Схемы пленочных та

Технико-экономические характеристики СЭУ существенно зависят от эффек­тивности средств получения пара и пресной воды.

Повысить производительность СОУ можно двумя путями.

· повышение G_пара; При этом возрастают массогабаритные характеристики (МГХ) средств получения пара и расход топлива, но без существенного повышения МГХ оборудования для полу­чения пресной воды.

· использование многоступенчатости процесса испарения. При этом снижается потребление пара, но возрастет МГХ опреснителей.

Эффективность направлений оценивают по приведенным затратам на получение тепловой энергии и пресной воды.

Перспективными комплексными средствами для получения пара и пресной воды могут быть парогенераторные установки, работающие на морской воде (ПГУМВ).

1-насос; 2-эжектор; 3-нагреватель I ст.; 4-1-ая ступень реактора-деаэратора; 5- инжектор; 6, 9- II и III ступени реактора; 7-питательный насос; 8-водоперегреватель; 10, 11- сепараторы II и III ступеней; 12-котел.

Рисунок 1 - Схема одноконтурной ПГУМВ с трехступенчатым умягчением питательной воды

В первой ступени реактора-деаэратора (4) происходит умягчение и деаэрация при температуре насыщения ts.

Эжектор (2) эжектирует часть котловой воды с целью повторного умягчения. Во второй ступени реактора-деаэратора (6) происходит умягчение при ts +30^оC.

Водоперегреватель (8) - поверхностного типа. Тепло получает от продуктов сгорания. Здесь вода на­гревается до ts +60^оC. В третьей ступени реактора-деаэратора (9) - окончательное умягчение. После дросселирования питательная вода отделяется в сепараторах. Из котла (12) пар отводится к потребителям.

Достоинства установки:

1. независимость работы от наличия конденсата, используемого для подпитки пресного контура циркуляции;

2. возможность реконструкции действующих котлов при переводе их на питание морской водой.

Недостатки: необходимость периодической чистки от накипи водоподогревателя.

Работа ПГУМВ предполагает предварительный высокотемпературный нагрев морской воды.

Таблица - Особенности и недостатки конструктивных схем контактных нагревателей морской воды

Для высокотемпературного нагрева наиболее пригодны пленочные ТА со сте­кающей гравитационной пленкой.

1 –пар или излучающий факел; 2 – цилиндрический корпус; 3 – обечайка; 4 – подвод морской воды; 5 – струи нагретой воды

Рисунок 2 – Схема высокотемпературного контактного пленочного нагревателя

Переливаясь через верхний срез поверхности 3, вода образует гравитационную пленку. Она нагревается контактным способом. Нагретая вода сливается в реактор-деаэратор для дальнейшего термического умягчения.

Особенность ТА - в использовании эффекта охлаж­дения орошаемой поверхности. Исключаются состояния пересыщения раствора на поверхности стенки и образо­вания накипи.

Для уменьшения t_ст пленка должна иметь ламинар­ный режим. При этом исключается конвективный пере­нос теплоты в поперечном сечении. Нагрев осуществляется теплопроводностью.

Т.о. стремление уменьшить теплообменные поверхности СОУ за счет более интенсивной теплопередачи и привело к появлению пленочных испарителей. Сущность работы пленочных испарителей сводится к тому, чтобы на поверхности нагрева поддерживать испаряемую жидкость в виде пленки 0, 02…0, 03 мм. Благодаря малому тепловому сопротивлению пленки коэффициент теплопередачи k у пленочных испарителей повышается в 3…4 раза по сравнению с батарейными

(20…22*10³ Вт/м К)

Испарение происходит только с поверхности пленки без кипения и заброса капелек рассола в пар. Пленочные испарители имеют объем на 40% и массу на 30% меньше, чем испарители с греющими батареями той же производительности при тех же параметрах первичного и вторичного пара.

Однако они в большей мере подвержены отложениям накипи, т.к. интенсивность парообразования в несколько раз превышает обычную. Длительная работа без очистки возможна только при постоянном введении противонакипных присадок.

Рисунок 3 - Конфузорно-пленочный нагреватель

Корпус аппарата (3) расположен непосредственно на корпусе (8) реактора – деаэратора. Дырчатый щит (5) обеспечивает равномерное распределение воды по объему. По конфузорной поверхности (6) пленка движется под дей­ствием силы тяжести. Греющая среда отводится с воз­духом, выделяющимся при нагреве морской воды. Использование конфузорной поверхности (6) позволяет получать гладкие безволновые ла­минарные пленки. Их толщина δ ≈ в 10 раз больше, чем у вертикальной плен­ки.

До Re = 2000 сохраняется ламинарный режим течения из-за сужения потока при уменьшении радиуса.

1 - подвод морской воды; 2 - отвод выпара; 3 — кор­пус аппарата; 4 — кольцевой коллектор; 5 — подвод пара; 6 -отвод умягченной воды; 7 - конус; 8 — дырчатый лист; 9 — перепускная труба; 10 — диффузор; 11 — патруб­ки продувания шлама

Рисунок 4 - Промышленный термоумягчитель

Пар барботирует через водяной объем, нагревая и деаэрируя воду. В верхней части за счет распыливания воды, она предварительно на­гревается и деаэрируется.

Корпус - Ø 2, 5 м; Н=10 м. Произво­дительность - 20 т/ч.

1- коллектор выпара; 2 – платформа; 3 – вход морской воды; 4 – конфузорно – пленочные нагреватели; 5 – коллектор подвода пара; 6 и 7 – внутренняя и средняя обечайки; 8 – корпус; 9 – шламосборник; 10 – отвод умягченной воды; 13, 14 — патруб­ки продувания шлама

Рисунок 5 – Схема реактора - деаэратора

Внутри три равнообъемные секции. В 3-й секции завершается процесс умягчения морской воды.

2 ГИДРОДИНАМИКА ПЛЕНОЧНЫХ ТЕЧЕНИЙ

Осесимметричное течение по горизонтальной поверхности.

Рисунок 6 – Модель течения перед сливным отверстием

Возникает при формировании пленки путем пе­релива через острую кромку сливного отверстия.

Решение для идеальной жидкости. Толщина - δ, скорость - v при r> > r_o. На кромке отверстия при г=r₀ δ ₀ и v ₀ . Пьезометрическая поверхность делит пленку на верхний слой δ ₀ и нижний δ _y.

Для потока из уравнения Бернулли: ,

где - скорость на кромке при безнапорном течении только верхнего слоя.

В нижнем слое течение напорное, нет самостоятельного стока, напор нижнего слоя сообщает дополнительной энергии верхнему.

- удельный расход. ; ; ; ; ; .

ОСЕСИММЕТРИЧНОЕ ТЕЧЕНИЕ ПЛЕНКИ ПО КОНФУЗОРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ. УРАВНЕНИЯ НАВЬЕ-СТОКСА.

Рисунок 7 - Модель течения по конфузору

Уравнение неразрывности: ,

где u и v - компоненты скорости (x –е и y – е компоненты);

- относительная разность плотностей фаз.

1 – α =10^о; 2 – 20; 3 – 30; 4 – 45^о

Рисунок 8 – Сравнительные данные опыта и модели течения для Re =120

ТЕЧЕНИЕ ПЛЕНКИ ПО ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

III – переходная зона

Рисунок 9 – Схема входного участка вертикально – пленочного течения жидкости

В IV зоне профиль и толщина пленки не меняются.

Численное решение задачи.

Толщина пограничного слоя /

Переменная .

Толщина пленки .

Касательные напряжения на стенке

.