CC BY
29
ОПЫТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОРОСИТЕЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГРАДИРЕН
Ф.М. ДАВЛЕТШИН*, К.Х. ГИЛЬФАНОВ *, А.А. САГДЕЕВ **
'Казанский государственный энергетический университет ""'Нижнекамский химико-технологический институт
Предложена экспериментальная установка для исследования характеристик оросителей промышленных градирен. Представлены обобщающие зависимости эффективности оросителей различных фирм и конструкций.
Градирни применяются почти во всех отраслях промышленности, особенно велико их использование в энергетике, поскольку отвод низкопотенциального тепла от промышленных аппаратов с помощью градирен является самым дешевым способом. Основным конструктивным элементом промышленной градирни является ороситель, в котором осуществляются процессы тепломассообмена между водой и воздухом.
В настоящее время фирмами-изготовителями предлагается большое разнообразие типов оросителей, имеющих различные размеры и конструкции своих элементов, марки применяемых материалов [1]. Для сравнительной оценки охлаждающей способности создаваемых конструкций оросителей и сравнения их с существующими на кафедре ТФНТ Нижнекамского химико-технологического института (НХТИ) совместно с ООО «ТМИМ» была создана экспериментальная установка, представляющая собой малогабаритную градирню (рис. 1).
ТВ2
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - градирня; 2 - водяной бак; 3 - центробежный насос; 4 - форсунки; 5 - орошаемая насадка; 6 - группа ТЭНов; 7 - вытяжной вентилятор; 8 -счётчик воды; 9 - блок выключателей; 10 - щит приборов
© Ф.М. Давлетшин, К.Х Гильфанов, А.А. Сагдеев Проблемы энергетики, 2006, № 11-12
Экспериментальная установка
Основными узлами установки являются: бак сбора охлажденной воды, водяной бак с электронагревателями (ТЭНами), имитирующий потребителя оборотной воды, и корпус градирни, в котором размещают исследуемый ороситель, водоразбрызгивающая система и каплеуловитель. Движение воздуха через ороситель обеспечивается вытяжным вентилятором с регулируемой частотным преобразователем частотой вращения. Забор воздуха осуществляется из помещения лаборатории, где наблюдается относительное постоянство его температуры и влажности, а выброс наружу - в атмосферу. Корпус градирни, с размерами поперечного сечения 600x600 мм2, выполнен из органического стекла, что обеспечивает визуальное наблюдение и контроль равномерности орошения. Оросительная система состоит из четырех леек, что обеспечивает однородность распыла по поверхности оросителя и по размерам капель воды. Лейки регулируются как по высоте расположения, так и по координатам над поверхностью оросителя.
Расход воздуха замеряется методом переменного перепада давления при помощи нормальной диафрагмы, установленной на трубопроводе выброса воздуха в атмосферу. Расход воды измеряется объемным счетчиком типа ШЖУ-25-6. Температура воды на входе и выходе из оросителя измеряется хромель-копелевыми термопарами в комплекте с цифровым вольтметром В7-21, относительная влажность входящего в ороситель воздуха - аспирационными психрометрами МВ-4М. Величина полного давления воздуха на входе и выходе оросителя замеряется трубками полного давления конструкции ЛПИ и трубками Пито. Величины давлений измерялись наклонным спиртовым дифференциальным микроманометром ММН (СТУ 79 1525-64). Предусмотрена возможность зондирования поперечного сечения градирни для построения полей полного давления. Следует отметить, что такие аэродинамические исследования оказались возможными только для режимов сухой продувки оросителя без подачи воды. Дело в том, что вода забивает тонкие проходные сечения пневмометрических трубок и препятствует прохождению сигнала.
Величина X (отношение массового расхода воздуха Св к расходу воды ) изменялась в пределах 0,45...4,3 за счёт регулирования расхода воды и изменения частоты вращения вентилятора. Температура воды, идущей на охлаждение в оросителе, изменялась в пределах 23.38 °С за счет включения различных групп ТЭНов. Температура поступающего в градирню воздуха составляла 18.20 °С, а относительная влажность - 50.65 %. Последние два параметра в опытах не изменялись.
Исследовались четыре типа оросителей: трубчатые высотой 290 мм и 490 мм, конструкции и производства ООО «ТМИМ», и оросители «перекрестная волна» высотой 220 мм и 290 мм, производимые ООО «ТМИМ» из покупных гофрированных ПХВ листов. Поперечное сечение всех блоков составляло 600x600 мм2.
Обработка результатов эксперимента проводилась по известной методике [1] по формуле
А/ • С
Ме =-------^, (1)
К-А/ср
где А/ = /1 -/2 - перепад температур воды на входе и выходе оросителя; С^ -удельная теплоемкость воды; К - поправочный коэффициент в упрощенном уравнении теплового баланса; А/ ср - средняя разность удельных энтальпий
воздуха.
Там же рекомендуется сопоставить результаты испытаний различных типов оросителей по числу Меркеля:
Ме = = А/'С™ * А - И • Хт, (2)
Чм К' ^ ср
где Р ху - объемный коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности влагосодержаний; И - высота оросителя; ч™ - плотность орошения градирни; А - эмпирический коэффициент, характеризующий влияние конструктивных особенностей оросителя на его охлаждающую способность; т - показатель степени, характеризующий зависимость от изменения массовой скорости воздуха.
Результаты эксперимента представлены в виде графической зависимости в логарифмических координатах, что позволяет определить значение величин А и т в формуле (2), которая является основным расчетным уравнением при обработке результатов исследований по определению эффективности оросителей градирен. Вычисленные по формуле (1) числа при соответствующих значениях X наносились на график в логарифмических координатах с целью определения существования корреляционного поля, которое характеризует вид связи между X и Ме/ И, и применения к нему основных положений регрессионного анализа [2]. Это позволило установить вид зависимости (уравнение регрессии), оценить коррелированность параметров X и Ме / И, выполнить анализ погрешностей измерений и дать оценку их достоверности.
Многочисленные эксперименты различных авторов [1] подтверждают, что для рабочей зоны оросителей выражение (2) можно представить в виде прямой линии, соответствующей уравнению
^(Ме/И)= ^ А + т ^X. (3)
В этом случае значения постоянных коэффициентов А и т в уравнении регрессии рассчитываются методом наименьших квадратов, что обеспечивает наилучшее положение теоретической линии зависимости X и Ме / И в корреляционном поле. А и т рассчитываются по выражениям:
А =
1
Ме
И
X
т = -
где п - число измерений.
Критерием близости корреляционной зависимости к линейной функции является коэффициент парной корреляции г, определяемый выражением
т
Ме
г = -
•е( і* х • ■еМ!£ ■*=
І
(п •£(■* х )2-((■* х ))2 )
•Е
Ме 2
■*
ч к )
ЕІ і*М
При г > 0,5 связь между величинами с удовлетворительной точностью можно принять линейной. В проведенных экспериментах величина г составляла
0,7.0,95.
Обсуждение результатов
На рис. 2 представлены для сравнения экспериментальные характеристики трех типов оросителей производства ООО «ТМИМ» и характеристики оросителей различных конструкций и фирм. Соответствие номера характеристики и типа оросителя, а также их параметры даны в таблице.
Рис. 2. Характеристики различных типов оросителей
Анализ экспериментальных данных и их сравнение с существующими характеристиками оросителей позволяют сделать заключение о работоспособности экспериментальной установки и возможности проведения сравнительных испытаний различных типов и конструкций оросителей.
Как и следовало ожидать, пленочные оросители типа «косая волна» эффективнее капельно-пленочных, выполненных из гофротруб, но, как показали предварительные эксперименты, обладают более высоким аэродинамическим сопротивлением.
п
2
Параметры различных типов оросителей
№ Тип оросителя h , м А, 1/м m Примечание
1 ПР-50 1 1,05 0,36 [1]
2 Типа «Мунтерс» 0,5 1,516 0,71 [1]
3 пленочный ороситель типа «косая волна» 1 1,072 0,71 [1]
4 2Н-РК319(619) 0,6 1,05 0,82 Kunstoff GmbH Kuhleinbau
5 Типа «косая волна» 2,4 2,97 0,82 Kunstoff GmbH Kuhleinbau
6 Капельно-пленочный ороситель фирмы «Бальке- Дюрр» 1,5 0,717 0,65 Справка ВНИИ ВОДГЕО № 47-9/1448
7 Капельно-пленочный ороситель Нижнекамскнефтехим 1,4 0,8 0,5 Справка ВНИИ ВОДГЕО № 47-9/1448
8 Капельно-пленочный ороситель ООО «ТМИМ» 0,29 0,889 0,715 Эксперимент
9 Капельно-пленочный ороситель ООО «ТМИМ» 0,490 0,669 0,482 Эксперимент
10 Пленочный ороситель ООО «ТМИМ» типа «косая волна» 0,22 1,56 0,628 Эксперимент
Выводы
Эксперимент и анализ литературных данных свидетельствуют о более высокой охлаждающей способности относительно более коротких оросителе, как трубчатых, так и типа «косая волна», хотя некоторые эксперименты на пленочных оросителях дают обратную картину. В частности, в работе [3] при исследовании блоков пленочных оросителей высотой 150, 250 и 350 мм при всех плотностях орошения (от 5 до 30 м3/м2час) наиболее эффективным оказался ороситель высотой 350 мм. Возможно этот эффект связан с изменением характера течения воды и воздуха в каналах оросителя с увеличением их протяженности (высоты оросителя). Однако нельзя исключить и влияние погрешности в определении числа Меркеля по уравнению (1), которая, по нашим оценкам, составляет примерно ±12.15 %, что в общем характерно для такого рода теплотехнических экспериментов.
Поэтому следует отметить, что правильный выбор оптимальной высоты оросителя можно сделать только на основе конкретного технико-экономического расчета с использованием экспериментальных данных и реальных условий работы промышленных градирен.
Summary
Pilot plant for researching characteristics of sprinklers industrial cooling towers is offered. Generalizing dependences of efficiency for sprinklers of various firms and designs are presented.
Литература © Проблемы энергетики, 2006, № 11-12
1. Понаморенко В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие / Под общей редакцией В.С.Понаморенко. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 376 с.
2. Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. и др. Основы научных исследований: Учебн. для техн. вузов / Под ред. Крутова В.И., Попова В.В .-М.: Высшая школа, 1989. - 400 с.
3. Алексеев В.П., Пономарева Э.Д., Дорошенко А.В. Исследование рабочих характеристик пленочных градирен с регулируемой насадкой // Холодильная техника. - 1968. - № 8. - С.25.
Поступила 12.10.2006
