Совершенствование регулярной сетчатой насадки для процесса охлаждения воды в градирнях

Актуальность проблемы.

Расход воды промышленными и энергетическими предприятиями Российской Федерации1 исчисляется сотнями кубических километров в год. Преобладающая доля1 этого расхода воды используется для целей охлаждения, то есть отведения тепла из производственных аппаратов. Охлаждающая вода используется на предприятиях как для непосредственного осуществления технологического процесса, например, для сжижения* продуктов химического производства, использования в оборотных системах водоснабжения, или для конденсации отработавшего пара после расширения1 в паровых турбинах предприятий, ТЭС и АЭС, так и" для предотвращения быстрого износа элементов ¡-оборудования под действием высоких температур, например, кладки производственных печей или цилиндров компрессоров.

В настоящее время наиболее экономичным способом отвода низкопотенциального тепла от технологического оборудования в интервале температур от 40 до 50 °C является охлаждение с использованием оборотной г воды, которая охлаждается в градирнях. Наибольшее распространение получили противоточные насадочные градирни. В период с 1960 по 1990 г. в нашей стране градирни строились преимущественно по типовым проектам. В качестве материала для изготовления насадок использовалась древесина, а позже — асбестоцемент. Однако при привязке к местным условиям строительства и эксплуатации градирен не всегда обеспечивалось высокое качество типовых проектов. После перехода организаций на рыночную экономику градирни стали строить только по специальным проектам применительно к каждому конкретному объекту. Для повышения экономической эффективности и увеличения срока службы насадок их стали изготавливать из полимерных материалов. Возникла потребность в реконструкции и модернизации старых градирен, построенных по типовым проектам. Разработка и внедрение новых высокоэффективных насадок из полимерных материалов позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты всей системы в целом за счёт облегчения несущих конструкций, сокращения потребного объёма насадки, снижения затрат на электроэнергию и водоподготовку вследствие увеличения зоны охлаждения и снижения расхода оборотной воды.

Таким образом, совершенствование конструкций насадок для градирен является актуальной задачей.

Наибольший вклад в изучение гидродинамических и тепломассообменных характеристик насадок внесли следующие учёные и специалисты: Берман Л. Д., Рамм В. М., Льюис В. К., Меркель Ф., Поппе М., Жаворонков Н. М., Аэров М.Э.- Левич В. Г., Олевский В. М., Пономаренко B.C. и другие.

Объектом исследования является насадка, как основной технологический элемент насадочного тепломассообменного аппарата — градирни.

Предметом исследования являются основные закономерности гидромеханических и тепломассообменных процессов, протекающих в объёме насадки.

Цель работы.

На основе анализа существующих конструкций разработать высокоэффективную насадку для интенсификации процессов теплои массообмена при испарительном охлаждении оборотной воды в градирнях.

Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи.

1. Разработка новой конструкции регулярной сетчатой насадки с улучшенными характеристиками по отношению к известным насадкам.

2. Экспериментальное исследование гидродинамических и тепломассообменных характеристик новой насадки.

3. Получение обобщённых зависимостей для расчёта гидродинамических и тепломассообменных характеристик насадки по результатам экспериментальных исследований.

4. Разработка компьютерных программ' для автоматизации обработки экспериментальных данных, проведения расчётов площади орошения градирни и определения наиболее рациональной скорости воздуха, проходящего через градирню.

5. Сравнительный анализ новой и существующих современных конструкций насадок по различным параметрам.

Научная новизна.

1. Экспериментальные результаты исследования гидродинамических и тепломассообменных характеристик новой сетчатой насадки.

2. Установленный экспериментальным путем эффект распределения новой сетчатой насадкой жидкости по высоте слоя под углом 120° не зависимо от плотности орошения.

3. Обобщение экспериментальных результатов исследования гидродинамических и тепломассообенных характеристик в виде эмпирических зависимостей.

Практическая значимость.

1. Разработана новая конструкция регулярной сетчатой насадки, защищённая патентом РФ на изобретение (получено положительное решение о выдаче патента по заявке № 2 010 111 894).

2. Разработана методика расчёта градирни с регулярной сетчатой насадкой.

3. Передана техническая документация в научно-производственные фирмы «ТЕХЭКОПРОМ», «ЭИТЭК» и «СЕ, А Ро1асеГ для внедрения в производство новой регулярной сетчатой насадки.

4. Результаты работы использованы при выполнении госконтракта № 16.525.11.5003.

На защиту выносится.

1. Конструкция новой регулярной сетчатой насадки.

2. Результаты экспериментальных исследований структуры течения жидкости по насадке.

3. Результаты экспериментальных исследований и эмпирические зависимости для определения гидродинамических и тепломассообменных характеристик насадки.

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированное конструирование машин и аппаратов» Московского государственного университета инженерной экологии.

Автор выражает благодарность за обсуждение методики проведения экспериментов с.н.с., к.т.н. Пушнову Александру Сергеевичу.