Система оборотного водоснабжения

В системах оборотного водоснабжения вода используется многократно, так как она циркулирует по замкнутому кольцу и перед повторном использованием охлаждается в атмосферном охладителе 1 (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Система оборотного водоснабжения

В окружающую среду отдается теплота Q полученная в теплообменном аппарате 2. Таким образом, в замкнутой системе вода, циркулирующая при помощи насоса 3, является промежуточным теплоносителем между рабочим теплом, от которого отводится теплота с наружным воздухом.

В таких охладителях вода непосредственно контактирует с окружающим воздухом, ее охлаждение происходит благодаря передаче теплоты к воздуху при одновременном действии конвективного теплообмена и поверхностного испарения воды в воздух.

Систему оборотного водоснабжения приходится использовать при следующих условиях:

1) высокой стоимости воды;

2) загрязненности воды в источнике водоснабжения;

3) загрязнению воды на предприятии;

4) высокой жесткости воды;

5) недостатке воды в источнике водоснабжения.

Если все же использовать загрязненную воду, то возможно применение двухконтурной схемы. В первом (замкнутом) контуре циркулирует чистая вода, во втором (разомкнутом) загрязненная.

8.3. Физические основы процесса в аппаратах
для охлаждения циркуляционной воды

Схема процесса охлаждения циркуляционной воды представлена на рис. 8.3.

Рис.8.3. Процесс охлаждения циркуляционной воды

Если относительно большое количество воздуха, имеющего температуру t_в и относительную влажность φ_в движется вдоль поверхности воды с начальной температурой t_w более высокой, чем температура окружающего воздуха, то в результате конвективного теплообмена воды с воздухом и испарения части воды на элементе поверхности будет передано количество теплоты:

,

где δ – коэффициент испарения с поверхности; – влагосодержание насыщенного воздуха над поверхностью; d_в – вдали от поверхности.

Понижение температуры воды прекращается при некоторой температуры – называемой пределом охлаждения и равной температуре мокрого термометра t′.

Тогда испарение воды происходит только за счет теплоты получаемой из воздуха

,

где – влагосодержание при температуре мокрого термометра.

Отсюда следует, что путем испарения части воды в воздух она может быть охлаждена до температуры более низкой, чем температура окружающего воздуха.

Пусть к элементу поверхности охладителя подходит вода в количестве W с t_w. В противоток с водой в охладителе у элемента dF движется воздух в количестве G с i_в.

В результате совместного действия теплообмена и массообмена с воздухом произойдет охлаждение воды на dt_w при этом испариться часть воды dW, тогда

.

Если пренебречь дифференциалом второго порядка малости, то

.

Теплота, отданная водой, передается воздуху

;
.

Второе слагаемое представляет собой теплосодержание испарившейся воды.

При достижении предела охлаждения dt_w = 0, t_w = t′.

Gdi_в = t′ρ_wc_wdw.

Это выражение позволяет найти в i–d диаграмме влажного воздуха
(рис. 8.4).

Рис.8.4. i–d диаграмма влажного воздуха

Наклон линии процесса изменения состояния воздуха при его теплообмене с водой, так как

ρwdw = Gd(dв), то
Gdiв = Gt′cwd(dв);
.

Это выражение определяет t_q угла наклона процесса в i–d – диаграмме. При энтальпия равна энтальпии воды при температуре мокрого термометра. Процесс идет с небольшим наклоном.

Если пренебречь небольшим теплосодержанием воды, то

dQ = Wρwcwdtw,

и для предела охлаждения

dtw = 0, dQ = 0, Gdiв = 0, iв = 0.

Следовательно, при этом допущении линия, изображающая процесс теплообмена с водой, совпадает с линией постоянной энтальпии.

Зависимость теплообмена в охладителе может быть интегрирована

Q = Wρwcw(tw2 – tw1) + W0ρwcwtw1 = G(iв2 – iв1),

где w₀ – количество испарившейся воды, м³/с.

После охладителя добавляют свежую воду в том же количестве, сколько ее испаряется 1 % от всего количества. В действительности из–за утечек и уноса воды ветром количество добавляемой воды несколько больше 2 ÷ 4 %.

Если пренебречь теплосодержанием добавляемой воды

Q = Wρwcw(tw2 – tw1) = G(iв2 – iв1).

В количественном отношении испарившаяся жидкость имеет малое значение, в тепловом отношении испарение воды является важнейшим охлаждающим фактором. В летнее время путем испарения отводится 90 % теплоты, отдаваемой циркуляционной водой. Зимой до 30 %, так как растет разность температур и уменьшается влагосодержание воздуха.

Дата добавления: 2015-07-25