Раздел 5. Отвод теплоты в окружающую среду

Лекция 1. Сравнение различных систем отвода теплоты

Теплота конденсации хладагента в каждой холодильной машине должна быть передана О.С. – воде, грунту или атмосферному возду­ху – самым дешевым теплоприемникам, обладающим практически неогра­ниченной теплоемкостью.

Применение охлаждающей среды должно технико-экономически обосновываться. Однако раньше долгое время считалось, что более целе­сообразно из-за условий компактности конденсаторы крупных и средних Х.У. охлаждать водой.

При использовании воды возможны две системы водоснабжения: прямоточная (разомкнутая система, рис.23) и оборотное водоснабжение цир­куляционной водой (замкнутая система, рис.24).

Первая система применяется при низкой стоимости воды (например, морская вода в рефрижераторе на судне) или при низкой температуре воды (например, артезианская вода, температура которой t = 9…12 ⁰С).

Её достоинства:

- простота и малые затраты на оборудование (используются только подво- дящие и отводящие магистрали и насос).

Недостатки:

- содержит большое количество растворенных солей, вызывающих повы­шенную коррозию (например, морская вода, местная артезианская);

- отработанная вода требует очистки перед сбросом по санитарным нор-мам (например, при хладоснабжении химических предприятий);

- при использовании водопроводной воды – высокая стоимость (за воду приходится платить существенно больше, чем за электроэнергию).

Рис. 23. Прямоточная система водоснабжения	Рис. 24. Система оборотного (замкнутого) водоснабжения

В системе оборотного водоснабжения (рис.24) вода используется многократно, так как она циркулирует по замкнутому кольцу и пе­ред повторным использованием охлаждается в атмосферном охладите­ле 1, отдавая окружающему воздуху теплоту, полученную в конденса­торе 2 (т. е. вода играет роль промежуточного теплоносителя между хладагентом и воздухом).

Систему оборотного водоснабжения используют:

- при высокой стоимости воды;

- при загрязнении воды в источнике водоснабжения;

- при загрязнении воды на предприятии, если есть препятствие ее возврату в источник водоснабжения;

- при высокой жесткости воды;

- при недостаточном дебите источника водоснабжения.

Обычно температура воды, поступающей в конденсатор после охлаж­дения в атмосферном охладителе, несколько выше температуры во­ды из естественных водоемов. В связи с этим и расчетное давление конденсации, принимаемое при проектировании холодильных установок, должно быть вы­ше. Это повышает энергетические затраты, однако стои­мость оборотной воды на порядок ниже проточной. Если все же приходится использовать загрязненную или жесткую (например, морскую) воду, то возможно применение двухконтурной систе­мы (рис. 25)

Рис. 25. Двухконтурная система водоснабжения

В первом замкнутом контуре с помощью насоса циркулирует чистая вода, охлаждающая конденсатор 1. С помощью насоса 4 воду подают в разомкнутый контур. Циркуляционная вода охлаждается в теплообмен- нике 3 (он может быть пластинчатого типа, который лег­ко разбирается и очищается).

В последние годы наблюдается рост недостатка пресной воды, в то время как производство электроэнергии возрастает. Кроме того, резко возросли выбросы загрязненной воды после ее эксплуатации на предприятиях нефтехимии. Поэтому появился интерес к конденса­торам воздушного охлаждения, в том числе и на установках большой производительности.

Современные технологии позволяют создавать конденсаторы воздуш- ного охлаждения (КВО) со степенью оребрения наружной поверхности до 22 %. Поверхность одного аппарата до­стигает величин 10 ... 12 тыс. кв. м.

Основной недостаток использования КВО – это повышенное значе­ние температуры конденсации в летний период. Однако на сегодняшний день промышленностью уже освоен выпуск компрессоров с температурой конденсации до 45 ^оС (например, АО 1200 П и все винтовые компрес- сорные агрегаты). Поло­жительные стороны применения КВО:

1. Резкое уменьшение расхода производственной воды.

2. Устраняется необходимость в сооружении охладителей воды, насос­ных станций, прокладки трубопроводов для воды (с учетом этого ме­таллоемкость воздушного охлаждения приближается к водяному).

3. С учетом п. 2 снижается площадь территории предприятия на кон­денсаторное и связанное с ним оборудование (по данным функциони­рования заводов СК от 15 % до 3 % заводской тер- ритории).

4. Отсутствует сброс загрязненной воды.

5. Снижается объем ремонтных работ из-за резкого уменьшения коррозии конденсаторов и объема работ по очистке их от загрязнений.

6. В отдельных случаях снижается потребление электроэнергии (например, при круглогодичной эксплуатации в районах с резко-континентальным климатом и суровой зимой).

Лекция 2. Конструкции охладителей циркуляционной воды

Конструкции таких охладителей логично разделять на охлаждающие пруды, которые для увеличения производительности должны развиваться по площади, и градирни, ко­торые имеют форму башни и могут увеличиваться не только по площади, но и в высоту.

Охлаждающие пруды (или брызгальные бассейны) – искусственные водоемы (пруды), над поверхностью которых при по­мощи форсунок разбрызгивается вода (рис. 26). Основной охлаждающий эффект – сопри- косновение мелких капель с воздухом и их испарение. Поддон – резер­вуар из бетона глубиной до 1 м. В плане – прямоугольник с ориентацией большей стороны перпендикулярно к господствующему направлению ветра летом. Форсунки – над поверхностью воды с отверстиями вверх. По периферии жалюзи – для меньшего уноса воды. Распределительные трубы с уклоном 1 %, в тупиковом конце – заглушка с отверстием 10... 15 мм. для постоянной промывки и предотвращения замерзания зимой.

Рис. 26. Брызгальный бассейн

Плотность теплового потока

Q_F = 1,8 – 4,7 кВт/м².

Градирни классифицируются:

1. По способу подвода воздуха:

1. с естественным движением воздуха;

2. с принудительным движением воздуха.

В первой группе различают открытые градирни – движение воздуха создается силой ветра, и закрытые – градирни большой высоты, соз­дается естественная тяга.

Рис. 27. Вентиляторные градирни

Вторая группа – вентиляторные – характеризуются принудительным движением воздуха, который может нагнетаться (рис. 27, а) или отводиться (рис.27, б).

Последний способ более предпочтителен.

Достоинства:

- более равномерная скорость по сечению охладителя;

- большая скорость выбрасывания – меньше рециркуляция.

1. По типу оросителя (насадок) (которые предназначены для увеличения поверхности контакта капель воды и воздуха) различают:

а) Открытые брызгальные – близки к брызгальному бассейну, но развиты в высоту. Форсунки на высоте до четырех метров с направлением форсунок вниз (по сравнению с брызгальными бассейнами увеличивается время контакта с воздухом):

q_F = 6 – 16 кВт/м²

Имеется жалюзийное ограждение.

б) Закрытые плёночные – башни высотой до 15 метров. В верхней части – водосборный бассейн (поддон), откуда вода поступает в распредели- тельное устройство, а из него – в оросительные насадки, заполняющие весь объём градирни. Оросительное устройство имеет 8…12 ярусов по высоте каркаса, выполненного из деревянных или пластмассовых брусков. В такой конструкции вода многократно разбрызгивается на капли, многократно меняет скорость и направление – всё это позволяет более эффективно использовать увеличение времени пребывания капель воды в контакте с воздухом:

q_F = 7…23 кВт/м².

Открытые брызгальные и закрытые плёночные градирни обычно выполняются с естественным движением воздуха.

Плёночные градирни (вентиляционные) отличаются от предыдущих тем, что форсунки орошают насадки (деревянные, асбоцементные или пластмассовые), выполненные в виде вертикальных щитов, по поверх- ности которых вода стекает тонкой пленкой (рис. 28).

Воздух движется между щитами при помощи вентилятора:

q_F = 12…35 кВт/м².

Рис. 28. Пленочная вентиляторная градирня	Рис. 29. Градирня с капиллярной насадкой

Вода поступает в перфорированную трубу 1, которая вращается вокруг вертикальной оси благодаря реактивному действию струи во­ды, вытека- ющей из отверстий (создается более равномерное ороше­ние).

Насадки – вертикальные тонкие листы пластмассы или алюминиевой фольги с зазором 2...5 мм. Площадь поверхности такой насадки 1 ед. объема составляет 500 – 600 кв. м/куб. м – отсюда высокая компактность, при­мерно до 5 раз размеры меньше, чем у щитовых насадок:

q_F ≈ 35…58 кВт/м².

Тепловой расчет охладителей будет рассмотрен на практичес­ких занятиях.