Процеси на водно охлаждане в чилъри

Топлообмен в изпарителни охладители. Намаляването на температурата на нагрятата вода в изпарителните охладители се извършва чрез прехвърляне на топлина от вода към въздух. Топлообмен може да се извърши:

● изпаряване, т.е. превръщане на част от водата в пара;

● контакт, т.е. поради топлопроводимост и конвекция (топлообмен);

Топлопредаването чрез радиация, свързано с нагряването на водата поради слънчевата радиация и охлаждането й чрез топлинно излъчване, както всяка нагрята топлина, се взема предвид само в охлаждащите езера с голяма огледална площ.

Качествени характеристики на охладителите. Охлаждащият ефект на конструкциите за охлаждане на рециклирана вода се характеризира с два показателя, които определят качеството на охлаждането: ширина на охлаждане и дълбочина на охлаждане.

Ширина на охлаждане или температурната разлика се определя по формулата, o C:

Където t1 - температура на нагрятата вода, около С; t2 - температура на студената вода, о С.

Колкото повече Dt, колкото по-широка е зоната на охлаждане и толкова по-добре работи охладителят и следователно консумацията на вода, подавана към охлаждането на промишлените агрегати и хладилници, може да бъде намалена.

Дълбочина на охлаждане определя се по формулата, около C:

където t е теоретичната граница на охлаждане, о С.

За охлаждащи езера теоретичната граница на охлаждане е te- естествена температура на водата на повърхността на резервоара, т.е. t = te,. За басейни и охладителни кули теоретичната граница на охлаждане е температурата на мократа крушка t = Tcm, и за радиаторни охладители теоретичната граница на охлаждане е температурата на сухата крушка t = Tc.

По-малкото Dt´, колкото по-близо е температурата на охладената вода t2 до теоретичната граница на охлаждане.

Ширината на охлаждане характеризира условията на работа на охладителя, а дълбочината на охлаждане характеризира охлаждащия ефект, който може да се подобри чрез увеличаване на контактната повърхност, количеството въздух, равномерното разпределение на водата и входящия въздух и т.н.

Ефективността на охладителя може да се оцени от зависимостта:

η =. (16)

Коефициентът на полезно действие на охладителя е толкова по-висок, колкото по-близо е η до 1.

Количествени характеристики на охладителите. Количествените параметри на работата на охладителите с циркулираща вода се характеризират с хидравлично натоварване и топлинно натоварване.

Хидравлично натоварване Разходът на вода на 1 m 2 от активната повърхност на охладителя, m 3/m 2 ∙ h:

, (17)

Където Q - консумация на вода, m 3/h; Факт - активна повърхност на охладителя, m 2 .

Хидравличното натоварване на различни охладители е в широк диапазон от 0,002 ... 0,003 m 3/m 2 ∙ h - за охлаждащи басейни, 4 ... 18 m 3/m 2 ∙ h - за вентилаторни кули.

Топлинно натоварване Отдаленото количество топлина на 1 m 2 от активната повърхност на охладителя, kcal/m 2 ∙ h:

Където q - хидравлично натоварване на охладителя, m 3/m 2 ∙ h; С - топлинен капацитет на водата, kcal/h; Dt - ширина на охлаждане, о С.

Топлинното натоварване на различни охладители е в диапазона от 0,2 ... 0,4 хиляди kcal/m 2 ∙ h - за охлаждащи водоеми, 80 ... 100 хиляди kcal/m 2 ∙ h и повече за вентилаторни кули.

Езера за охлаждане

Охлаждането на потока на нагрятата вода в охлаждащите езера се дължи на пренос на топлина от зоната на огледалото на езерото. Изкуствени или естествени резервоари се използват като водоеми за охлаждане (Фигура 4.1.).

Фигура: 4.1. Диаграма на езерцето за охлаждане

1 - язовир; 2 - промишлено предприятие; 3 - смукателни тръби; 4 - клонов колектор; 5 - освобождаване на нагрятата водна струя

Водното охлаждане се случва, когато се движи от точката на изпускане до точката на приемане на вода, но не цялото езерце участва в охлаждането. Размерът на активната зона на езерото е по-малък от площта на огледалото на езерото F, m 2 .

Определя се активната площ на езерцето, участващо в охлаждането, m 2:

Където Ftr - площта, заета от транзитния воден поток;

Fwater - площта на джакузи зоните;

α - коефициент, отчитащ охлаждащата способност

джакузи в съседство с транзитния поток, α = 0,1 ... 0,5.

Съотношението на площта на активната зона към площта на огледалото на езерото се нарича коефициент на използване на площта на охлаждащото езерце:

Ki =, (20)

Където F - езерце огледално пространство.

Коефициент Ключ зависи от формата на езерцето, местоположението на водоприемника и преливника, условията на разпространение на потока и е най-важното количество, характеризиращо охлаждащото езерце.

За определяне Ftr, Fwater , и Факт необходимо е да се знае планът на езерните течения. За да се определи планът на теченията, се извършват специални хидравлични тестове на модели на езера. В най-простите случаи планът на потока може да бъде изчислен теоретично.

Оптимално е удължена форма на езерце (Фиг. 4.2) с плавен контур на банките и разсейващо освобождаване, за което Ключ наближава 1.

Фигура: 4.2. Диаграма на циркулацията на вода в водоемите за охлаждане:

а) - оптимална форма; б) - с направляващ поток язовир между изхода и водозабора; 1 - язовир; 2 - промишлено предприятие; 3 - смукателна линия; 4 - освобождаване; 5 - язовир за направляващ поток

Да се увеличи степента на използване на площта на езерото Ключ използват се разпръскващи изходи и други струйни разпределителни конструкции, дренажни галерии, насочващи струи язовири. Най-често използвани реактивни язовири, чието значение е да удължи пътя на движение на водата и да премахне вихровите зони.

Така че за охлаждащо езерце (фиг. 4.2 b) с язовир, насочващ потока Ключ = 0,8 - 0,9, а без такъв язовир вече няма Ключ = 0,1 - 0,2, тъй като при липса на язовир нагрятата вода по най-краткия път навлиза във водозабора, без да има време да се охлади.

Ако има свободна изпускателна глава, за да се увеличи ефективността на охлаждащите водоеми, е възможно да се подава към тях нагрята вода с пръскане над повърхността.

В големи и дълбоки водоеми за охлаждане могат да се постигнат високи коефициенти Ключ без устройството на язовири за водене на потока поради поемане на вода от дълбоките студени слоеве на охлаждащото езерце, а нагрятата вода се изпуска върху повърхността на езерцето с ниски скорости. Това създава обемна циркулация на охладената вода, осигурявайки нейното висококачествено охлаждане.

Когато се изграждат водоеми за охлаждане на реки, има две възможности за поставяне на водозабор и изтичане на вода в езерото (фиг. 4.3.).

Фигура: 4.3. Схеми за подреждане на езерото в зависимост от местоположението на водоприемника

Разположението на водоприемника в горната част на езерцето (фиг. 4.3 а) дава възможност за получаване на по-ниски температури на охладената вода t2 чрез използване на притока на прясна речна вода. Във втория случай (фиг. 4.3 b), дълбочината на водохващането ще бъде по-голяма, което също има своите предимства.