Среди различных типов контактных аппаратов достаточно широкое применение находят контактные теплообменники с активной насадкой (КТАН), разработанные Рижским политехническим институтом и Латгипро-промом.

КТАН-утилизатор является аппаратом рекуперативно-смесительного типа и предназначен для утилизации теплоты парогазовых потоков технологического и теплоэнергетического оборудования, может использоваться как подогреватель, устройство для очистки газов и др. Он состоит из системы орошения, активной насадки. Активная насадка выполнена в виде пучка водоохлаждаемых труб, закрепленных в трубных досках и сепа-рационного устройства (см. рис. 3.3).

В КТАНе протекают два независимых дуг от друга потока воды: 1) чистой подогреваемой через теплопередающую поверхность; 2) орошающей, нагреваемой в результате непосредственного контакта с уходящими газами.

Чистый поток воды протекает внутри трубок и отделен стенками от загрязненного потока орошающей воды [18].

Пучок трубок выполняет функцию насадки, предназначенной для создания развитой поверхности контакта орошающей воды и уходящих газов.

Рис. 3.3 Принципиальная схема КТАН-утилизатора

1- система орошения; 2-блок насадок; 3-сепаратор; 4-заслонка; 5-бак орошающей воды; 6-насос; 7- регулятор уровня; 8- дымосос; 9- фильтр; 10,11- входной и выходной патрубки дымовых газов; 12,13- вход и выход нагреваемой воды;Ь14- трубопровод системы орошения; 15- байпасный газоход.

Поверхность нагрева, внутри которой циркулирует чистый поток воды, а снаружи орошаемая капельным теплоносителем и омываемая газами, и одновременно участвующая в теплообмене, называется активной насадкой (по сравнению с традиционными насадками, например, из колец Рашига).

Наружная поверхность насадки в КТАНе омывается газами и орошающей водой, что интенсифицирует теплообмен в аппарате. Теплота уходящих газов в КТАНе передается воде, протекающей внутри трубок активной насадки, двумя путями: 1)за счет непосредственной передачи теплоты газов и орошающей воды; 2) за счет конденсации на поверхности насадки части водяных паров, содержащихся в газах. Температура орошающей жидкости на входе в аппарат и выходе из него остается постоянной.

Конечная температура нагреваемой воды на выходе из насадки ограничена температурой мокрого термометра газов. При сжигании природного газа с коэффициентом избытка воздуха 1,0-И,5 температура мокрого термометра уходящих газов составляет 55-7-65 "С. Поэтому температура нагреваемой воды на выходе из активной насадки в расчетах принимается равной 50 °С.

Газы, пройдя насадку, поступают в сепарационное устройство, где капли воды отделяются от дымовых газов. Из аппарата дымовые газы выходят с относительной влажностью 95-И 00 %, что не исключает возможности конденсации водяных паров из газов в газоотводящем тракте после КТАНа. Для устранения этого необходимо производить подсушку газов путем перепуска части их объема помимо КТАНа и дальнейшего смешивания с уходящими газами (возможны другие способы подсушки газов [2]).

Для бесперебойной подачи орошающей воды устанавливают бак и насос.

Орошающая вода и конденсат водяных паров из продуктов сгорания собираются в нижней части КТАНа и самотеком стекают в сборный бак. Из сборного бака орошающая вода насосом подается к форсункам системы орошения. Отделение капельной влаги от газов и отвод ее из аппарата производится через сепарационное устройство. водится через сепарационное устройство.

В КТАНе применен прямоток газов и орошающей воды, что позволяет

осуществлять движение газов со скоростью до 10 м/с, при этом КТАН обладает достаточно низким аэродинамическим сопротивлением (примерно 300 Па).

Одновременно с процессами теплообмена в КТАНе происходит очистка утилизируемых газов от механических примесей неполного сгорания топлива, которые улавливаются орошающей жидкостью, собираются в баке-отстойнике и периодически удаляются. Может быть произведена селективная очистка от газовых компонентов в зависимости от состава орошающей жидкости.

Для котлов, работающих на природном газе, разработан типовой ряд КТАНов-утилизаторов теплоты уходящих газов. Расчетные параметры КТАНов-утилизаторов и тип котлоагрегатов, за которыми рекомендуется устанавливать аппараты, приведены в табл. 2.4. Для котлов теплопроизводительностью 0,23-И 16,3 МВт (0,2-И 00 Гкал/ч) разработано восемь типоразмеров КТАНов-утилизаторов. Если котел постоянно работает с пониженной теплопроизводительностью, то рекомендуется выбрать КТАН теплопроизводи тельностью на 10 %. Точнее теплопроизводительность КТАНа должна устанавливаться поверочным тепловым расчетом [15].

При конструировании типового ряда КТАНов предусмотрена унификация отдельных узлов различных аппаратов с целью упрощения изготовления их в заводских условиях. Принят принцип разбивки конструкции на блоки, из которых могут быть составлен КТАНы различных топоразмеров. Блоки активной насадки КТАН-0,25 УГ и КТАН-0,8 УГ позволяют образовать необходимую поверхность нагрева; путем удваивания составляется поверхность нагрева соответственно для КТАН-0,5 УГ и КТАН-1,5 УГ.

Блок активной насадки представляет собой трубный пучок с шахматным расположением труб, которые крепятся в трубной доске на сварке. Для изменения направления движения нагреваемой воды при прохождении через насадку с внешней стороны к трубной доске привариваются коллекторы.

Активная насадка является одноходовой со стороны уходящих газов и многоходовой со стороны нагреваемой воды. Количество ходов по нагре-

ваемой воде в одном блоке в зависимости от его размеров изменяется от 10 до 22.

Для КТАНов с теплопроизводительностью до 2,3 МВт активная насадка состоит из одного или двух блоков, поверхность нагрева которых разбита на две части: нижняя рассчитана на подогрев исходной воды от 5 до 20 "С, а верхняя — химочищенной воды с 20 до 50 "С. Площадь поверхности нагрева верхней части блока относится к нижней части как 5/8 к 3/8. Для КТАНов теплопроизводительностью 2,3 МВт и выше в целях унификации модульные блоки располагают в два ряда по высоте, что обеспечивает возможность подачи в нижние блоки исходной воды, а в верхние - химочищенной воды [2,9,11].

Количество блоков по ширине КТАНа (в горизонтальном ряду) принимают в зависимости от теплопроизводительности: для КТАН-2,3 УГ - два блока; КТАН-4,5 УГ - три блока; КТАН-6 УГ - четыре блока и для КТАН-12 УГ -восемь блоков.

Блок имеет следующие геометрические размеры: ширина 582 мм, высота 576 мм, длина 2380 мм, число трубок 100 штук; диаметр и толщина трубок - 32x2 мм; площадь поверхности нагрева 22,6 м2.

Размеры орошающей камеры в плане совпадают с размерами активной насадки. Внутри камеры расположены водяные коллекторы с форсунками.

Принцип конструирования орошающей камеры так же, как и активной насадки, является блочным. Для блока системы орошения применяются угловые с тангенциальным входом воды форсунки типа У-1, которые при диаметре выходного отверстия 6 мм в зависимости от давления воды создают необходимое распыление.

Для отделения капельной влаги от дымовых газов использован двухступенчатый сепаратор. В качестве первой ступени используется коленный сепаратор, где капельная вода из газа сепарируется под действием центробежных сил и, двигаясь по вогнутым поверхностям лопаток, стекает в латки, откуда отводится в сливной патрубок. В качестве второй ступени используется вертикальный жалюзийный сепаратор, принцип действия которого основан на инерционном способе каплеулавливания. Сепаратор представляет собой изогнутые жалюзийные каналы с углом раскрытия 120°. При изменении направления движения газового потока с помощью жалюзи капли под действием инерционной силы движутся в прежнем направлении и выделяются из газового потока. Для капель с диаметром >50 мкм эффективность каплеулови-теля около 100 % [12,19].