Регенеративные аппараты

2.2.1. Регенеративный воздухоподогреватель (РВП). Применяется в энергетических котлах для подогрева дутьевого воздуха, используемого в качестве окислителя для сжигания топлива. При этом повышается КПД энергоустановки. Аппарат представляет собой (рис.2.5) цилиндр высотой 7 – 9 м, внутри которого на валу вращается пористый насадок. Одна часть насадка разогревается уходящими дымовыми газами, другая часть – охлаждается дутьевым воздухом.

Рис.2.5. Схема РВП

Другим наглядным примером с движущимся твердым насадком может служить реактор с твердым теплоносителем. В нем в качестве теплоносителя используются графитовые блоки 2, соединенные между собой в замкнутую цепь, которые вращается колесами 3. При этом блоки, проходя А3 реактора, разогреваются, выходя из нее – охлаждаются в восходящем потоке 4 газом. Графит является высокотемпературным материалом –температура плавления более 3000^о С, поэтому на этом принципе могут быть реализованы высокотемпературные реакторы. Однако в настоящее время такие конструкции реакторов не разрабатываются.

Рис. 2.6. Схема реактора с твердым теплоносителем

2.2.2. Контактные аппараты. Они предназначены для отвода тепла от дымовых газов ТЭС. В них при контакте воды и газов происходит разогрев воды и воспринятое тепло можно использовать, например, для обогрева теплиц. Недостаток системы: высокая коррозионная агрессивность нагретой воды за счет растворенных в ней продуктов сгорания таких, как СО₂, SO₄, No_x.

Контактные аппараты, как пра­вило, классифицируют по способу образования и структуре меж­фазовой поверхности, которая бывает капельной, пленочной, пен­ной и пузырьковой [8].

Капельная поверхность контакта обычно образуется путем раз­брызгивания жидкости форсунками в потоке газа. Типичными и одними из самых распространенных аппаратов этого класса яв­ляются форсуночные камеры, применяемые, например, в системах кондиционирования воздуха. Кроме форсунок, могут применяться разбрызгиватели и оросители различного типа, поэтому аппараты этого класса имеют более общее название: камеры орошения.

Пленочная поверхность контакта большей частью образуется при течении жидкости в аппаратах с орошаемой насадкой, кото­рые представляют другой обширный класс тепло-массообменников.

Пенные аппараты, в которых поверхность контакта образована газожидкостной эмульсией, состоящей из ячеек пены, выделяют в отдельный класс, так как условия тепло- и массообмена в них, связанные со структурой межфазовой поверхности, существенно отличаются от этих условий в остальных аппаратах.

В барботажных аппаратах, также выделяемых в отдельный класс, в зависимости от режима работы поверхность контакта образуют либо всплывающие пузырьки газа, либо капли жидкости при скорости газа выше некоторой критической.

Определяющими факторами интенсификации процессов тепло- и массообмена в аппаратах являются: высокая относительная ско­рость газа и жидкости; развитая поверхность контакта; высокая дисперсность и масса сред в реактивном пространстве; равномер­ность распределения скоростей, дисперсности и массы газа и жид­кости в объеме реактивного пространства; достаточное время контакта сред; противоточный характер взаимного движения кон­тактирующих сред. Эти факторы по-разному проявляются в аппаратах различного типа и оказывают влияние не только на интенсивность тепло- и массообмена, но и на эффективность использования аппарата в целом, а также на условия и методы расчета.

В барботажном аппарате меж­фазовая поверхность контакта образуется диспергированием жид­кости при поперечном движении газа через ее слой. При малых скоростях газа масса жидкости в слое используется неэффективно, так как в тепломассообмене участвуют те немногие молекулы жид­кости, которые расположены на границе с газовым пузырем. С увеличением скорости газа выше некоторой критической струк­тура барботируемого слоя меняется: слой становится состоящим из отдельных капель жидкости различного диаметра, взвешенных в потоке газа. При этом, естественно, увеличивается поверхность контакта газа с жидкостью. Барботируемый газом слой является одной из наиболее характерных двухфазных систем для аппара­тов, выполненных, например, в виде колонн, заполненных водой; колонн с колпачковыми и ситчатыми тарелками и др. Для барботажных аппаратов характерны невысокие относи­тельные скорости газа, определяемые медленным всплытием пузырь­ков и ограниченным пенообразованием. Одним из наиболее интен­сифицированных в этом классе является центробежный теплообменный аппарат, который будет рассмотрен отдельно. В нем скорость пересечения газом (барботажа) вращающегося слоя жидкости на один-два порядка превышает скорость всплытия пузырьков и достигает 20 м/с.

При определенных условиях на поверхности барботируемого слоя возникает пена. Такой аппарат называют полочным пенным аппаратом. При толщине слоя жидкости 3—8 мм пена не обра­зуется; взвешенный слой жидкости интенсивно уносится из аппа­рата потоком газа уже при его скорости 1 м/с. Наличие пены позволяет обеспечить устойчивую работу аппарата при скорости газа до 2,5 м/с, так как при более высокой скорости газа капельный унос жидкости резко возрастает. Продолжительность контакта газа с жидкостью определяется толщиной слоя жидкости, пены и скоростью газа, а продолжитель­ность контакта жидкости с газом - длиной газонаправляющей решетки и скоростью течения жидкости по ней. Тепло- и массообмен в по­лочном пенном аппарате происходит при перекрестном токе газа и жидкости, либо, в условиях повышенного капельного уноса, - при прямотоке сред. Рекомендуемые скорости воздуха в полочном пенном аппара­те: 0,5 м/с - нижний предел скорости, при которой образуется пена; 2,5 м/с - верхний предел, при котором сохраняется гидро­динамическая устойчивость газожидкостной системы. Скорость газа в отверстиях решетки поддерживают в пределах 5 - 20 м/с; живое сечение решетки 10 - 15 %. При меньшей скорости газа или большем живом сечении решетки резко увеличивается провал (утечка) жидкости через отверстия решетки. При большей ско­рости газа или меньшем живом сечении решетки резко возрастает капельный унос жидкости потоком газа, несмотря на сохранение средней по сечению скорости газа в рекомендуемых пределах, вследствие большой неравномерности скоростей газа, особенно на входе газа в слой. В реактивном пространстве пенных аппаратов во взвешенном состоянии находятся значительные массы жидкости, поэтому они имеют повышенное гидродинамическое сопротивление (более 1500 - 2000 Па). Визуальные наблюдения за структурой межфазовой поверх­ности контакта показывают, что она является дискретной и со­стоит из цепочки перемещающихся сферических пузырьков, ячеек пены размером 5 - 10 мм.

Разновидностью пенных аппаратов являются циклонно-пенные и ударно-пенные аппараты, показан­ные на рис. 2.7.

Рис.2.7. Схемы пенных аппаратов: а-полочного; б-циклонно-пенного;

1 - реактивное пространство; 2 - сепара­тор, 3 - газонаправляющее устройство; 4 - регулятор уровня

В связи с развитой межфазовой поверхностью контакта пен­ные аппараты являются интенсифицированными аппаратами. Газ выходит из аппарата почти насыщенным, а его температура незначительно, всего на 0,5 - 3°С, отличается от температуры жидкости в аппарате. Образуемая в аппаратах пена играет двоякую роль. С одной стороны, она позволяет увеличить поверх­ность контакта и до известного предела, скорость газа в аппара­те, что способствует интенсификации тепло- и массообмена. С дру­гой стороны, наличие пены сковывает подвижность отдельных мел­ких частиц жидкости (на этом и основана ее роль гасителя брызгоуноса) и ограничивает скорость газа условиями выноса пены из аппарата. Превышение скорости газа приводит к выносу пены из аппарата, что недопустимо, т.к. это снижает интенсивность процесса тепло- и массообмена. Увеличения относительной ско­рости можно достичь с помощью искусственного поля тяготения, например поля центробежных сил, увеличивающего вес жидкости.

В отличие от других контактных аппаратов в пенных невозможно в полной мере использовать искусственно созданные поля тяготе­ния в объеме реактивного пространства, так как сил поверхност­ного натяжения жидкости может быть недостаточно для формиро­вания пленок, составляющих своеобразный силовой каркас пены. Под действием многократно возросшего веса жидкости, находя­щейся в пене, в искусственном поле тяготения ее силовой каркас разрушится и пена будет погашена, что препятствует дальнейшей интенсификации процессов тепло- и массообмена в пенных ап­паратах указанным способом.

Основным элементом аппаратов с орошаемой насадкой, определяю­щим площадь и структуру межфазовой поверхности в данных аппаратах, является слой орошаемой насадки, в качестве насадки применяют различные реечные, листовые, пористые и насыпные материалы. Сравнительные данные некоторых орошаемых насадок приведены в табл. 2.3, схема аппарата - на рис. 2.8.

Рис.2.8. Схема аппарата с орошаемой на­садкой: 1 - орошаемая насадка;

2 - оросительное устрой­ство; 3 - сепаратор; 4 - поддон; 5 - насос; 6 – водозаборное устройство

Таблица 2.3

Дата добавления: 2014-01-05