|
Системы охлаждения деталей и
конструкций, работающих в зонах высоких температур (кладки металлургических
печей, рубашки компрессоров, печи строительной индустрии и др.) и при
протекании высокотемпературных технологических процессов (процесс переработки
нефтепродуктов, печи кипящего слоя серной кислоты и др.), предназначены для
предотвращения их разрушения и преждевременного износа.
Существующие системы охлаждения подразделяются на
следующие-виды: водяное охлаждение холодной и горячей водой, испарительное
охлаждение с парообразованием внутри и вне охлаждаемой конструкции (детали).
При водяном охлаждении холодная вода проходит через
холодильники, расположенные в охлаждаемой конструкции, и отбирает от нее
теплоту, нагреваясь до температуры 35—50 °С. Расход охлаждающей воды зависит
от количества отводимой теплоты, величины температурного перепада и ее
качества. Схема водяного охлаждения ( VIII.29) может быть как прямоточной,
так и оборотной. Система весьма проста, однако незначительный нагрев воды
заставляет использовать ее в больших объемах, что требует увеличения размеров
коммуникаций, устройства мощных водозаборов, насосных станций и охлаждающих устройств,
увеличивающих строительную и эксплуатационную стоимость. Незначительный
нагрев воды не позволяет также использовать отобранную
ею теплоту; увеличение же величины температурного перепада
является опасным, так как может вызвать выпадение в холодильниках солей
жесткости.
При охлаждении горячей водой используется химически
очищенная вода с температурой на входе в холодильники около 70 °С. После
прохождения холодильников она нагревается до 95°С и используется как
теплоноситель. Потери в системе пополняются химически очищенной
деаэрированной водой. Расходование воды системой зависит от количества
отводимой теплоты и температуры нагрева воды. Схема системы охлаждения
горячей водой ( VIII.30) предусматривает возможность работы как при включении
потребителей теплоты, так и при их. отключении.
Система охлаждения горячей водой имеет ряд преимуществ
перед системой охлаждения холодной водой: обеспечивается возможность
использования теплоты охлаждающей воды, сокращается расход электроэнергии на
перекачку воды, исключается прогар холодильников (не образуется накипь). К
недостаткам рассматриваемой системы следует отнести сложность коммуникаций.
При системе испарительного охлаждения, разработанной д-ром
техн. наук С. М. Андоньевым, используется кипящая вода. Охлаждение происходит
вследствие отвода пара. Скрытая теплота парообразования при атмосферном
давлении составляет 2160 кДж/кг, и, следовательно, каждый килограмм воды,
испаряясь, отбирает от нагретых элементов 2160 кДж. Помимо этого, поступающая
в систему вода, имеющая температуру около 30 °С, нагреваясь до температуры
кипения, отбирает от охлаждаемой стенки еще 294 кДж. Система испарительного
охлаждения предусматривает многократную циркуляцию и использование воды,
освобожденной от солей жесткости и лишенной коррозионных свойств.
Принципиальная схема системы испарительного охлаждения
приведена на VIII.31. Охлаждаемые элементы присоединены трубами к
баку-сепаратору. Из бака вода по опускной трубе подводится к конструкции
(детали). Образовавшаяся при отборе теплоты пароводяная смесь по подъемной
трубе поступает вновь в бак-сепаратор, в котором происходит разделение пара и
воды. Полученный пар используется на технологические нужды. Потери воды в
системе, вызванные отбором пара, восполняются химически чистой водой; в случае
использования пара и возврата конденсата потери воды составляют около 15 %
обычных потерь при водяном охлаждении.
Системы испарительного охлаждения могут быть с
естественной и принудительной циркуляцией воды. При естественной циркуляции
нагретая вода циркулирует в трубах под действием разности плотностей воды рв
и пароводяной эмульсии рэ. Так как рв>рэ, то движущая сила Р=Н (рв—рэ) g-,
где Я—высота расположения бака-сепаратора над охлаждаемым элементом; g"—
ускорение свободного падения.
При принудительной циркуляции вода на охлаждение деталей
подается насосами.
Испарительное охлаждение имеет ряд преимуществ перед
водяным. В этой системе при изменении тепловой нагрузки происходит
саморегулирование процесса охлаждения вследствие изменения турбулизации
пароводяной смеси; расход воды по сравнению с системой водяного охлаждения
уменьшается в несколько десятков раз; срок службы охлаждаемых элементов
увеличивается; исключается прогар деталей; не требуется применения
охладительных устройств (градирен, прудов, брызгальных бассейнов), водоводов
больших диаметров и мощных насосных станций. Теплоту, которую отводит охлаждающая
вода, можно использовать без усложнения условий эксплуатации, так как система
охлаждения не зависит от режима работы потребителей теплоты.
Схема системы испарительного охлаждения с парообразованием
вне охлаждаемой детали при использовании высококипящего теплоносителя
приведена на VIII.32. В качестве охлаждающей жидкости могут быть
использованы специальные масла, соли, их смеси и прочие вещества, имеющие
высокую температуру кипения. Данная система состоит из контура циркуляции
высоко- кипящей жидкости для охлаждения деталей печи и системы охлаждения.
Высококипящий теплоноситель поступает в систему охлаждения при температуре
около 150 °С и, проходя холодильники, расположенные в кладке печей,
нагревается до 250°С. Затем теплоноситель охлаждается водой в трубчатом
теплообменнике, где образуется пар высокого давления. На контуре циркуляции
охлаждающей жидкости предусматриваются предохранительные устройства на случай
прекращения подачи воды в испаритель, резкого перегрева теплоносителя,
образования паров агента и резкого повышения давления.
К недостаткам подобных систем относится опасность
застывания охлаждающей жидкости при низких температурах (около +70 °С) и
трудность удаления ее из труб при умеренном нагреве.
Этот тип охлаждения перспективен для агрегатов, не имеющих
потребителей низкопотенциальной теплоты, и для энергетических систем,
использующих пар с повышенными параметрами.
|
