книги из ГПНТБ / Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с

щается жидмм абсорбентом. Тепло, выделяющееся при погло­ щении, отводится водой, охлаждающей абсорбер.

Чаще всего на практике в абсорбционных установках исполь­ зуется бинарный раствор аммиака (хладагент) в воде (абсор­ бент). Однако, учитывая неблагоприятные свойства аммиака (см. п. 2, гл. II), вряд ли можно ожидать применения водо­ аммиачных установок для кондиционирования воздуха в горных

тически чистый хладагент. Так как температура кипения раство­ ра всегда выше температуры кипения чистой воды, то образую­ щийся в генераторе водяной пар перегрет.

Работу абсорбционных установок обычно исследуют с по­ мощью диаграмм энтальпия — концентрация соответствующего бинарного раствора. Подобная диаграмма для раствора броми­ стого лития и воды приведена в приложении VII. На этой диаграмме по оси абсцисс откладывается концентрация абсор­ бента в растворе. Жирная линия, ограничивающая справа рабо­ чую зону диаграммы, является границей зоны кристаллизации бромистого лития в растворе большой концентрации. В нижней части диаграммы нанесены линии кипения раствора при раз­ личных давлениях (сплошные кривые) и изотермы (пунктирные кривые). В верхней части диаграммы нанесены линии, опреде­ ляющие состояние перегретого водяного пара, находящегося в равновесии с кипящим раствором. Для того чтобы избежать отрицательных значений энтальпий раствора при составлении диаграммы, принято, что энтальпия чистой воды при 0° С равна 1 0 0 ккал/кг, а не нулю, как это обычно принимается при со­ ставлении диаграмм состояния водяного пара. Поэтому, если энтальпию водяного пара определять не по | — [-диаграмме рас­ твора, а например, по і — s-диаграмме или по таблицам свойств

ПО

2 . Рабочий процесс бромистолитиевой абсорбционной установки

Из I — і-диаграммы видно, что бромистолитиевая установка должна работать при давлениях, значительно меньших атмо­ сферного. Это позволяет, с одной стороны, снизить металло­ емкость установки, но с другой — усложняет ее эксплуатацию- из-за необходимости поддержания глубокого вакуума в аппа­ ратах.

Рис. 53. Бромистолитиевая установка:

а — схема; б — рабочий процесс

Обычно аппараты бромистолитиевой установки АХУ компо­ нуются в двух (иногда и в одном) барабанах. На рис. 53, а приведена схема установки.

В верхнем барабане 1 расположены генератор 2 и конден­ сатор 3, в нижнем барабане 4 абсорбер 5 и испаритель в. Хо­ лодная вода из испарителя подается к теплообменнику 7, откуда после подогрева вода вновь возвращается в испаритель. Реге­ неративный теплообменник (теплообменник растворов) 8 (также как в ПКХУ и ВХУ) предназначен для повышения эффектив­ ности работы установки.

Рабочий процесс установки, изображенный на диаграмме энтальпия — концентрация, показан на рис.. 53, б.

Образующийся в испарителе водяной пар (точка /)■ погло­ щается в абсорбере крепким (с большим содержанием LiBr) раствором. Процесс абсорбции идет при постоянном давлении

111

рециркуляцию раствора (возврат части раствора, выходящёго из аппарата, к форсункам). На схеме (см. рис. 53) рециркуляция в генераторе осуществляется за счет подачи части раствора, нагнетаемого насосом Я2, через регулировочный вентиль об­ ратно в генератор. В абсорбере рециркуляция раствора осу­ ществляется насосом Н3.

В результате рециркуляции раствора в генераторе происхо­ дит смешивание слабого раствора, поступающего из теплообмен­ ника, состояние которого определяется положением точки 3, с возвращающимся в аппарат крепким раствором, состояние •которого определяет точка 5. Точка, определяющая состояние раствора после смешивания, лежит на прямой, соединяющей точки 3 и 5 (на линии смешения), причем положение ее опре­ деляется соотношением масс смешиваемых растворов. Таким образом, при рециркуляции процесс в генераторе изображается линией 3'—4'—5, а не 3—4—5. Соответственно в абсорбер при рециркуляции поступает раствор, состояние которого будет опре­ деляться точкой 7', лежащей на прямой 2—7.

3. Расчет основных показателей работы установки

Исходными данными при расчете показателей работы броми­ столитиевой АХУ обычно являются: температуры греющей среды tT охлаждаемой среды /„.с и воды, охлаждающей абсор­ бер и конденсатор установки, t0. в.

По этим данным принимают температуру воды в конденса­ торе

давления насыщения ра и рк. Затем, по 1 — /-диаграмме находят параметры раствора после абсорбера £с и і% (определив поло­ жение точки 2 на пересечении изобары ри и изотермы h) (см. рис. 53, б) и после генератора | 1{ и і5 (определив положение точки 5 на пересечении изобары рк и изотермы /5 ).

Основными показателями работы установки являются: холо­ дильная мощность (холодопроизводительность), расход грею­ щего тепла в генераторе (тепловая мощность генератора) и1

коэффициент использования тепла, определяющий эффектив­ ность работы установки.

Холодильная мощность установки обычно задается при про­ ектировании.

Необходимая тепловая мощность генератора определяется исходя из уравнения материального и энергетического баланса этого аппарата. При отсутствии рециркуляции раствора урав­ нение материального баланса генератора по хладагенту (воде) имеет вид1

где Мл — массовый расход слабого раствора, поступающего из абсорбера в генератор, кг/сек;

Л4К — массовый расход крепкого раствора, отводимого из генератора, кг/сек;

Л4П — количество пара, образующегося в генераторе за еди­ ницу времени, кг/сек.

Решая совместно эти уравнения, получим кратность цирку­

Величина, стоящая в знаменателе уравнения (І42), представ­ ляет собой так называемую зону дегазации. Для устойчивой работы АХУ необходимо, чтобы зона дегазации была достаточно большой. В бромистолитиевых установках минимальное значе­ ние зоны дегазации равно 0,05.

Уравнение энергетического баланса генератора может быть

Разделив обе части уравнения на расход пара й учитывая (140),

114

где qnr — удельный расход тепла в генераторе (на 1 кг выра­

батываемого пара), кдж/кг; /'б и і5 — соответственно энтальпия пара и крепкого раство­

ра, уходящих из генератора, кдж/кг; і'з — энтальпия слабого раствора, поступающего в гене­

ратор, кдж/кг.

Чтобы определить энтальпию слабого раствора, необходимо рассмотреть удельную тепловую нагрузку теплообменника рас­ творов.

по диаграмме, зная t7 (см. рис. 53,6) и концентрацию крепкого раствора, определяется положение точки 7 и соответствующая энтальпия і7 раствора после ТР.

Тогда удельная тепловая нагрузка теплообменника, опреде­ ляемая совместным решением уравнений материального и энер­ гетического баланса аппарата подобно тому, как это было сде­ лано выше для генератора, равна

где А — энтальпия сухого насыщенного пара при давлении ря, определяемая положением точки 1.

Решая совместно уравнения материального и энергетического баланса абсорбера, получаем величину удельного тепла аб­ сорбции

Правильность расчета тепловых нагрузок аппаратов уста­ новки можно проверить, составив уравнение ее теплового ба­ ланса

Ѵ«5* 1І5

Необходимый расход воды в контуре установки

Расход бромистого лития

(154)

Эффективность работы АХУ определяется отношением холо­ дильной мощности ее к тепловой мощности, подводимой к гене­ ратору, — тепловым коэффициентом

(155)

При наличии рециркуляции раствора в генераторе и абсор­ бере задаются концентрацией раствора на входе в генератор из условия

Отношение удельных подач раствора в генератор при ре­ циркуляции и без нее определяется исходя из материального баланса абсорбента при смешивании крепкого и слабого рас­ творов перед генератором:

^ с Б с + -^р Бк = ( ^ с + М р) Бг-

Отсюда количество крепкого раствора, возвращающегося в генератор, приходящееся на 1 кг пара, получаемого в этом аппарате,

Соответствующее соотношение для абсорбера

( 160)

.116

Так как рециркуляция раствора в генераторе и абсорбере практически не меняет энергетический баланс этих аппаратов, то удельные тепловые нагрузки их могут быть рассчитаны по формулам (145) и (151), остальные величины определяются так же, как и при отсутствии рециркуляции.

наченной для утилизации тепла, отводимого от сжатого воздуха в турбо­

ность установки АБХА-2500 при этих параметрах, согласно характеристике

находим точки 2 и 5 и определяем параметры крепкого и слабого растворов: gl; = 0,622; і'г,= 82,6 ккал/кг=346 кдж/кг; | с = 0,547; 4=58,9 ккал/кг= = 246 кдж/кг.

Для нормальной работы бромистолитиевой установки зона дегазации

Соответствующее соотношение для абсорбера согласно (160)

0,622 — 0,547

=0,610 — 0,547 = 1 ’1Э-

Кратность циркуляции раствора по (142)

0,622

Согласно (146) принимаем температуру крепкого раствора после тепло­ обменника (температура 4=44° С)

/, = 3 0 + 15 = 45° С.

Энтальпия пара, выходящего из генератора, определяется по средней температуре раствора в этом аппарате. Начальная температура кипящего ра­ створа в генераторе определяется по диаграмме, она соответствует темпера­

туре точки пересечения линии концентрации £г=0,56 и изобары рк — t\ =68° С,

Энтальпия кипящей воды при температуре конденсации определяется положением точки на оси ординат диаграммы, соответствующей температу­

ре 35° С: і 6 =135 ккал/кг=566 кдж/кг. Удельное тепло конденсации по (149)

£?" = 3060 — 566 = 2494 кдж/кг.

Удельная холодопроизводнтелыюсть установки (150)

= 2920 — 566 = 2354 кдж/кг.

Проверяем тепловой баланс установки по (152):

3071 + 2354 = 2915 + 2494.

Точность вполне удовлетворительная. Тепловой коэффициент цикла

Необходимый расход воды в контуре установки по (153)

1630 Мх = 0,69 кг/сек.

2354

Тепловая мощность, подводимая к генератору,

1630

= 0~77 = 2120 КВТ‘

Необходимый расход греющей воды при изменении ее температуры в генераторе на 10° (теплоемкость воды 4,19 кдж/кг)

2120

= 50,6 кг/сек, или 182 м3/ч.

4,19-10

118

4.Конструкция элементов бромистолитиевых установок

иих нормальная эксплуатация

Для установок этого типа характерно расположение всех аппаратов в двух или одном корпусе.

На рис. 54, а показана конструкция верхнего барабана бро­ мистолитиевой холодильной установки холодильной мощностью около 3000 квт [17]. В корпусе 3 размещены теплопередающие поверхности генератора (кипятильника) 1 и конденсатора 2. Боковые стенки и низ конденсатора отделены от генератора фигурной стенкой (корытом). Пары воды, образующиеся при кипении водного раствора бромистого лития в генераторе, обте­ кают корыто и конденсируются на стенках трубок конденсатора, по которым циркулирует охлаждающая вода. Образовавшийся конденсат отводится из нижней части корыта.

Генератор затопленного типа находится в нижней части кор­ пуса. Слабый раствор подается в верхнюю часть аппарата, крепкий раствор отводится снизу. Внутри трубок 1 протекает греющий пар или вода. Бараба^ с торцов закрыт водяными и паровыми крышками.

В нижнем барабане установки (рис. 54,6) в общем кор­ пусе 4 находятся абсорбер' 2 и испаритель открытого типа 3. Технологическая (охлаждаемая) вода поступает в верхнюю часть барабана через коллектор 5, от которого отходят четыре патрубка 6. Из патрубков вода сливается в карманы открытого испарителя. Температура поступающей воды выше температуры насыщения, соответствующей давлению в барабане, поэтому происходит испарение и охлаждение воды. Образующийся пар отсасывается через окна абсорбера, а охлажденная вода соби­ рается в нижней части карманов, откуда она через сливные патрубки поступает в общий коллектор 7 и затем насосом по­ дается потребителям.

Абсорбер пленочного типа расположен в нижней части бара­ бана. Крепкий раствор подводится к разбрызгивающему устрой­ ству (оросителю) аппарата 1. Оросительные отверстия разбрыз­ гивающего устройства расположены так, чтобы обеспечить орошение раствором всей поверхности труб, по которым цирку­ лирует охлаждающая вода. Из нижней части абсорбера произ­ водится отсос воздуха вакуум-насосом. Слабый раствор сливается через патрубок 8, расположенный в нижней части барабана.

Нормальная эксплуатация установки состоит из трех харак­

раствора в генераторе нормальный. Если вакуум ниже нормы, включают вакуум-насос соответствующего 'аппарата. Затем

5* 119