ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЫ В ТРЕХФАЗНОМ ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
Проблема охлаждения циркуляционной воды существует во многих отраслях промышленности и в частности, на тепловых электрических станциях. Для этой цели используют градирни различных конструкций. В реальных условиях работы промышленных градирен охлаждение воды осуществляется в узком температурном диапазоне (максимум 10-12 оС). Примером может служить Ново-Ангренская ГРЭС. В летнее время температура охлаждаемой воды составляет в среднем 41 оС и после охлаждения она понижается на 10-12 оС.
Стремление повысить интенсивность тепломассообмена в таких аппаратах привело к созданию устройств с высокой степенью диспергирования воды путем распыли их центробежными форсунками. Однако, несмотря на то что с уменьшением размера капель растет скорость испарения, снижение температуры воды в таких аппаратах происходит максимум на 11 оС.
Одним из наиболее перспективных методов интенсификации процесса тепломассообмена является применение аппаратов трехфазного псевдоожиженного слоя. В этих аппаратах режим взаимодействия воды и воздуха является противоточным. Вода подается в аппарат сверху, а воздух снизу с такими скоростями, которые обеспечивают псевдоожижение насадки, находящейся на опорной решетке. В качестве насадки применяются, например, полипропиленовые шары. Благодаря интенсивной турбулизации слоя и развитой поверхности насадки процесс тепломассообмена существенно интенсифицируется.
В лаборатории кафедры «Теоретические основы теплотехники» ТашГТУ был создан экспериментальный стенд для исследования гидродинамических и тепловых характеристик трехфазного псевдоожиженного слоя. Были экспериментально определены скорость начала псевдоожижения, скорость уноса насадки и захлебывание аппарата, статическая (Но) и динамическая (Нд) высота слоя, задержка жидкости в аппарате, гидравлическое сопротивление в зависимости от скорости воздуха и плотности орошения (L) [1,2]. Результаты эксперимента позволили разработать оптимальной технологический режим охлаждения оборотной воды противоточным потоком воздуха в трехфазном псевдоожиженном слое.
При проведении эксперимента по исследованию процесса охлаждении воды ее предварительно нагревали в термостате. В эксперименте измерялись: скорость воздуха, плотность орошения, динамическая высота слоя, температура воды на входе в аппарат tx и на выходе из него t3K , температура воздуха на входе в аппарат tj, и на выходе из него tr, динамическая высота слоя, гидравлическое сопротивление аппарата. Стеклянный рабочий участок позволял определить состояние псевдоожиженного слоя и его динамическую высоту.
На рис.1 представлен график зависимости понижения температуры охлаждаемой воды At= tx - t3K в зависимости от скорости воздуха в трехфазном псевдоожиженном слое. Температура воды на входе в аппарат поддерживалась равной 42 оС, что соответствует значению температуры охлаждающей воды на выходе из конденсатора в летное время.
Плотность орошения равнялась 11 м3/ м2 час, что также близко к плотностям орошения, близким к условиям работы градирен.
Из графика видно, что при скоростях воздуха в трехфазном псевдоожиженном слое, равном 3-4 м/с понижение температуры охлаждаемой воды составляет 14-15 оС. Выигрыш в понижении температуры охлаждения воды происходит за счет интенсификации тепломассообмена. Таким образом, применение метода охлаждения воды в трехфазном псевдоожиженном слое может дать существенную экономию при внедрении продложенного метода в производство.