Совершенствование регулярной сетчатой насадки для процесса охлаждения воды в градирнях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Ваганов, Александр Анатольевич

• Ваганов, Александр Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ваганов, Александр Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Особенности испарительного охлаждения воды в градирнях.

1.2. Экологические проблемы, возникающие при работе градирен.

1.3. Типы и классификация охладителей.

1.4. Основные свойства материалов, применяемых для изготовления насадок.

1.5. Обзор существующих конструкций насадок для градирен.

1.6. Основные направления интенсификации процессов тепло- и массообмена в насадочных градирнях.

1.7. Выводы и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ НАСАДКИ.

2.1. Выбор типа насадки.

2.2. Экспериментальное исследование структуры гравитационного течения жидкости по поверхности регулярной сетчатой насадки.

2.3. Теоретический анализ результатов экспериментального исследования.

2.4. Новая конструкция.

2.5. Экспериментальное исследование распределения жидкости по поверхности разработанной регулярной сетчатой насадки.

ГЛАВА 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ СЕТЧАТОЙ НАСАДКИ.

3.1. Испытания сухой насадки.

3.1.1. Описание экспериментальной установки.

3.1.2. Методика проведения испытаний.

3.1.3. Результаты испытаний сухой насадки.

3.2. Испытания сухой и орошаемой насадки.

3.2.1. Описание экспериментальной установки.

3.2.2. Методика проведения испытаний.

3.2.3. Результаты испытаний сухой насадки.

3.2.4. Результаты испытаний орошаемой насадки.

ГЛАВА 4. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ СЕТЧАТОЙ НАСАДКИ.

4.1. Описание экспериментальной установки.

4.2. Методика проведения испытаний.

4.3. Методика обработки экспериментальных данных.

4.3.1. Общие положения.

4.3.2. Расчёт по методу Меркеля.

4.3.2.1. Приближённый метод Чебышева.

4.3.2.2. Приближённый метод Бермана.

4.4. Результаты тепломассообменных испытаний.

4.5. Анализ результатов тепломассообменных испытаний.

4.6. Методика расчёта площади орошения градирни.

4.7. Пример расчёта площади орошения градирни и сравнение различных насадок.

4.8. Оценка экономической эффективности новой насадки и расчёт наиболее рациональной скорости воздуха.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «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°С 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 тепло- и 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 №2010111894).

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.