ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Конструктивные схемы контактных нагревателей морской воды из "Пленочные теплообменные аппараты судовых котельных и опреснительных установок" Рассмотрим кратко ограничения, которые могут возникнуть в случае применения контактных нагревателей для высокотемпературного нагрева морской воды. Барботажные нагреватели характеризуются интенсивным перемешиванием воды в объеме за счет прохождения паровых пузырей через столб воды. Использование значительно недогретой до насыщения жидкости приводит к возникновению кавитационных эффектов, сопровождающихся сильной вибрацией и шумом вследствие мгновенной конденсации паровых пузырей в объеме втекающей жидкости (средняя температура воды в объеме близка к температуре насыщения греющего пара). Высота парового объема барботажного аппарата определяет влажность выпара и для уменьшения последней высоту необходимо увеличивать. Использование в паровом объеме жалюзийных сепараторов для уменьшения влажности выпара проблематично, так как капли раствора обладают накипеобразующими свойствами. В результате накипь откладывается на всех необогреваемых стенках аппарата [ 14], что приводит к необходимости периодической чистки. Принимая во внимание значительное пересыщение морской воды по накипеобразователям с ростом температуры раствора и совершенное перемешивание, следует сказать, что надежность работы барботажного аппарата без использования средств очистки стенок, дырчатого листа и сепаратора низкая. [c.32] Распылительные процессы в аппаратах характеризуются достаточно широким спектром капель жидкости (от нескольких микрометров до миллиметра). Время нагрева капель пропорционально квадрату их диаметра (1, а скорость относительного движения в объеме примерно / Т. Мелкие капли нагреваются при малой длине пробега, а для нагрева крупных требуется достаточная высота объема. Кроме того, капельная структура жидкости при малых радиусах кривизны поверхности раздела фаз затормаживает процесс деаэрации. Таким образом, для уменьшения объема распылительной камеры размер капель должен быть как можно меньшим, а для качественной деаэрации - как можно большим. Эти противоречивые требования выполняются при компромиссном решении, когда процессы нагрева и деаэрации жидкости обеспечиваются частично. [c.32] Насадочные колонки, являющиеся эффективным средством нагрева и деаэрации жидкости, не могут быть использованы для накипеобразующего раствора, так как узкие щели для прохода пленки жидкости и пара быстро забиваются накипью. [c.33] Погружные горелочные устройства, применяемые для нагревания жидкости до 100 °С, малопригодны для высокотемпературного нагрева морской воды (до 200 °С и более). На выходе из горелочного устройства горячие газы разбиваются на отдельные пузыри в объеме жидкости и отдают теплоту в основном конвекцией. Жидкость нагревается до температуры, соответствующей парциальному давлению пара в парогазовой смеси. Это вынуждает чрезмерно увеличивать давление воздуха, подаваемого для сгорания топлива, и соответственно общее давление в нагревательном аппарате по сравнению с давлением насыщения, определяемым температурой раствора. [c.33] Для высокотемпературного нагрева морской воды наиболее пригодны пленочные теплообменные аппараты со стекающей гравитационной ламинарной пленкой. Схема одного элемента такого нагревателя приведена на рис. 2.7 [2,4]. Здесь в качестве греющей среды 1 может использоваться пар или излучающий факел (последний размещается в центральной части цилиндрического корпуса . Морская водаподводится в нижнюю часть кольцевого пространства, образованного корпусом 2 и орошаемой поверхностью пленки 3. Переливаясь через верхний срез поверхности 3, вода образует гравитационную пленку, которая нагревается контактным способом от источника теплоты. Нагретая вода сливается в виде струи 5 в реактор-деаэратор для дальнейшего термического умягчения и использования в качестве питательной воды котла. [c.33] Малая толщина гравитационной ламинарной пленки воды ( 0,5 мм) способствует быстрому ее прогреву, и рабочая длина орошаемой поверхности при нагревании паром не превышает 200 мм. В случае применения факела длина орошаемой поверхности зависит от плотности теплового потока и составляет менее 800 мм. [c.34] Количество параплельно работающих элементов аппарата определяется плотностью орошения поверхности в единице объема. На рис. 2.8 приведена схема многотрубного нагревателя воды паром. При многотрубной компоновке элементов 3 (орошаемая поверхность) нагревателя возникает необходимость в равномерной раздаче подводимой воды 5, для чего предусмотрены дырчатый лист 4 и входные устройства 2, формирующие пленку воды на орошаемой поверхности. Х1ля предотвращения накипеобразования входные устройства выполняются из материала с низкой теплопроводностью или пустотелыми по типу труба в трубе с открытой щелью в нижней части. При работе нагревателя щелевые полости заполняются неконденсирую-щимся газом, образующимся при нагревании воды, в результате чего исключается интенсивный теплообмен между греющим паром 1 и водой в районе входных устройств и образование накипи в верхней части теплообменника. Дырчатый лист установлен с наружной стороны нагревателей в межтрубном пространстве. На нижней трубной доске укладывается изоляция 6 для исключения теплообмена морской воды с паром и образования накипи. Таким образом, морская вода нагревается в основном при контакте стекающей пленки с греющим паром на орошаемой поверхности труб нагревателя. [c.34] Недостатком вертикально-пленочного нагревателя является волнообразование на поверхности пленки, которое усиливает конвективный перенос теплоты в поперечном сечении пленки и уменьшает разность температур поверхностного и пристенного слоев. Кроме того, гидродинамические характеристики пленки чувствительны к отклонению оси нагревателя от вертикали, что ограничивает применение таких аппаратов на морских сооружениях с большим креном и дифферентом. Качка судна в меньшей степени влияет на гидродинамику пленки по причине малой длины ее пробега по орошаемой поверхности. [c.34] Использование конфузорной поверхности для пленочного течения позволяет получать гладкие безволновые ламинарные пленки, толщина которых примерно на порядок больше, чем в случае вертикальной поверхности, при одинаковой плотности орошения. Для вертикальных пленок с увеличением плотности орошения при числах Рейнольдса более 400 осуществляется переход от ламинарно-волнового режима течения к турбулентному. Для конфузорной поверхности при числах Рейнольдса до 2000 сохраняется ламинарный режим течения вследствие сужения потока при уменьшении радиуса. [c.36] Увеличение плотности орошения без изменения режима течения позволяет решить две важных задачи. Первая - сократить число параллельно работающих элементов нагревателя до одного. Вторая — обеспечить ввод в конфузор дополнительно более нагретой и умягченной воды, что позволит существенно увеличить среднюю температуру нагрева морской воды к моменту ее слива из аппарата. Решение второй задачи поясняется на примере использования нагревателя, схема которого представлена на рис. 2.10. Конфузорный элемент нагревателя состоит из двух частей. В верхней части осуществляется нагревание морской воды по схеме, аналогично показанной на рис. 2.9. На нижней кромке верхней части конфузора, где температура морской воды достигает температуры накипеобразования, пленка морской воды оттесняется от стенки дополнительно вводимой умягченной водой 3, например подачей котловой воды от рециркуляционного насоса (см. рис. 2.3). Такая вода обладает большей соленостью, плотностью и имеет более высокую температуру по сравнению с морской, поэтому она движется в пристенном слое нижней части конфузора, не перемешиваясь с верхним слоем. На верхней кромке нижней части конфузора верхний слой прогревается с двух сторон со стороны раздела сред - паром, со стороны нижнего слоя - рециркуляционной водой. К моменту подхода к сливной кромке конфузора оба слоя прогреваются паром так, что состояние пересыщения по накипеобразователям нижнего слоя не достигается. При этом по сравнению с однослойным движением общий нагрев морской воды существенно увеличивается. [c.36] При нагревании воды паром количество параллельно используемых нагревателей увеличивается по сравнению с применением факела вследствие низкой теплопроводности воды и необходимости ограничения плотности орошения и толщины стекающей пленки при заданной температуре нагрева. [c.37] В стационарных установках морских сооружений могут использоваться горизонтальные пленки с осесимметричным движением жидкости к сливному отверстию. В этом случае упрощается форма подстилающей поверхности, которая становится плоской. Схема такого нагревателя приведена на рис. 2.11. В объеме, находящемся выше поверхности пленки, можно применять греющую среду в виде факела. В последнем случае верхнюю часть камеры выполняют с отражателем теплового излучения и футеруют кирпичной кладкой. [c.37] Вернуться к основной статье