Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий - Контактные теплообменники (2)

Рассмотрим случай, когда между пленкой воды и газами существует термодинамическое равновесие. В сечении ВС вода достигает максимальной температуры tм и далее не нагревается. Продукты сгорания в сечении AD находятся в ненасыщенной состоянии. Двигаясь вверх они насыщаются парами воды и к сечению ВС достигнут температуры адиабатического насыщения. Будем считать, что стенки камеры адиабатные – потерь тепла в окружающую среду нет. Баланс тепла процесса охлаждения газов

- начальная энтальпия продуктов сгорания с температурой tн на входе;

- тепло влаги, испаренной из массы воды с температурой tм в поток продуктов сгорания в зоне ABCD;

- конечная энтальпия газов с температурой tм.

Таким образом,

+=. (10.2)

Характер процесса охлаждения продуктов сгорания зависит от значения температуры воды в момент соприкосновения с газами. Анализ процесса охлаждения газов удобно провести в i-dдиаграмме продуктов сгорания.

а) б)

Рис.10.4. i –d диаграмма

а) Построение i –d диаграммы; б) Режимы охлаждения продуктов сгорания в камере

Точка А на диаграмме соответствует состоянию продуктов сгорания на входе в камеру. При соприкосновении с водой нагретые газы охлаждаются и при этом нагревают воду. Характер процесса охлаждения зависит от температуры воды на выходе из камеры.

Предположим, что температура воды ниже температуры точки росы продуктов сгорания. Процесс охлаждения в данном случае показан кривой 1. Так как парциальное давление водяных паров в массе газов выше парциального давления водяных паров над пленкой воды, то в процессе охлаждения влагосодержание газов будет уменьшаться. Т.е. водяной пар в продуктах сгорания будет конденсироваться. При этом с самого начала процесса охлаждения выделяется скрытая теплота парообразования.

Пусть теперь температура воды на выходе из камеры выше температуры точки росы, но ниже температуры мокрого термометра. Процесс охлаждения показан кривой 2. Парциальное давление водяных паров в газах ниже парциального давления паров на пленкой воды. Поэтому влагосодержание газов увеличивается (отрезок А-К на кривой 2). В точке К температура продуктов сгорания равна температуре точки росы (т.К находится на пересечении линии d=const и f=100 %). На отрезке К-М происходит конденсация водяного пара из продуктов сгорания, причем в воду переходит вся вода, которая испарилась в продукты сгорания на отрезке А-К. Тепло, которое при этом выделяется равно теплу, затраченному на их испарение, поэтому оно не влияет на КПД аппарата и называется оборотным теплом.

Рассмотрим процесс охлаждения в случае, когда температура воды на выходе из камеры равна температуре мокрого термометра. Процесс охлаждения показан кривой 3. На отрезке А-F процесс идет по линии мокрого термометра. Газы охлаждаются и одновременно увлажняются. Двигаясь вверх по камере продукты сгорания охлаждаются и с т.F температура воды становится меньше температуры мокрого термометра, но выше температуры точки росы. На отрезке F-N процесс идет так же, как и на отрезке A-K кривой 2. Т.N соответствует температуре вторичной точки росы.

Лучшим вариантом проведения процесса охлаждения является кривая 1. В этом случае не возникает оборотного тепла. Тепло конденсации сразу идет на нагрев воды. Но так получается, если вода в контактной камере не нагревается выше 57-59 ⁰С. Иначе процесс охлаждение будет протекать по кривой 2 или 3.

Если парциальные давления водяных паров в газах и над пленкой воды равны, то массообмена нет. Количество тепла, которое получает вода равно

(10.3)

- количество тепла, передаваемое от газов к воде за счет конвекции (сухой теплообмен). Если парциальные давления водяных паров над пленкой воды и в газах различны, то могут идти процессы испарения или конденсации.