Продукция / Струйные теплообменники ЦВТ

Струйные теплообменники ЦВТ

«Энергомашавтоматика» предлагает новый класс струйных аппаратов – аппараты центробежно-вихревого типа.

На их базе созданы и защищены патентами такие изделия как центробежно-вихревой парогенератор, деаэратор, теплообменник.

Приведем краткое описание принципов, на которых основана работа этих аппаратов.

Жидкость подают по касательной к цилиндру, встретив его стенки, она сразу же закрутиться.

В неинерциальной системе отсчета, которая вращается вместе с жидкостью, на каждый элемент вращающейся среды (выделенный объем жидкости с пренебрежимо малыми размерами) помимо обычной силы тяжести Fгр направленной по вертикали вниз, действует центробежная сила Fцб направленная радиально от оси вращения (см. рис.1).

При используемых скоростях вращения эта сила существенно больше силы тяжести.

Результирующую этих сил Fт, можно рассматривать как силу тяжести, действующую на частицу жидкости со стороны искусственно созданного поля центробежных сил с учетом наложения на него гравитационного поля.

Сила Fт направлена от оси вращения по нормали с небольшим углом к ней (см. рис.1). Вес выделенного элемента жидкости численно равен этой силе.

На любое тело, погруженное в жидкость (в том числе на пузырек воздуха или пара) будет действовать Архимедова сила Fa равная весу вытесненной жидкости Fт и противоположенная силе тяжести, т.е. в данном случае направленная к оси вращения.

Т.о. пузырек пара (или воздуха) введенный в жидкость или выделяющийся из нее должен стремиться пронзить ее вращающийся столб по направлению к оси вращения.

Для наблюдателя находящегося в системе отсчета вне жидкости пузырек увлекается ее потоком, т.е. еще совершает вращательное, а также поступательное движение, если входной и выходной тангенциальные патрубки расположены у противоположенных оснований цилиндра.

Тогда для такого наблюдателя траектория пузырька будет представлять собой спираль, скручивающуюся вокруг оси вращения с уменьшающимся радиусом витков (см. рис.1).

На описанных в общих чертах принципах базируется центробежно-вихревой парожидкостный теплообменник (ЦВТ).

Для него характерна большая площадь непосредственного контакта паровой и жидкостной фазы.

Это обуславливается тем, что паровая струйка, впрыскиваясь через небольшие отверстия направляющего цилиндра, дробится на пузырьки набегающим потоком жидкости, при этом пар не будет скапливаться у его стенок, т.к. пузырьки стремятся к оси вращения, конденсируясь из-за теплообмена.

В результате получаем чрезвычайно высокий КПД по передаче тепловой энергии и как следствие экономию пара.

ЦВТ обладает существенно меньшим гидравлическим сопротивлением, чем обычный теплообменник.

Нами разработан типовой ряд этих аппаратов на расход от 10 до 800 м3/ч.

При этом их производительность может меняться в широких пределах в отличие от «линейных» пароводяных струйных аппаратов.

Аналогичные процессы происходят в центробежно-вихревом деаэраторе (ЦВД).

Если мы рассмотрим движение цилиндрических слоев жидкости, то при переходе от большего радиуса вращения к меньшему согласно закону сохранения момента импульса возрастает линейная скорость вращения и, следовательно, согласно закону Бернулли падает давление в жидкости по мере приближения к оси вращения.

На этом и базируется ЦВД, т.к. по закону Генри уменьшение давления приводит к уменьшению массы газов растворенных в единице объема жидкости.

Движение выделяющихся в жидкость газовых пузырьков уже описано выше, скапливающийся у оси вращения воздух отводится вовне.

Исполнение ЦВД возможно в варианте атмосферной или вакуумной деаэрации, а также для деаэрации высокого давления.

ЦВД можно рассчитать на любую величину температуры исходной воды при наличии соответствующего расхода подводимого пара.

Качество деаэрации при этом можно обеспечить на нормативном уровне (например, для питательной воды котлов высокого давления не выше 10 мкг/л).

Действительно, в обыкновенной деаэраторной головке вода нагревается, стекая из одной тарелки в другую, и одновременно происходит процесс деаэрации.

Если не обеспечить ее предварительный нагрев, то достигнуть требуемой температуры насыщения вода сможет лишь на самых нижних тарелках, а то и вовсе не успеет достичь и процесс не будет полноценным.

В головке ЦВД стадии нагрева и деаэрации разделены. Т.е. в одном корпусе деаэраторной головки мы имеем как бы 2 отсека, один из них центробежно-вихревой теплообменник, в котором обеспечивается высокоэффективный нагрев воды паром и смешение потоков подаваемой на деаэрацию воды с разной температурой. Другой отсек представляет собственно деаэратор.

Поэтому деаэрацию на ЦВД можно провести без предварительного нагрева воды.

Температуру воды после смешения потоков и последующего нагрева можно достаточно точно поддерживать регулятором расхода пара связанным с датчиком температуры воды на выходе из головки.

Нами разработан типовой ряд ЦВД производительностью от 1 до 1200 м3/ч.

Габаритные размеры его деаэраторной головки:

• На минимальную производительность диаметр 350 мм, высота 600 мм.
• На максимальную производительность диаметр 700 мм, высота 1300 мм.

Центробежно-вихревой парогенератор (ЦВД) основан на тех же принципах, что и ЦВД. Дополнительно в нем используется известный факт, согласно которому жидкость, попав в зону пониженного давления должна сразу же закипеть.

Как уже показывалось выше, давление понижается при приближении к оси вращения, поэтому жидкость в ее окрестности вскипает.

Если мы за счет специального приспособления освободим пространство вокруг оси вращения жидкости (ноу-хау разработчика), то получим в этой области пар, который можно будет отвести из центрального отверстия на одном из торцов цилиндрического корпуса парогенератора.

Причем пар будет сухим, потому что центробежная сила отберет капельки жидкости у лопающихся пузырьков и вернет их назад в жидкость. Вихревой парогенератор сам себе и сепаратор.

Нашими специалистами было экспериментально исследовано, как и в каких количествах возникают зародыши паровых пузырьков, с какого радиуса начинается кипение и какой скоростью пронзает пузырек пара уплотненную центробежной силой жидкость.

Так было выяснено, что скорость парового пузырька может достичь несколько десятков метров в секунду. Это приводит к существенному увеличению производительности установки.

При температуре воды 140С ЦВП позволил снять более 2 кг пара с 1м2 в секунду, что в 25 раз превышает тот же параметр в паросиловых установках барабанного типа.

На основе вихревого парогенератора сконструирована высокоэффективная выпарная установка, которая использует его способность работать не только в качестве парогенератора, но и в качестве сепаратора.

Это дает возможность иметь на выходе чистый пар без примесей, содержащихся в жидкости, из которой его получают. Такой аппарат позволяет решить непростую задачу выпаривания загрязненных сточных вод и сильно пенящихся жидкостей без большого свободного объема над поверхностью кипения, что существенно уменьшает его материалоемкость.

На ЦВП можно реализовать частный случай выпарной установки, такой как опреснительной. Концентрация соли на ней, по сравнению с ее исходным значением, уменьшается более чем в 100 раз.

Указанные свойства ЦВП дают возможность для его разнообразных применений, например в металлургии чистых металлов.

Так в нефтеперерабатывающей промышленности используются колонны для перегонки нефти представляющие собой огромные сооружения, «начиненные» ректификационными тарелками и сепараторами. Они не дают пару унести с собой капли нефти.

ЦВП или блок из них позволит не только заменить разгонную колонну, но и уложить установку горизонтально.

Аппарат можно использовать и в спиртовой промышленности, также заменив с его помощью ректификационную колонну.

Ее недостатками является капельный унос браги с образовавшимися спиртосодержащими парами, что снижает потребительские качества продукта. По этой причине спирт приходиться перегонять через эти колонны с довольно большой высотой и площадью поверхности по нескольку раз.

Это значительно повышает потребление тепловой и электрической энергии и, следовательно, себестоимость продукта.

Использование ЦВП позволит получить спирт из браги с меньшими энергетическими затратами.

В этом кратком обзоре указаны не все возможные применения центробежно-вихревых аппаратов, но изложенный в нем принцип их работы, может указать потенциальным заказчикам на те проблемы, которые можно решить с их помощью.