1.3. Конструкторский тепловой расчет градирни

По температуре наружного воздуха и относительной влажности определяют влагосодержание воздуха, кг/кг:

(10)

где В– барометрическое давление, Па;

Р_нас– давление насыщенного водяного пара при температуре, Па.

Энтальпия воздуха на входе в градирню, Дж/кг,

(11)

Теоретический (соответствующий полному расширению на выходе из градирни паров воды) относительный расход воздуха через градирню, кг/кг:

(12)

где – коэффициент, учитывающий долю тепла, отведенного от воды за счет частичного испарения;

– энтальпия и влагосодержание воздуха на выходе из градирни приφ= 100%, Дж/кг; кг/кг.

Значения иопределяются по температуре воздуха на выходе из градирнии относительной влажностиφ₂ = 100 %.

Температура воздуха на выходе из градирни при относительной влажностиφ₂ = 100 % рассчитывается по формуле:

(13)

где – упругость пара при температуре водыt₁иt₂соответственно, Па;

–парциальное давление водяного пара в воздухе при температуреи, Па;

(14)

– упругость пара при средней температуре охлаждаемой и охлажденной воды, Па.

Решение уравнения (13) относительно производится подбором и построением графика(расчетное) =f()(принятое). Точка пересечения полученной кривой с прямой линией, проходящей через начало координат под углом 45° к осям, определит искомое значение.

Теоретический расход воздуха, кг/с,

(15)

Действительный расход воздуха в башенных градирнях берется равным теоретическому. В вентиляторных градирнях действительный расход воздуха определяется по технико-экономическим расчетам. Сопоставляются капитальные затраты на поверхность охлаждения и стоимость электроэнергии на привод вентилятора.

Поверхность тепломассообмена, м², градирни с пленочным оросителем определяется по выражению:

(16)

или

(17)

где – коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности парциальных давлений пара, кг/(м² · с · Па).

В уравнении (16) разность теплосодержаний воздуха, Дж/кг, в случае противоточного движения воздуха и охлаждаемой воды

(18)

где – разность теплосодержаний воздуха на стороне входа воды, Дж/кг;

– то же на стороне выхода воды, Дж/кг;

– теплосодержание насыщенного воздуха парами воды у поверхности жидкости при температуре охлаждаемой и охлажденной воды, Дж/кг;

Дж/кг;

– теплосодержание воздуха на выходе из градирни, Дж/кг;

– теплосодержание насыщенного воздуха, Дж/кг, при температуре

Сумма влагосодержаний в уравнении (16)

(19)

где – влагосодержание насыщенного воздуха при температуре охлаждаемой и охлажденной воды, кг/кг;

х²– влагосодержание воздуха на выходе из градирни, кг/кг.

В выражении (17), Дж/кг,

(20)

где – разность парциальных давлений пара на стороне входа воды, Па;

– то же на стороне выхода воды, Па.

Относительный расход воздуха, кг/кг, для расчета поверхности охлаждения по выражению (17) можно определить по уравнению, аналогичному (12):

(21)

где

Коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности давлений, определяется из критериального уравнения:

(22)

где – эквивалентный диаметр канала, м;

–коэффициент диффузии, отнесенный к градиенту парциального давления, с,

(23)

Т – абсолютная средняя температура воздуха в градирне, К;

А, n – коэффициенты в критериальном уравнении, которые выбираются в зависимости от критерия режима движения (табл. 1);

–коэффициент кинематической вязкости воздуха при средней температуре, м²/с.

Таблица 1

Зависимость коэффициентов А и n от Re

Re	А	n
Re < 10^4	0,0008	1,18
Re > 10^4	0,028	0,8

Эквивалентный диаметр принимается равным двум расстояниям между соседними щитами –b. Рекомендуется братьb= 0,02 – 0,05 м.

Скорость воздуха определяется относительно поверхности движущейся пленки, т. е. при противотоке, по формуле:

(24)

где – абсолютная скорость воздуха, м/с;

– скорость жидкостной пленки, м/с.

Скорость может быть найдена в зависимости от гидравлической нагрузки и средней температуры воды на графике (прил. 7). Ориентировочно= 0,2 – 0,25 м/с.

Выбор скорости воздуха, м/с, производится по формуле:

(25)

где q ≥0,0235 кг/(м · с) – удельная гидравлическая нагрузка на один погонный метр каждой стороны щитов (в горизонтальном направлении), соответствующая устойчивому поддержанию пленки жидкости на всей поверхности щитов;

– плотность воздуха при средней температуре, кг/м³.

Правильность выбора скорости воздуха определяется последующим расчетом высоты оросителя.

Для капельного оросителя градирни рассчитывается объем, м³:

(26)

где – объемный коэффициент массоотдачи, кг/(м³ · с), определяется по эмпирической формуле:

(27)

где – плотность орошения,= 0,7–2 кг/(м · с).

Скорость воздуха для расчета по формуле (27) определяется по зависимости, м/с:

(28)

где, варьируя величиной и соответственно скоростью воздуха, можно менять расчетную высоту оросителя.

Определяются основные размеры оросителя градирни (рис. 1).

Для противоточной пленочной градирни размеры оросителя подсчитываются по формулам:

живое сечение оросителя (проходное сечение для воздуха), м², –

(29)

общая высота оросителя (щитов), м, –

(30)

активная площадь оросителя при щитовой конструкции, м², –

(31)

где – коэффициент, учитывающий влияние неравномерности распределения воды и воздуха, принимается равным 1,1–1,3;

– расход воздуха по тепловому расчёту, кг/с.

Рис. 1. Схематическое изображение оросителя пленочной градирни

Определение конструктивных размеров противоточного капельного оросителя сводится к подсчету его активной площади и высоты решетника, м:

		(32)
		(33)

где – коэффициент, имеет тот же смысл, что и для пленочного оросителя.