа;

| — коэффициент, учитывающий влияние движения воды по тарелке на коэффициент расхода ( );

— гидростатический уровень воды на тарелке, м.

 

Рис 4.1 Зависимость коэффициента А от давления в формуле подогрева воды в струях

 

При диаметре отверстий 5—8 мм и толщине днищ тарелок 6 мм коэффициент принимается равным 0,75. Коэффициент для практических расчетов можно принимать равным 0,9.

Для равномерного распределения воды по всем отверстиям тарелки необходимо, чтобы при номинальной гидравлической нагрузке величина равнялась 60—80 мм

Для определения действительной средней скорости пара и струйном пучке рекомендуется пользоваться методом последовательно приближения.

В первом варианте расчета верхнего отсека деаэраторов значение _п ориентировочно принимается равным 0,5 - 1 м/с. После выбора по указанным выше рекомендациям зна­чений L и d₀ определяют температуру воды t_вых на нижней тарел­ке рассматриваемого верхнего отсека. Затем определяют количества пара, конденсирующегося на струях первого отсека, при найденной величине подогрева воды в них по формуле

 

 

(4.6)

де i_вых – удельная энтальпия воды при температуре t_вых , ккал/кг.

Для уточнения принятой средней скорости пара в пучке вначале подсчитываются скорости пара _вх и _вых соответственно на входе в пучок струй первого отсека и выходе из него:

 

(4.7)

 

 

где G^'_вып - расход пара на выходе из струйного пучка, включаю­щий расход выпара из деаэратора и количество пара, конденсирующегося на поверхности воды в смесительно-распределительном устройстве.

Живое сечение на входе пара в пучок струй первого отсека

 

Ω_вх=L( D₁ - d₀), (4.8)

и на выходе пара из пучка струй первого отсека

 

Ω_вых=L( D₂ - d₀), (4.9)

 

где D₁, D₂ — диаметры условной окружности по наружному и вну­треннему диаметрам пучка, м;

п₂ п₂ число отверстий, вынесенных соответственно на услов­ную окружность диаметром D₁, D₂, шт.

Средняя скорость пара в первом отсеке при _вх/ _вых< 1,25 под­щипывается по формуле

 

 

(4.10)

 

(4.11)

 

Полученная средняя скорость пара в первом отсеке сопоставляется с принятой в начале расчета. В случае , если расхождение между ними превышает 0,1 м/с, расчет повторяется при новом ис­комом значении скорости[31].

Расчетная величина средней скорости пара в отсеке не должна превышать предельно допустимую из условия предотвращении уноса капель. Предельно допустимая средняя скорость пара в пучке струй для данного давления в деаэраторе определяется по рис.4.2 . Диаметр капли принимается приближенно равным диаметру отверстий в тарелке.

 

Рис 4.2 Зависимость предельно допустимой скорости пара в струйном отсеке от начального диаметра струи при различных давлениях в деаэраторе

 

По расчетному значению скорости пара в первом отсеке находят фактическую температуру воды на выходе из первого отсек (на нижней тарелке его), которая является начальной температурой воды для расчета подогрева ее во втором отсеке.

Расход воды через верхние тарелки рассчитываемых отсеков определяется с учетом распределения поступающих потоков воды по тарелкам и количества пара, сконденсировавшегося в предшествующем отсеке.

Давление пара во всех отсеках принимается постоянным и равным номинальному давлению в деаэраторе, а пар — сухим насыщеным.

Тепловой расчет струйной колонки проводится при одновременном выполнении схем отдельных отсеков колонки, включая разметку отверстий на тарелках, что связано с необходимостью определения средней скорости пара в пучке струй (отсеке).

Пример такой схемы дан на рис. 4.3

 

Рис 4.3 Схема отсека струйной колонки

 

При удельном расходе выпара 2 кг на 1т деаэрированной воды содержание неконденсирующихся газов в паровоздушной смеси может не учитываться при расчете подогрева воды во всех отсеках струйной колонки.

В отсеках вакуумных деаэраторов подогрев воды определяется по формуле

 

(4.12)

 

Коэффициент определяется по рис 4.4 .

 

Рис 4.4 Зависимость коэффициентов А₁ и В₁ от абсолютного давления и температуры колонки исходной воды

 

В отсеках с продольным обтеканием пучка струй паром расчет подогрева воды в деаэраторе атмосферного давления рекомен­дуется проводить по формуле

(4.13)

 

Выбор скорости пара в отсеках с продольным обтеканием струй осуществляется на основе вышеприведенных рекомендаций[32].