6.6. Зволоження повітря
Зволоження повітря – процес збільшення його вмісту вологи. Для зволоження повітря застосовують такі методи: підмішування водяної пари; випаровування води у зволожуване повітря, що омиває поверхню випаровування.
Найчастіше застосовують другий спосіб, хоч він складніший.
Зволоження повітря випаровуванням води
Зволоження повітря випаровуванням води відбувається під впливом різниці парціальних тисків: пара над поверхнею води і пара в повітрі, що зволожується.
У процесі зволоження температура води може бути:
- вище температури повітря по сухому термометру, тоді температура та ентальпія повітря зростатимуть;
- вище межі охолодження, але нижче за температуру повітря – температура буде знижуватися, а ентальпія збільшуватися;
- вище точки роси, але нижче межі охолодження повітря – температура та ентальпія повітря будуть знижуватися;
- дорівнює межі охолодження повітря – температура повітря за практично постійної ентальпії буде знижуватися.
Теорія випаровування показує, що кількість води, що випаровується в одиницю часу, пропорційна різниці парціальних тисків та поверхні дзеркала випаровування.
Кількість води, що випаровується (кг/год):
деpн- парціальний тиск насиченої пари;рп- парціальний тиск водяної пари;F- поверхня дзеркала випаровування;b-коефіцієнт випаровування.
Різниця парціальних тисків обмежена, тому для зволоження значних кількостей повітря в невеликих апаратах необхідно прагнути збільшення поверхні дзеркала випаровування. Тому воду розбризкують у потоці зволожуваного повітря.
Бризки мають правильну сферичну форму. Якщо, наприклад, подрібнити 1 м 3 води на окремі краплі діаметром 0,5 мм, то сумарнаповерхня всіх крапель становитиме 12000 м 2 . Розрахункова поверхня випаровування утворюється сумарною поверхнею тієї кількості крапель, що у кожний час перебуває у зволожувальному апараті. Якщо тривалість перебування краплі у зволожувальному апараті дорівнює 1 с, то розрахункова поверхня випаровування, створювана шляхом подрібнення в 1 годину 1 м 3 води на краплі діаметром 0,5 мм, становитиме 12 000 : 3600 = 3,33 м 2 .
Вода розбризкується спеціальними форсунками (рис. 28), в яких набуває обертального руху. Після виходу з форсунки струмінь води подрібнюється. Незважаючи на порівняльну різноманітність конструкцій, найбільш широко застосовують форсунки з напрямним вкладишем та з тангенціальним введенням води.
Форсунки монтують на трубах, якими протікає вода, що подається насосом.
Мал. 28. Форсунки для механічного розбризкування води: а – Кер'єра; б – Торгообладнання
У повітрі, що зволожується, чим вище ступінь дисперсності факела, створюваного форсункою, тим більше різниця парціальних тисків над прикордонним шаром і інтенсивніше протікають процеси випаровування води і зволоження повітря.
Зволоження повітря шляхом розбризкування води здійснюється у зволожувальних камерах (рис. 29). Форсунки розташовують в одному поперечному перерізі камери в ряд таким чином, щоб вони викидали бризки води або у напрямку руху повітря або проти нього. У зволожувальній камері можуть бути один, два і більше рядів форсунок.
Щоб запобігти можливості виносу крапель води, наприкінці зволожувальної камери встановлюють краплевідділювач – шар з кілець Рашига завтовшки 60-100 мм або інерційного типу (рис. 30). Внаслідок різких змін напрямку руху повітря в краплевідділювачі бризки води потрапляють на поверхнюйого лопатей і стікають у піддон.
Мал. 29. Дворядна горизонтальна камера зрошення: 1 – вхідні напрямні пластини; 2 – трубчасті вертикальні стояки з отворами; 3–форсунки; 4–горизонтальні водорозподільні колектори; 5 – пластини краплеуловлювачів; 6 – приєднувальна камера; 7 – поплавковий клапан підживлення від водопроводу; 8 – водяний фільтр; 9 – переливний пристрій; 10–піддон; 11 – патрубок приєднання до зливу
Мал. 30. Каплеуловлювачі: 1 - корпус; 2 – касета; 3 – піддон
Перед входом повітря в камеру встановлюють ще один краплівідділювач, що складається не менше ніж з двох рядів лопатей. Цей краплівідділювач захищає простір перед камерою від потрапляння в нього крапель води. Крім того, він виконує роль екрану, що захищає від теплового опромінення з боку калориферів, а також забезпечує вирівнювання швидкості повітря по перерізу камери.
Майже вся вода, що викидається форсунками у зволожуючий простір, падає у піддон у вигляді дощу, частина води потрапляє на стінки камери та стікає у піддон.
Не завжди відпрацьована вода викидається із системи кондиціювання та замінюється свіжою. Зазвичай вона нагрівається або охолоджується та повертається насосом у зволожуючий простір. Тому в установці передбачають апарати для охолодження чи нагрівання води. Однак частіше застосовують спосіб зволоження повітря, заснований на адіабатичному насиченні.
Система зволоження має поповнюватися водою у міру її випаровування. З цією метою піддон приєднують до системи водопостачання за допомогою кульового клапана.
Разом із повітрям у систему зволоження проникає пил, який змочується водою і в міру накопичення забруднює його. Це може призвести до засміченняфорсунок. З цієї причини в системі має бути передбачений фільтр. Графік підбору форсунок на рис. 31.
Мал. 31. Графік для вибору водорозпилювальних форсунок
Незалежно від установки фільтрів для очищення води, не рекомендується застосовувати форсунки з вихідним отвором діаметром до 1-1,5 мм. Вони легко засмічуються твердими частинками, що випадково потрапляють в піддон.
Розрахунок зволожувальної камери
Розрахунок зволожувальної камери обмежується підбором типової камери та її основних елементів.
При виборі форсуночної камери визначають тип камери із зазначенням її індексу; площа поперечного перерізу; щільність розміщення форсунок; число рядів форсунок та їх кількість, діаметр отвору форсунок; тиск води перед форсунками; кількість води, що розбризкується однією форсункою.
Коефіцієнт зрошенняВпредставляє відношення кількості води, що розбризкується в камері в одиницю часу, до кількості зволожуваного повітря:
В=
деGв– загальна кількість води, що розбризкується в камері, кг/год;L–кількість повітря, що проходить через камеру, кг/год.
Швидкість руху повітря в камері рекомендується 2,5 м/с.Процес у камері повинен тривати близько 1 с.
Кількість води, що розбризкується в камері:
деn– число форсунок;g– продуктивність однієї форсунки, кг/год.
Залежно від кількості води, що розбризкується кг/год, підбирається насос.
Температурний перепад зрошуючої води:
Δt=
деQхол- кількість тепла відведеного в камері зрошення, Вт;Gв- кількість води, що розбризкується в камері, кг/год.
Початкова та кінцева температури води в камері:
tвн=
деtвн– початкова температура води, що подається до форсунок, °С;tвк– кінцева температура води (температура води у піддоні камери), °С;tмні tмк- початкова та кінцеві температури повітря по мокрому термометру, °С;Е- коефіцієнт ефективності; Δt– температурний перепад зрошуючої води, °С.
Коефіцієнт ефективності зрошувальної камери:
Е= 1 -
деtн,tк– початкова та кінцева температури повітря при вході та виході з зрошувальної камери;tм1,tм2– початкова та кінцева температури мокрого термометра при вході та виході з зрошувальної камери.
Значення коефіцієнта ефективностіЕзалежно від числа рядів форсунок та напрямки виходу факела наведено в табл. 7.