Гидродинамика и тепломассообмен в контактных газо-капельных утилизаторах теплоты

Работа посвящена исследованиям, направленным на повышение эффективности ра-боты контактных аппаратов путем увеличения межфазной поверхности теплообмена пу-тем распыления жидкости, внедрение которых приводит к существенной экономии мате-риальных и энергетических ресурсов.
Работа содержит результаты экспериментальных исследований характеристик рас-пыла и процессов тепломассоотдачи при конденсации пара из парогазовой смеси на кап-лях распыленной жидкости.
Исследовано влияние температуры и давления воды на тонкость распыла (величину среднего объемно-поверхностного диаметра капель) для центробежной форсунки в пара-метрических условиях ее работы и применительно к условиям работы контактного утили-затора теплоты отходящих газов. На основании проведенных опытов получены новые зависимости величины среднего объемно-поверхностного диаметра капель для параметров распыливания жидкости с помощью центробежной форсунки в новом диапазоне изменения избыточного давления и температуры воды перед форсункой.
В результате теоретического анализа движения капель жидкости в факеле распыле-ния центробежной форсунки и использования экспериментальных данных по средним объемно-поверхностным диаметрам капель предложена методика определения действи-тельной межфазной поверхности процессов тепломассообмена в контактных газожид-костных аппаратах капельного типа.
Экспериментально определена зависимость граничной температуры нагрева воды в контактном аппарате газокапельного типа с центробежной форсункой применительно к условиям утилизации теплоты отходящих газов энергетических агрегатов. Исследования проведены в диапазоне избыточных давлений воды перед форсункой (0,2–0,6) МПа и объемной доли водяных паров парогазовой смеси на входе в аппарат от 0,02 до 0,45. Показано использование полученной зависимости для расчета предельных значений параметров парогазового потока, ограничивающих область эффективной работы контактного аппарата с конденсацией пара и отсутст-вием режима испарения капель нагретой жидкости.
Экспериментально определена интенсивность тепло- и массоотдачи в контактном аппарате газокапельного типа с центробежной форсункой в условиях утилизации теплоты отходящих газов энергетических агрегатов. Исследование проведены в диапазоне избыточного давления воды перед форсункой (0,2 - 0,6) МПа и объемной долей водяного пара парогазовой смеси на входе в аппарат от 0,08 до 0,35. По результатам экспериментальных исследований определены коэффициенты тепло- и массоотдачи, которые были отнесены к реальной поверхности капель. Полученные в работе результаты экспериментальных исследований коэффициентов тепло- и массоотдачи сравнивались с известными литературными данными для одиночной капли. Установлено, что интенсивность теплоотдачи для капель жидкости с парогазовым потоком выше, чем для одиночной капли, а для массоотдачи, ниже. Установлены особенности процессов переноса в газокапельной системе и получены обобщающие зависимости для процессов тепло- и массообмена для факела капель конуса распыла.
В результате указанного комплекса работ предложена методика теплового расчета контактного газокапельного утилизатора теплоты низкотемпературных отходящих газов при распылении жидкости механической центробежной форсункой, которая учитывает реальные условия протекания процессов переноса в рассматриваемой двухфазной систе-ме. Приведенная процедура теплового расчета утилиза-ционной установки позволяет при заданных параметрах отходящих газов и воды на входе получить тип и количество распы-лителей для генерирования капель воды, выполнить компоновку в штатном коробе для отвода газов, рассчитать параметры теплоносителей на выходе с установки и определить ее теплопроизводительность.