Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1. Место эжекционных градирен в ряду охладителей циркуляционной воды. 10
1.2 Существующие типы эжекционных градирен 15
1.3. Методики гидроаэротермических расчетов градирен 20
1.3.1. Графо-аналитическая методика расчетов эжекционных градирен 21
1.3.2. Методика расчетов вентиляторных и башенных градирен 29
1.4. Задачи исследований 32
ГЛАВА 2 Математическая модель процессов тепломассообмена в эжекционных градирнях и задачи расчетов 34
2.1. Дифференциальные уравнения тепломассообмена в эжекционнои градирне 35
2.2. Задачи гидроаэротермических расчетов градирен и методика их решения 45
2.3. Гидроаэротермические характеристики эжекционнои градирни и методика их определения 47
2.3.1. Гидравлическая характеристика 48
2.3.2. Аэродинамическая характеристика 49
2.3.3. Коэффициенты теплоотдачи и массоотдачи. Число испарения 51
ГЛАВА 3 Определение гидроаэротермических характеристик эжекционнои градирни по результатам лабораторных и натурных испытаний 57
3.1. Усовершенствованная конструкция эжекционнои градирни с повышенной эффективностью и надежностью 58
3.2. Определение гидравлических характеристик сопла и водоуловителя по результатам лабораторных испытаний 66
3.3. Определение аэротермических характеристик эжекционнои градирни 71
по результатам натурных испытаний на примере усовершенствованной градирни 71
ГЛАВА 4 Гидроаэротермические расчеты эжекционных градирен 80
4.1. Эксплуатационная номограмма эжекционнои градирни 81
4.2. Сопоставление расчетных и натурных данных 87
4.3. Сравнительный анализ тепловой эффективности различных типов градирен 90
Заключение 97
Список литературы 99
Приложение 106
- Методики гидроаэротермических расчетов градирен
- Задачи гидроаэротермических расчетов градирен и методика их решения
- Определение гидравлических характеристик сопла и водоуловителя по результатам лабораторных испытаний
- Сопоставление расчетных и натурных данных
Введение к работе
В СССР наиболее распространенным видом охладителей были водохранилища. Создание водохранилищ-охладителей приводит к отчуждению от хозяйственного использования большой территории и к значительным экологическим изменениям в районе водохранилища. Поэтому уже с последних десятилетий прошлого века и в России и за рубежом наблюдается тенденция к использованию в качестве охладителей преимущественно башенных и вентиляторных градирен. В последние годы находят себе применение и эжекционные градирни. Основополагающий вклад в развитие теории тепломассообмена при испарительном охлаждении в градирнях внесли в 20 -50-е годы прошлого столетия Ф. Меркель, Б.В. Проскуряков, Л.Д. Берман. Большой вклад в изучение башенных и вентиляторных градирен внесли А.Г. Аверкиев, В.Е. Андрианов, Ю.И. Арефьев, Д.Н. Бибиков, Р.Е. Гельфанд, В.А. Гладков, В.И. Горбенко, В.В. Гончаров, М.Б Джуринский, Ю.А. Иванов, М.Б. Кривошеина, Г.П. Мандрыкин, В.А. Морозов, Ю.С. Недвига,
B.C. Пономаренко, Е.А. Сухов, Н.Я. Ткач, В.А. Трубников, Б.С. Фарфоровский и другие.
Из зарубежных авторов следует отметить труды Р. Дуткевича, Н. Келли, Л. Свенсона, Е. Хампе, В. Шапошникова.
Эжекционные градирни для проектировщиков и исследователей являются сравнительно новым видом испарительного охладителя. Существует основополагающий труд по испарителям Л.Д.Бермана "Испарительное охлаждение циркуляционной воды" [17]. В книге рассмотрены конструкции и методики технологических расчетов практически всех испарительных охладителей: водохранилища-охладители, брызгальные бассейны, башенные и вентиляторные градирни. Книга эта и по сей день используется как справочное пособие по проектированию и расчетам всех традиционных охладителей, в том числе башенных и вентиляторных градирен. Эжекционные градирни в книге не
упоминаются.
Интерес к разработке и внедрению эффективных конструкций эжекционных градирен, возникший в 90-х годах, объяснялся, прежде всего, неудовлетворительным состоянием старых систем технического водоснабжения в стране. Многие старые системы, использующие традиционные охладители, пришли в негодность и требовали подчас полной замены. В этом случае, как и при создании новых систем, необходимо было внедрять современные эффективные конструкции охладителей. При этом большое значение придается экономичности и быстроте введения таких конструкций в эксплуатацию.
Актуальные требования периода привели к тому, что обратили внимание на такие мало исследованные охладители, как эжекционные градирни. Действительно, технология сооружения эжекционных градирен достаточно проста и не требует особых технических и инструментальных методов, специальных дорогостоящих материалов. Такие градирни не имеют высоких башен, как в башенных градирнях, и, в отличие от вентиляторных, не требуют установки вентилятора. Простота конструкции эжекционных градирен позволяет быстро сооружать и вводить их в эксплуатацию. Эжекционные градирни имеют сравнительно малую стоимость строительства и эксплуатации.
Кроме указанных достоинств, на которые прежде всего и обратили внимание, эжекционные градирни по сравнению с традиционными имеют ряд других конструктивных и эксплуатационных достоинств.
Конструктивным достоинством эжекционной градирни является возможность придать такой градирне произвольную геометрическую форму и, тем самым, вписать ее в практически любые производственные условия.
К основным эксплуатационным достоинствам эжекционных градирен следует отнести возможность эксплуатации при резко переменной нагрузке, обеспечивая маневренность системы охлаждения; возможность работать при высокой (более 80С) температуре охлаждаемой воды, которую не
6 выдерживает технологическое оборудование из полимерных материалов, устанавливаемое в настоящее время в традиционных градирнях.
Указанные конструктивные и эксплуатационные достоинства эжекционных градирен имеют непреходящую ценность. Поэтому следует полагать, что привлекательность эжекционных градирен не уменьшится. Новые разработки в области эжекционных градирен, в том числе и выполненные в настоящей работе, уже находят и найдут себе в дальнейшем применение.
При сравнении с традиционными градирнями, к основным недостаткам эжекционных градирен следует отнести необходимость использования специальных насосов для создания более высоких напоров, а также большие размеры занимаемой площади при той же производительности по воде.
Указанные недостатки не позволили быстро создать экономичные эжекционные градирни большой мощности. Поэтому, в первую очередь, эжекционные градирни нашли себе применение на промышленных предприятиях, где смогли использоваться как основной охладитель.
Применение, изучение и совершенствование эжекционных градирен началось исторически в химической промышленности. В дальнейшем их начали применять и в других областях, в том числе и в энергетике. Значительный вклад в изучение и совершенствование эжекционных градирен внесли отечественные исследователи А.И.Белевич, Ю.И.Беличенко, В.С.Галустов, А.И.Гермашев, В.В.Зеленцов, Ю.А.Иванов, Ю.М.Кузьмин, В.В.Колесник, Е.А.Михайлов, В.Н.Орлик, Д.Г.Пажи, А.В.Стародубцев, А.И.Чуфаровский, В.В.Шувалов. Из зарубежного опыта особо следует отметить активность в создании эжекционных градирен фирмы "Baltimore Aircoil".
В энергетике, как правило, требуются более мощные охладители. Системы охлаждения тепловых электростанций представляют собой сложный комплекс гидротехнических сооружений и охладителей производительностью по воде в сотни тысяч кубометров в час. В таких системах эжекционные градирни смогут успешно работать в сочетании с традиционными
охладителями, увеличивая производительность системы и, к тому же, обеспечивая гибкую маневренность при пиковых и сезонных режимах работы.
Использование эжекционных градирен в энергетических системах требует решения такой обязательной для всех градирен задачи, как обеспечение заданного уровня охлаждения при регулировании работы турбоагрегатов. Это задача гидроаэротермических расчетов градирни: определение температуры охлажденной воды в зависимости от тепловой и гидравлической нагрузок на градирню или систему в целом и от метеорологических факторов. Имея в виду работу эжекционной градирни в энергетической системе для эжекционной градирни необходимо иметь расчетную методику, позволяющую учесть все указанные режимные параметры. При этом, предполагая работу эжекционной градирни в системе, включающей и традиционные градирни, для корректности общего расчета системы методика гидроаэротермических расчетов эжекционных градирен должна быть аналогична методике расчета традиционных градирен.
Исходя из сказанного, целью настоящей работы являлась разработка методики гидроаэротермических расчетов эжекционных градирен, основанной на тех же теоретических положениях, что и методика расчета традиционных (вентиляторных и башенных) градирен и доведение методики до практического применения.
Для осуществления поставленной цели решались следующие задачи:
- описание процессов тепломассообмена в эжекционной градирне
системами дифференциальных уравнений, базирующимися на теоретических
положениях, использованных при описании процессов тепломассообмена в
традиционных градирнях;
определение гидравлических, аэродинамических и тепловых характеристик эжекционных градирен;
- разработка практической методики гидроаэротермических расчетов
эжекционных градирен с построением эксплуатационной номограммы на базе
полученных систем уравнений и характеристик;
- разработка конструктивных решений, позволяющих улучшить
гидравлический режим, эффективность, надежность и экологическую
безопасность эжекционных градирен.
Научную новизну исследований определяют следующие результаты выполненной работы, впервые полученные для эжекционных градирен:
- разработана методика гидроаэротермических расчетов и определения
гидроаэротермических характеристик прямоточных эжекционных градирен,
базирующаяся на тех же принципах, что и методика расчета башенных и
вентиляторных градирен;
для эжекционнои градирни получены гидроаэротермические характеристики, в том числе объемные коэффициенты тепло- и массоотдачи и интегральная характеристика тепломассообмена в градирнях — число испарения;
выполнены расчеты и получена впервые эксплуатационная номограмма температур охлажденной воды модульной эжекционнои градирни, аналогичная эксплуатационным номограммам для традиционных градирен;
разработаны конструктивные решения (патент № 2187058 и патент №2201569), позволяющие повысить производительность по воде и эксплуатационные качества эжекционных градирен.
Номограмма получена для действующей эжекционнои градирни завода "Лентехгаз" с достаточно высокой по сравнению с существующими эжекционными градирнями производительностью по воде (до 1600 м3/ч). Градирня имеет оригинальную конструкцию. Использованные в градирне конструктивные предложения автора работы позволили повысить эффективность работы градирни за счет улучшения ее гидроаэротермических характеристик.
Градирня разделена на изолированные секции с возможностью их независимой работы, что повышает маневренность градирни. К тому же из
таких отдельных секций могут составляться градирни различной производительности. Поэтому предложенная конструкция рассматривается как типовая модульная градирня. Наличие эксплуатационной номограммы для градирни позволяет использовать эту конструкцию эжекционной градирни в новых проектах, позволяя подобрать необходимое число модулей в зависимости от заданных гидравлической и тепловой нагрузок на градирню.
Результаты работы использованы в эксплуатируемых и проектируемых эжекционных градирнях.
Полученные автором результаты работы позволили предложить к использованию эжекционную градирню производительностью по воде 3000 -5000 м3/ч. Такая конструкция реализована, в частности, в проекте системы охлаждения цеха 460 Ленинградской АЭС.
Методики гидроаэротермических расчетов градирен
Эжекционные градирни - новый, особенно для гидроаэротермических расчетов, вид охладителя. Вопросы методики расчета непосредсвенно эжекционных градирен рассматриваются с 80-х годов [36,44,45]. Наиболее строгая методика гидроаэротермических расчетов эжекционных градирен, изложенная в [45] и затем упрощенная для практических расчетов в [62], абсолютно оригинальна. В данной главе в разделе 1.3.1. изложены основы этой строгой методики и ее прикладной вариант.
Предложенные методики расчета эжекционных градирен не согласуются с методиками расчета традиционных градирен.
Традиционные башенные и вентиляторные градирни в настоящее время являются наиболее распространенным видом испарительных охладителей. Для этих градирен уже давно разработаны и используются в основном однотипные методики технологических расчетов. Наиболее строгая методика принята в расчетах ВНИИГ [25].
Эжекционная градирня в принципе такой же испарительный охладитель, как и традиционные градирни. Поэтому представлялось вполне обоснованным создать методику расчета эжекционных градирен, базирующуюся на тех же принципах, что и методика расчета традиционных градирен. В этом случае можно корректно сравнивать результаты расчетов эжекционной и традиционной градирен при технико-экономическом обосновании выбора варианта градирни. Это относится как к случаю выбора эжекционной градирни в качестве основного охладителя, так и к ее включению в работу сложной системы охлаждения совместно с другими охладителями.
Основные принципы методики расчета традиционных градирен изложены в разделе 1.3.2. В главе 2 эти принципы использованы при создании предлагаемой автором методики гидроаэротермических расчетов эжекционных градирен.Методика расчета эжекционных градирен [45] базируется на методике расчета гидроаэродинамики и тепломассообмена одиночного факела. Методика физически строго рассматривает как гидроаэродинамику газожидкостного факела так и тепломассообмен с поверхности капли, движущейся в этом потоке, т.е. микроструктуру потоков.
Тепломассообмен в конечном итоге рассчитывается с поверхности одиночной капли, имеющей средний объемно-поверхностный диаметр d32. Введение среднего объемно-поверхностного диаметра в тепловые расчеты капельного потока позволяет использовать формулы поверхностной тепло- или массоотдачи. В [45] приводится 16 критериальных формул, полученных экспериментально различными авторами для поверхностной теплоотдачи или массоотдачи. Из этих формул следуют степенные формулы для вычисления коэффициентов поверхностной теплоотдачи а или массоотдачи РР :где w - скорость обтекания капли воздухом, т, п, Са, Ср -эмпирические параметры. Значения Са и Ср связаны теоретическим соотношением.
Логично вводить в формулы (1.3) относительную скорость обтекания капли. Для прямотока в эжекционных градирнях эта скорость равна разности скоростей движения капли и воздуха.В рассматриваемой методике скорость w определяется сложным расчетом гидроаэродинамики водовоздушного факела.
С точки зрения гидроаэродинамики рассматриваются три отдельных характерных зоны движения фаз в факеле эжекционной градирни (рис. 1.4). В зоне 1 свободного факела передаваемый жидкостью импульс расходуется на постепенную эжекцию (вовлечение) наружного воздуха в область факела. Наличие зоны 2 за точкой касания стенок объясняется сопротивлением градирни, ограничивающим количество воздуха, которое может пройти далее в градирню. Избыток эжектированного в зоне 1 воздуха выталкивается из факела вверх, где вновь эжектируется в факел. Так создается зона циркуляции (вихрь) в пределах градирни. Зона 3 стесненного факела характеризуется отсутствием периферийного притока воздуха, т.е. эжекции.
Исходя из особенностей каждой зоны, записываются 3 системы дифференциальных уравнений гидроаэродинамики. Системы включают уравнения сохранения расхода воздуха с учетом постепенного вовлечения в факел в зоне 1; уравнение аэродинамики эжектируемого воздуха, уравнение сохранения количества движения для смеси жидкости и газа, уравнения движения капли в проекциях на оси Y и Z, учитывающие аэродинамическое сопротивление движению капель со стороны воздуха.
Уравнения гидроаэродинамики определяют скорости движения воздуха и капель по длине факела. Эти скорости используются затем в тепловом расчете для вычисления коэффициентов тепло- и массоотдачи в зависимости от относительной скорости движения капли в воздушном потоке.
Для интегрирования систем уравнений необходимы данные, получаемые экспериментально. По результатам дисперсионных испытаний сопла вычисляют средний объемно-поверхностный диаметр d32; капля такого диаметра фигурирует в гидроаэродинамическом и тепловом расчетах. Также экспериментально определяются место положения и величина вихря, необходимые для выделения и расчета зоны 2 факела (рис. 1.4).Граничными условиями для интегрирования систем служат средняя скорость движения воздуха на входе в градирню, расход сопла, температура горячей воды, температура и влажность эжектируемого воздуха.
Средняя скорость воздуха на входе в градирню является граничным условием, необходимым для расчета, и определяется, как и в других струйных аппаратах, через экспериментально получаемый коэффициент эжекции.
Методика относится к одиночному соплу. В эжекционной градирне групповая компоновка сопел. Следовательно, полученные для одиночного сопла результаты требуют корректировки, которая может быть проведена только по экспериментальным данным.По-видимому, исходя из сложности решения прикладных задач на основе строгой "академической" системы дифференциальных уравнений, описывающей двухмерное движение капельно-воздушного потока и тепломассообмена и необходимости дальнейшей корректировки результатов, авторы [45] предложили прикладную упрощенную графо-аналитическую методику расчета эжекционных градирен, изложенную в [62].
Задачи гидроаэротермических расчетов градирен и методика их решения
Задача тепловых расчетов градирен - это задача определения температуры охлажденной воды t2 при заданных гидравлической и тепловой нагрузке на градирню и параметрах наружного воздуха.
Гидравлическая нагрузка задается объемным расходом Qi, м3/ч.Тепловая нагрузка может быть задана двумя способами:а) задается температура горячей воды, поступающей в градирню tj, С;б) задается температурный перепад At = tr t2, С.Параметры наружного воздуха - температура 0і,С и относительная влажность фі, %.
Указанные исходные данные для расчетов градирни определяют граничные условия для переменных G K, t, 0, р при интегрировании уравнений систем (I) и (И):массовый расход воды на входе G (Z=0) = СЖ)і = ржОгр/3600, кг/с;температура воздуха на входе 0(Z=O) =0, С;парциальное давление пара на входе p(Z=0) =pi= q ip"(0i), МПа.
Массовый расход воздуха GB в градирне определяется как произведение экспериментального массового коэффициента эжекции UM на массовый расход воды на входе: (Определение коэффициента эжекции см. в разделе 3.3).
При задании температуры горячей воды на входе (задача a) t(Z=0) = ti. В этом случае все условия заданы на одной границе расчетной области (т.н. задача Коши). Схема к решению этой задачи дана на рис. 2.2. Температура охлажденной воды t2 определяется простым интегрированием уравнений систем по координате Z
Задача тепловых расчетов усложняется при задании температурного перепада (задача б). В этом случае граничное условие At = ti(Z=0) - t2(Z=Zmax). Задача определения t2 решается методом последовательных приближений: задается ряд значений t ,-, для каждого из этих значений решается предыдущая задача Коши, определяется значение t2j,- и вычисляется температурный перепад М- = ti,,- t2,,-. Интерполяцией по At,- вычисляется искомое значение t2 , при котором расчетный перепад равен заданному At,- = At.
Практические задачи технологических расчетов — это задачи выбора оптимального варианта градирни по технико-экономическим показателям или по дополнительному условию, например, обеспечению заданного уровня охлаждения, а также задача расчета эксплуатационной номограммы температур охлажденной воды для выбранного варианта градирни. Эти задачи расчетов сводятся к многовариантному решению указанных выше двух тепловых задач.
Решение задач тепловых расчетов возможно при известных гидроаэротермических характеристиках градирни.В эжекционной градирне к таким характеристикам относятся: расход воды Qpp, массовый расход воздуха GB и объемные коэффициенты тепло- имассоотдачи avz и (3P6Vz. Как и в случае традиционных градирен, эти характеристики определяются в лабораторных или натурных испытаниях. Особенностью эжекционной градирни является тот факт, что все процессы в такой градирне - гидравлика, аэродинамика, тепломассообмен определяются только напором на сопла. Отсюда следует, что все характеристики такой градирни окажутся функциями напора.
Рассмотрим методику определения каждой из указанных характеристик.Расходная гидравлическая характеристика градирни устанавливает зависимость расхода воды от напора и выражается формулойгде Н - напор в м вод.ст ., Кн - коэффициент расходной характеристики.Определяется расходная характеристика градирни по результатам испытаний одиночного сопла. В ходе испытаний сопла определяется коэффициент расхода jic, входящий в формулу расходагде fc — площадь выходного сечения сопла, м .Расходная характеристика градирни, имеющей п сопелОтсюда коэффициент в (2.24) Кн = пЗбОО [xcfcV2g .
В эжекционных градирнях используются обычно центробежно-струйныесопла, дающие мелкодисперсионный факел. Рабочие напоры Н=20 40 м вод.ст.Для центробежных и центробежно-струйных сопел в общем случаесуществует зависимость коэффициента расхода от двух параметров: диаметраdc и напора Н [17,58,59,62]:При произвольной модификации центробежно-струйного сопла,
Определение гидравлических характеристик сопла и водоуловителя по результатам лабораторных испытаний
Гидравлическая характеристика градирни (расходная характеристика) устанавливается по результатам лабораторных испытаний.
Расходная характеристика градирни - зависимость расхода градирни от напора, - устанавливается по результатам лабораторных испытаний одиночного сопла в достаточно широком диапазоне изменения напора.В таблице 3.1 приведены результаты испытаний одиночной форсунки, установленной в усовершенствованной градирни завода "Лентехгаз"- рис. 3.5. Диаметр форсунки dc= 12 мм.По результатам испытаний вычислялся коэффициент расхода сопла цс. Формула для расчета коэффициента расхода из (2.25):где fc = 7tdc/4 - площадь выходного сечения сопла, м ; Н — напор на сопло, мувод.ст.; Qc - расход сопла, м /с;
Из таблицы 3.1 следует, что коэффициент расхода центробежно-струйного сопла, предложенного автором, не зависит от напора и принимается постоянным и равным 0,58.Расходная характеристика сопла при (ис= 0,58где коэффициент Кс = (icfcV2g
Т.к. коэффициент расхода ц.с и соответственно коэффициент Кс не зависят от напора, то расходная характеристика (3.2) может быть использована во всем диапазоне рабочих напоров на сопло в эжекционной градирне завода, т.е. в интервале 30 - - 50 м вод.ст.
Для центробежно-струйных сопел выявлена зависимость коэффициента \i от напора. В таблице 3.1 для сравнения приведены значения коэффициентов расхода для сопла, используемого в градирнях типа "Муссон", с dc = 12 мм, рассчитанные по формуле (1.1). Коэффициенты Цмуссон уменьшаются и значительно по мере увеличения напора, особенно в начальном диапазоне изменения напоров, при котором выполнялись испытания во ВНИИГ.
Между тем центробежное сопло, использованное ТОО "Эжектор" для эжекционной прямоточной градирни [51,85] диаметром также 12 мм при напоре 30 м вод.ст. (0,294 МПа) имеет коэффициент расхода ц.=0,55, т.е. близкий к коэффициенту ц. для сопла ВНИИГ.
Расходная характеристика градирни завода в целом (216 сопел)где H - напор в м вод.ст.Графически расходная характеристика градирни дана на рис.3.6 и ниже на номограмме рис.4.1.Гидравлической характеристикой водоуловителя является коэффициент эффективности каплеулавливания:где GB;6/B - капельный вынос при отсутствии водоуловителя, кг/мин; GB(B — капельный вынос после установки водоуловителя, кг/мин. Из определения величины и по формуле (3.4) следует, что чем больше этот коэффициент, тем эффективнее работает водоуловитель.Определяется коэффициент эффективности по результатам гидравлических испытаний на специальном лабораторном стенде.
В нижней части стенда форсунка создает диспергированный капельный поток. Капли захватываются восходящим током воздуха, который создается вентилятором. В верхней части стенда устанавливается кассета, содержащая наполнитель для захвата и фиксации капель. В качестве наполнителя кассеты используются полосы из поролона, уложенные двумя рядами. Полосы в рядах расположены таким образом, что образуют "оптически плотный" слой.
Гидравлические испытания водоуловителя выполняются в два этапа.На первом этапе испытания проводятся без водоуловителя для определения общей величины капельного выноса. Кассета перед испытанием высушивается и взвешивается. Далее кассета устанавливается на стенде и некоторое время выдерживается в исследуемом восходящем воздушно-капельном потоке. Затем мокрая кассета вновь взвешивается. Разность весов мокрой и сухой кассеты, деленная на величину времени проведения опыта, определяет величину капельного выноса GB 6/B, кг/мин.
На втором этапе кассета также предварительно высушивается, взвешивается и устанавливается на стенде. Ниже кассеты устанавливаетсяиспытуемый водоуловитель. Далее испытание проводится так же, как и на первом этапе. На этот раз разность весов мокрой и сухой кассеты, деленной на время опыта, определит величину капельного выноса с учетом каплеулавливания водоуловителем GBjB, кг/мин. По формуле (3.4) будет получен коэффициент эффективности каплеулавливания rj.
Разработанные конструкции водоуловителей имеют величину коэффициента эффективности 99,0 - 99,9 %. Для установленного в градирне завода водоуловителя по результатам испытаний получен коэффициент эффективности г= 99,9 %, т.е. это очень эффективный водоуловитель.
В лабораторных испытаниях водоуловителей определяется также аэродинамическая характеристика — коэффициент сопротивления водоуловителя в/у. Очевидно, что коэффициент сопротивления влияет на аэродинамику градирни; с увеличением С уменьшается количество поступающего воздуха. Для эжекционной градирни это означает уменьшение эжекционного эффекта.
В традиционных градирнях влияние величины коэффициента С у на аэродинамику учитывается в расчете. Коэффициент , наряду с другими коэффициентами сопротивления (сопротивление входа, "дождя" в подоросительном пространстве, оросителя, системы водораспределения), входит в общий коэффициент сопротивления градирни и учитывается уравнением тяги. В эжекционной градирне величина коэффициента в/у скажется на коэффициенте эжекции. При наличии испытательного стенда для эжекционной градирни можно было бы установить численно влияние коэффициента сопротивления на величину коэффициента эжекции.
По результатам лабораторных испытаний фрагмента водоуловителя, установленного на заводе - рис.3.7, получен коэффициент сопротивления в/у = 4,5. Это достаточно низкое значение для водоуловителей.
Сопоставление расчетных и натурных данных
Для проверки точности расчетов выполняется сопоставление расчетных данных и результатов натурных испытаний.
В традиционных градирнях для такого сопоставления используются прежде всего результаты пуско-наладочных испытаний. Иногда для введенной в эксплуатацию градирни эффективность оказывается ниже расчетной, что объясняется нарушениями технологии в процессе возведения. Если расхождение значительно (температуры охлажденной воды в натуре и расчетные отличаются примерно на 1С), то расчетная эксплуатационная номограмма корректируется. Натурные испытания, проводимые в дальнейшем, позволяют выявить существенные нарушения конструкции в процессе эксплуатации. В этом случае, если разность температур примерно 2С и выше, то проводится обследование конструкции. Такое большое расхождение возможно связано с разрушением оросителя, водораспределительной системы и т.п. - градирня требует ремонта.
В данной работе результаты пуско-наладочных испытаний эжекционной градирни были использованы для определения аэротермических характеристик. Тем не менее, выполним сопоставление натурных данных, полученных в этих испытаниях, с данными, даваемыми расчетной эксплуатационной номограммой. Целью такого сопоставления будет проверка точности номограммы. Ошибка, даваемая номограммой определяется двумя составляющими: во-первых, коэффициенты тепло- и массоотдачи определялись в расчетах из аппроксимирующей формулы для числа испарения (3.7) и ошибка это формулы вошла в расчеты; во-вторых, графическое представление расчетных значений неизбежно приводит к потере точности.
В таблице 4.3. приводится сопоставление натурных значений температур охлажденной воды из таблицы 3.2 и полученных по эксплуатационной номограмме на рис.4.1 при натурных значениях режимных параметров Н, At,0,2 С, т.е. достаточно мало.
Более правильными, однако, будут оценки значений ошибки 8t без учета результатов для опыта 8; этот опыт был исключен при расчете формулы (3.7) для числа испарения как ошибочный. В этом случае среднее значение ошибки Stcpea=0,03 С, т.е. практически равно нулю. Отсюда следует, что ошибки случайные (не систематические). Средняя квадратическая ошибка величины 5t равна 0,5 С, что считается вполне удовлетворительным при сопоставлении наблюденных и расчетных температур охлажденной воды в градирне. По приведенным оценкам значений 8t номограмма не требует корректировки.
Сопоставим натурные и расчетные значения температур охлажденной воды после девяти лет эксплуатации градирни завода "Лентехгаз".В таблице 4.4 приводятся данные о режимах из заводской ведомости за период весны - лета 2005 г. Использованы замеры для середины рабочего дня. Градирня работает при постоянном напоре Н =47 м вод.ст.
Из таблицы 4.4 следует, что за 9 лет эксплуатации, как и следовало ожидать, эффективность работы градирни снизилась. Практически все значения ошибки 5t положительны, т.е. измеренная температура охлажденной воды выше, чем даваемая номограммой. Среднее снижение температуры охлажденной воды 5tcpej = 0,7 С. Это снижение невелико и свидетельствует о достаточно устойчивой работе градирни в течение девяти лет. Можно предположить, что снижение эффективности связано с обрастанием сопл в процессе эксплуатации.При пользовании номограммой в настоящее время значение температуры охлажденной воды, даваемое номограммой, следует увеличивать на 0,7 С.В литературе отсутствуют результаты натурных испытаний эжекционных градирен, которые могли бы быть использованы для сравнения с результатами испытаний или расчетов градирни завода.
Имеется возможность сопоставить эффективность эжекционной градирни завода "Лентехгаз" с эффективностью двухзаходной градирни производительностью 130 м3/ч, разработанной ТОО "Эжектор" рис. 4.3, [85].
Градирня ТОО имеет размеры 2,5 х 5,0 х 8,8. В градирне применены специальные форсунки с диаметром сопла dc= 12 мм; всего 24 форсунки. При напоре 30 м одна форсунка пропускает расход 5,42 м /ч, отсюда коэффициент расхода р.с= 0,55. Гарантийная точка градирни: при напоре 30 м, температуре горячей воды на входе ti = 32 С и параметрах воздуха 61 = 20 С и (pi = 60% (ті = 15С) температура охлажденной воды t2 = 27С (перепад At = 5 С).
Градирня снабжена эксплуатационной номограммой, построенной для напора 30 м вод.ст .(производительность 130 м3/ч) - рис. 4.4. Эта номограмма, в отличие от номограммы завода на рис. 4.1, использует в качестве исходного параметра только температуру влажного термометра %\ вместо двух параметров для воздуха 9j и (pi. Как было отмечено выше, для эжекционной (и вентиляторной) градирни такая зависимость от Т! существует и может быть учтена при построении номограммы. Однако, номограмма в форме 4.4 может строиться только для одного значения напора, что лишает ее общности.
Общая производительность градирни ТОО существенно ниже, чем у градирни, поскольку градирня имеет малые размеры и соответственно малое количество форсунок. Но используемые в этой градирне сопла имеют коэффициент расхода 0,55 близкий к коэффициенту расхода сопел ВНИИГ -0,58. Поэтому можно предположить, что дисперсионные характеристики факелов и, следовательно, охлаждающая способность этих градирен сопоставимы. Сравним охлаждающую способность градирен при напоре 30 м.
