CC BY
89
Проведено технологічний розрахунок баштової градирні зі зрошувачем з застарілим азбестоцементним та сучасним сітчастим зрошувачем з поліетилену. Отримані результати дозволяють провести техніко-економічне обґрунтування реконструкції з заміною зрошувача на сучасну конструкцію Ключові слова: баштова градирня, швидкість повітря, температура охолодженої води
□-----------------------------------□
Проведен технологический расчёт башенной градирни с оросителем из устаревшего асбестоцементного и современного сетчатого оросителя из полиэтилена. Полученные результаты позволяют провести технико-экономическое обоснование реконструкции градирни с заменой оросителя на современную конструкцию
Ключевые слова: башенная градирня, скорость воздуха, температура охлажденной воды
□-----------------------------------□
The technological calculation of a cooling tower with a pass checker from the asbestos-cement and modern reticulated checker from a polyethylene is executed. Got results, allow executing the feasibility study of reconstruction of cooling tower with pass checker substituting by a modern construction
Keywords: cooling tower, speed of air, temperature of cooled water -------------------□ □----------------------
УДК 621.175:628.179
СОПОСТАВЛЕНИЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АСБЕСТО-ЦЕМЕНТНОГО И СЕТЧАТОГО ОРОСИТЕЛЯ БАШЕННЫХ
ГРАДИРЕН
В.П. Кравченко
Доктор технических наук, доцент, профессор* Контактный тел.: 050-390-17-92 Е-mail: vpkrav@rambler.ru Е.Н. Морозов Слесарь ОП «Южно-Украинская АЭС» г. Южноукраинск Контактный тел.:096-738-61-88 Е-mail: eygenie@rambler.ru М.П. Галацан Аспирант*
*Кафедра атомных электростанций Контактный тел.: 099-634-91-69 Е-mail: maric@i.ua
Одесский национальный политехнический университет пр. Шевченко, 1, г. Одесса, Украина, 65044
1. Введение
В настоящее время повсеместно проводится реконструкция градирен с заменой физически и морально устаревшего оросителя из асбестоцементных листов на ороситель из решетчатых элементов, выполненных из полиэтилена. Примером последнего может служить ПР50 (призматический решетчатый со стороной призмы 50 мм). Кроме призматических элементов встречаются также и цилиндрические. Целью реконструкции является не только замена устаревшего оборудования, но и повышение охлаждающей способности градирни - главной характеристики ее работы. Под охлаждающей способностью понимается температура охлажденной воды t2. Проведение соответствующих расчетов достаточно сложная задача. Методика расчета в [1, 2] излагается не четко, использует устаревшие единицы измерения и одинаковые обозначения разных величин.
2. Методика и особенности расчета
Основные зависимости для расчёта градирен [1, 2]:
в = Ц. - At - Сж
Р“ k - V-Aicp
Pxv = A-Xа .q, ,
Me =
Pxv' h_ At ■ Сж
q*
k . Ai
= a ■ h-r
(1)
(2)
(3)
где р„ - объёмный коэффициент массоотдачи, отнесённый к разности влагосодержаний, кг/(м3 ■ ч);
Gж - гидравлическая нагрузка на градирню, кг/ч; Дt - перепад температур воды, 0С; сж - теплоемкость воды, кДж/(кг 0С); к - коэффициент уравнения (равный в среднем 0,96);
V - объём оросителя градирни м3;
Д^Р - средняя разность энтальпий воздуха, кДж/кг;
А - эмпирический коэффициент, характеризующий охлаждающую способность оросителя на его, 1/м;
X - удельный расход воздуха, кг/кг; т - показатель степени, характеризующий зависимость объёмного коэффициента массоотдачи от изменения массовой скорости воздуха;
Е
где Ме - безразмерный критерий Меркеля;
Ь - высота оросителя градирни.
Величины А и т - технологические характеристики оросителя. Они получаются экспериментально в результате обработки данных испытаний.
Значение величины т изменяется в пределах от 0,1 до 0,75, в зависимости от конструкции оросителя. Величина т характеризует степень использования воздуха в данном оросителе.
Итак, величины А и т приводятся в справочной литературе, однако не дают физического представления
о свойствах оросителя.
В аэродинамическом расчете при учете сопротивления дождя под водораспределителем учитывается высота дождя. Для пояснения определения этой величины приведен рис. 1, из которого ясно, что при реконструкции градирен, заключающейся в замене оросителя, высота дождя над полиэтиленовым оросителем определится так
- для асбестоцементного оросителя
Ьвр = Ьф + Ьп.в. =0,6 + 1 =1,6 м;
где Ьф - высота факела при соплах факелами вниз;
Ьпв. - высота падения воды.
- для полиэтиленового оросителя, установленного на той же опоре
Ьвр = Ьф + (3,4-Нор), м
Целью работы является определение температуры охлажденной воды после градирни в случае, если ее ороситель будет состоять из решетчатого элемента ПР50 и сопоставление результата с охлаждением в оросителе из асбестоцементных щитов.
самотягу. Из равенства самотяги и аэродинамического сопротивления градирни находится скорость и, соответственно, расход воздуха. Тепловой расчет позволяет итеративно определить температуру воды и воздуха на выходе из градирни. Полученные значения сопоставляются с принятыми. Результаты расчета приводятся в табл. 1.
Исходные данные:
Площадь оросителя Fop = 10000 м2; высота градирни Нгр = 150 м; высота воздуховходных окон Нок = 10 м; отношение площади окон к площади оросителя F0к/F0p = 0,354; температура воздуха •6-1 = 19,50С; температура охлаждаемой воды ^ = 35,60С; относительная влажность воздуха ф! =
0,54; барометрическое давление Рб = 745 мм рт.ст = 10128,71 кгс/м2 = 99,085 кПа; гидравлическая нагрузка qж = 8,96 м3/м2ч; расход воды Gж = 89600 103 кг/ч.
Расчёт
Диаметр градирни в оросительной части: Df = 1,128 = 1,128 V10000 = 112,8 м.
Половина длины воздухораспределителя: 1 = ^/4 = 112,8/4 = 28,2м.
Плотность воздуха, начальная, кг/м3:
Рі =
рб-Фі ■ Р"»
Яв (»1 + 273,2)
10128,71 - 0,54 ■ 231,26 29,27 (19,5 + 273,15)
+ Ф1 ■Р »1 =
+ 0,54 ■ 0,0168 = 1,1769
Выводы
труба
в одораспред елителя
ііф =
^пв -
Нор-
ороситель из решетчатых опора оросителя с
элементов
Рис. 1. Пояснение к определению высоты дождя в оросителе
3. Расчет башенной градирни
Анализ проводится на примере башенной градирни, установленной на Ровенской АЭС. Методика расчета заключается в следующем. Задавшись температурой воздуха на выходе градирни, определяем
Проведен расчет башенной градирни с асбестоцементным и полиэтиленовым оросителем. В результате сопоставления результатов расчета получено, что полиэтиленовый ороситель типа ПР50 высотой
1 м более эффективен и позволяет охладить воду на 2°С больше, чем асбестоцементный при одинаковых параметрах воздуха.
С увеличением высоты сетчатого оросителя, не смотря на увеличение сопротивления и уменьшение расхода воздуха через градирню, его эффективность растет.
При высоте оросителя 1,5 м температура воды на выходе снижается до 26,0°С (на 1 °С меньше, чем при высоте оросителя 1 м), а при высоте 2 м - до 25,35°С (на 0,65°С меньше, чем при высоте оросителя 1,5 м).
Полученная зависимость охлаждающей способности градирни от высоты оросителя позволяет оптимизировать затраты на реконструкцию оросителя.
3
Таблица 1
Результаты расчета башенной градирни Ровенской АЭС с асбестоцементным оросителем (1) и оросителем из
решетчатых элементов ПР50 (2)
Наименование величины 1 2
1 2 3
Высота оросителя, Нор, м 2,4 1
Высота башни градирни: Нб = Hjp - Нок - Нор 137,6 139
Принятая температура воздуха на выходе, в2, 0С 25,7 26,35
Плотность воздуха, конечная p2=f($2, ф2=1), кг/м3 1,143 1,140
Парциальное давление насыщенных водяных паров, определяется при д1: р"^, кгс/м2 231,26 231,26
Парциальное давление насыщенных водяных паров при ^ , р"в2 кгс/м2 336,98 350,2
Плотность насыщенных водяных паров - при d1 р"в1, кг/м3 - при д2 р"в2, кг/м3 0,0168 0,0240 0,0168 0,0249
Коэффициент сопротивления входа в градирню: ^вх = 6784 ■ e-217F“:/F"p = 6748 ■ e-21’70’354 3,115 3,115
Коэффициент сопротивления оросителя 4,36 18,2
Коэффициент сопротивления водоуловителя - деревянного над асбоцементным оросителем - полиэтиленового из ПР50: ^вуЬву = 18,20,15 4,7 2,73
Коэффициент сопротивления водораспределителя 0,4 0,4
Коэффициент сопротивления дождя %л = q)K .(0,2.l + Kop-Hop + KBP .hBp) Коэффициент распределения дождя в водораспределительном устройстве, Квр Высота дождя в водораспределителе: - для асбоцементного оросителя Ьвр - для ПР50 Ьвр = Ьф + (3,4-Нор) 59,92 0,1 1,6 55,75 0,1 3
Высота факела при расположении вниз: Ьф = 0,6 м. Высота падения воды: Ьп.в. = 1 м. Коэффициент сопротивления дождя в оросителе: Кор 0,6 1,0 0,37 0,6 2,4 0,282
Примем скорость воздуха, ю, м/с 0,95 0,989
Коэфф. трения поверхности башни градирни: ^+!)0'25 0,00677 0,00673
ю- dr Число Рейнольдса: Re = V 6,846-106 7,105-106
Коэффициент кинематической вязкости, м2/с 15,63-10-6 15,72-10-6
Общий коэффициент сопротивления градирни: ^общ = (^вх + ^ор ■ Нор + ^Вр + ^Ву + ^д + ^Тр) 78,61 80,2
Самотяга градирни, Па: АР = Нд ■ g ■ (р4 — р2) 45,62 50,03
Скорость воздуха в свободном сечении градирни: 1 2 АР ю= h \ ^общ ' рср ' Средняя плотность воздуха, кг/м3: рср = (pi + р2) / 2 К^ = 1,1 0,954 1,16 0,989 1,159
Расход воздуха, кг/ч 40,408-106 41,92-106
Удельный расход воздуха: X = GB / GK 0,45 0,55
Темпер. воздуха по смоченному термометру, т, 0С 14,4 14,4
Характеристики оросителя: А m 0,479 0,66 1,41 0,54
Теплоемкость воды, Сж, кДж/(кгК) 4,19 4,19
Газовая постоянная для воздуха, R„, кгсм/ (кг°С) 29,27 29,27
Е
Окончание таблицы 1
1 2 3
Теплота парообразования, г, кДж/кг 2493 2393
Принимаем температуру воды на выходе, ^, 0С 29,1 27,1
£ с Вспомогательный коэффициент: к = 1 —2-ж г 0,953 0,954
Плотность воздуха при : рй1 1,177 1,1769
Давление насыщ. и плотность пара при ^ = 35,6 °С р"м, кгс/м2 р"м, кг/м3 593,33 0,0409 593,33 0,0409
Давление насыщ. и плотность пара при t2=25,8 °С р'а, кгс/м2 р'а, кг/м3 411,20 0,02896 366,0 0,0259
^ ^ Средняя температура воды, С, ^ ^р = 2 . 32,35 31,35
Давление и плотность насыщ. пара при t2=25,8 °С р"т, кгс/м2 р"т, кг/м3 495,04 0,0345 467,79 0,0327
Разность температур воды в градирне Дt=t1-t2, °С 6,5 8,5
Величины удельных энтальпий воздуха, кДж/кг П = £ (й, ф=1, Рб): i; = ^ + ф' Р« '^^ + 273,15) . (г +1,9693 ■ t1) 1 1 Р-ф. Р*1" 1 1"2 = £ (t2, Ф=1, Рб) й = £ (^1, ф1=0,54, Рб) i т = £ (tm, Ф=1, Рб) 132,25 94,89 39,16 112,21 135,22 86,72 39,465 108,61
„ 8.„ 1;'+12'-21т Поправка к энтальпии 81 = — — — 0,683 1,179
• • сж At Энтальпия воды на выходе, 12 = ь + к-X 102,537 107,22
Средняя разность энтальпий, кДж/кг А1ср = [^(^х —12) — (Ч2 —/ 1п — Ч 1 1 40,66 35,58
. А -Xт ■ Ь ■ к ■ Aiср Температура охлажденной воды t2 — t1 Сж 29,31 27,318
Погрешность между принятой и полученной величинами 8 = ^2 — ^ /42 0,007 0,008
Объёмный коэффициент массоотдачи, отнесённый к разности влагосодержаний, кг/(м3 • ч) Рху = А -Xт ■ qж 2,537 9,153
в ■ Ь. At ■ с т Безразмерный критерий МеркеляМе = ж = А ■ Ь ■ Xт qж к А 0,680 1,021
Литература
1. Пособие по проектированию градирен (к СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения») / ВНИИ ВОД-
ГЕО Госстроя СССР от 20 марта 1985 г. № 27.
2. Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Технологические расчёты башенных градирен // Водоснабжение и санитарная техника.
- 2000. - № 7. - С. 17-20.
3
