Штокман Е.А. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности
Подождите немного. Документ загружается.
Рис. 5.14. Схемы соединения многоходовых калориферов: а — параллельное; б — последовательное.
Рис. 5.15. Последовательное соединение одноходо-вых калориферов по воде.
Одноходовые воздухонагреватели, устанавливаемые в вертикальной плоскости друг над другом и соединенные последовательно по воде, должны быть
расположены таким образом, чтобы длина соединяющих калачей была минимальной. С этой целью присоединенные штуцеры соседних
теплообменников располагают рядом (рис. 5.15).
Воздухонагреватели, работающие на паре и горячей воде,
должны находиться на расстоянии не менее 0,1 м от сгораемых ограждающих конструкций и
материалов.
Трубопроводы, по которым теплоноситель поступает в воздухонагревательные установки, нецелесообразно совмещать с трубопроводами другого
назначения (отопление с местными нагревательными приборами, воздушные завесы, горячее водоснабжение, производственные паропроводы, другие
периодически работающие системы и установки). В общую систему рекомендуется объединять воздухонагреватели систем
вентиляции, установок
кондиционирования воздуха и воздушного отопления (см. СНиП 2.04.05-91*) [1].
Трубопроводы, присоединяемые к теплообменникам, должны иметь уклон:
— для пара — не менее 0,005;
— для конденсата и воды — не менее 0,003.
Направление уклона должно способствовать удалению воздуха из системы и стоку конденсата.
На подающем трубопроводе перед воздухонагревательной установкой и на обратном трубопроводе после нее должна быть предусмотрена запорная и
регулирующая арматура, которая обеспечивает в
необходимых случаях отключение установки и регулирование расхода теплоносителя. Рекомендуется
регулирующую арматуру для воздухонагревателей устанавливать на обратном трубопроводе, так как арматура работает надежнее при пониженной
температуре.
В верхней части обвязочных трубопроводов должен находиться вентиль для выпуска воздуха. При установке воздухонагревателей большими группами
для сбора и автоматического отвода воздуха устанавливают вертикальные воздухосборники.
В низких точках обвязочных трубопроводов для
воздухонагревателей с теплоносителем водой должны быть предусмотрены устройства для спуска воды (пробочные краны, тройники с пробками).
Количество их должно быть минимальным, но достаточным для опорожнения от воды всех теплообменников и участков обвязочных трубопроводов.
Подающие и обратные трубопроводы воздухонагревательных установок должны иметь тепловую изоляцию.
Подбор воздухонагревательных
установок
Расчет и конструирование воздухонагревательной установки сводится к определению необходимой площади теплоотдающей поверхности, числа
теплообменников и варианта их компоновки, а также способа подключения к теплопроводам теплоносителя. Также необходимо получить
сопротивление проходу воздуха через воздухонагреватель я теплоносителя по трубам, необходимое для аэродинамических и гидравлических расчетов
системы.
Расчет воздухонагревателей выполняется в следующем
порядке:
1. Задаваясь массовой скоростью воздуха Vp кг/(м
2
-с), определяют полную площадь фронтального сечения, м, теплообменников (калориферов) по
воздуху:
f
1
=G/V
p
, (5.12)1
где G — расход нагреваемого воздуха, кг/с.
2. Пользуясь техническими данными о воздухонагревателях [10] И исходя из необходимой площади фронтального сечения f
1
подбираем номер и число
устанавливаемых параллельно теплообменников и находим действительную площадь их фронтального сечения f.
При подборе воздухонагревателей необходимо стремиться к тому, чтобы число их было минимальным.
3. Определяем действительную массовую скорость воздуха в калориферах:
Vp = G/f. (5.13)
При теплоносителе воде, проходящей через каждый воздухонагреватель воды, м
3
/с, вычисляем по формуле:
(5.14)
где Q — расход теплоты на нагревание воздуха, Вт;
t
гор
и t
обр
— температура воды на входе в воздухонагреватель и на выходе из него, °С;
п — число теплообменников, параллельно включаемых по теплоносителю. Находим скорость воды, м/с, в трубках теплообменников
w = С
воды
/ f
тp
. (5.15)
где f
тp
— живое сечение трубок теплообменников для прохода воды, м.
Имея значения массовой скорости Vp и скорости воды, по таблицам [10] находим значение коэффициента теплопередачи воздухонагревателя К,
Вт/(м
2.0
С). При теплоносителе паре значение коэффициента теплопередачи определяется только по массовой скорости.
4. Рассчитываем необходимую площадь поверхности нагрева воздухонагревательной установки, м
2
:
(5.16)
где t
cp
— средняя температура теплоносителя, °С;
t
H
— начальная температура нагреваемого воздуха, °С; t
K
— конечная температура нагреваемого воздуха, °С. Средняя температура теплоносителя, °С:
— при теплоносителе воде
t
ср
= (t
roh
+
t
обр
) / 2;
— при насыщенном паре давлением до 0,03 МПа t
cp
= 100 °С;
— при насыщенном паре давлением свыше 0,03 МПа t
cp
= t пара,
где t пара — температура насыщенного пара, соответствующая его Давлению.
5. Определяем число устанавливаемых воздухонагревателей:
(5.17)
где F
B
— площадь поверхности нагрева одного воздухонагревателя выбранной модели.
Округляем число теплообменников до кратного числа их в первом ряду п, находим действительную площадь поверхности нагрева установки, м
2
: F
y
= F
B
х n.
Тепловой поток принятого воздухонагревателя не должен превышать расчетный более чем на 10%. Избыточный тепловой поток воздухонагревателя
(5.18)
Если избыточный тепловой поток превышает расчетный более чем на 10%, следует принять другую модель или номер воздухонагревате^ ля и
произвести повторный расчет.
Аэродинамическое сопротивление воздухонагревательной установ! ки определяем по таблицам [10] по массовой скорости воздуха.
Гидравлическое сопротивление воздухонагревательной установки находим по формуле, предложенной ВНИИкондиционером:
где ΔР
ω
— гидравлическое сопротивление воздухонагревателя, Па;
f
ω
— площадь среднего сечения для прохода теплоносителя, м
2
f
п
— площадь сечения патрубка, м
2
;
f
K
— площадь сечения коллектора, м
2
;
n — число ходов по теплоносителю;
l — длина трубки в одном ходе;
d — внутренний диаметр трубки, м. В [10] приведены таблицы для расчета гидравлического сопротивя ления воздухонагревателей различных типов:
Для определения сопротивления воздухонагревательной установки необходимо сопротивление теплообменника умножить на число теплообменников,
соединенных последовательно по воде.
Коэффициент запаса на сопротивление по воздуху — 1,1, на сопротивление по воде — 1,2.
Пример
Подобрать воздухонагревательную установку для приточной вентиляционной системы производственного помещения. В здании предусматривается
воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией. Вентиляция общеобменная, вычисляемая по расчетным
параметрам наружного воздуха
для холодного периода года. Возмещение теплопотерь помещения осуществляется за счет перегрева воздуха.
Расход нагреваемого воздуха L=20000 м
3
/ч. Расчетная температура наружного воздуха t
H
= -22 °C; температура в рабочей зоне помещения t
p.з.
= 18 °С;
G = Lp
lB
= 20000 х 1,213 = 24260 кг/ч.
Максимальный расход теплоты на отопление 62000 Вт. Теплоноситель — вода с параметрами t
гop
=150 °C, t
oбp
=70 °C. Решение
1. Определяем максимальный расход теплоты на вентиляцию: Q
B
= 24260 х 0,28 (18 + 22) = 271,710 Вт.
2. Общий максимальный расход теплоты Q = 271710 + 62000 = 333710 Вт.
3. Вычисляем условную конечную температуру приточного воздуха:
t
K
= 18 + (62000 / 24260-0,28) = 27,1 °С.
4. Задаемся массовой скоростью воздуха во фронтальном сечении V
p
=6 кг/(м
2
с) и определяем по формуле (5.12) необходимую площадь фронтального
сечения установки воздухонагревателей по воздуху
f
l
= 24260 / (3600 х 6) = 1,12 м
2
. Устанавливаем два калорифера КС
к
З-10-02АХЛЗ. Определяем действительную площадь фронтального сечения [10] f =
0,581 х 2= 1,162 м
2
.
5. Находим действительную массовую скорость воздуха во фронтальном сечении воздухонагревателей
V
p
= 24260 / (3600 х 1,162) = 5,80 кг/(м
2
с).
6. По формуле (5.14) вычисляем расход воды, проходящей через каждый водонагреватель
Своды = 333710 / (4,19 х 10
6
х (150 - 70) х 2) = 0,000497 м
3
/с.
7. Определяем скорость воды в трубках теплообменников по зависимости (5.15)
W = 0,000497 / 0,000846 = 0,59 м/с.
8. Путем интерполирования значений V
p
и W по [10] находим коэффициент теплопередачи воздухонагревателя
К = 57,8 Вт/(м
2.0
С).
9. Вычисляем необходимую площадь поверхности нагрева установ| ки по формуле (5.16)
F'
y
= 333710 / [57,8 ((150 + 70) / 2) - (-22 + 27,1) / 2] = 53,73 м
2
.
10. По выражению (5.17) устанавливаем количество воздухона-i гревателей п' = 53,73 / 28,66 = 1,87.
Принимаем два воздухонагревателя общей площадью поверхности нагрева 28,66 х 2 = 57,32 м
2
.
11. Определяем процент избыточного теплового потока, создаваем мого воздухонагревательной установкой, по сравнению с требуемым расходом
теплоты
12. По массовой скорости воздуха во фронтальном сечении воздухонагревателей V
p
= 5,80 кг/(м
2
с) определяем аэродинамическое coпротивление
установленных теплообменников по [10]. Путем интерполирования ΔР
а
= 151,76 кПа.
По скорости движения воды в трубках теплообменников по [10] находим гидравлическое сопротивление воздухонагревателя ΔP
ω
= 5,72 кПа.
Пример
Подобрать воздухонагревательную установку для приточной вентиляционной камеры производственного помещения, работающей с перегревом воздуха
(для отопления). Расход нагреваемого воздуха G= 12000 кг/ч. Максимальный расход теплоты на отопление Q=76000 Вт.
Расчетная температура наружного воздуха t
H
= -32 °С; температура в рабочей зоне помещения t
p.з
=16 °C.
Теплоноситель — насыщенный пар с избыточным давлением 0,4 МПа (температура пара t
п
=151 °C). Решение
1. Определяем максимальный расход теплоты на вентиляцию
Q
B
= 12000 х 0,28 х (16 + 32) = 161280 Вт.
2. Общин максимальный расход теплоты Q = 161280 + 76000 = 237280 Вт.
3. Вычисляем условную конечную температуру приточного воздуха t
K
= 16 + [76000/(12000 x 0,28)] = 38,6 °С.
4. Задаемся массовой скоростью воздуха во фронтальном сечении V
p
= 6,0 кг/(м -с) и определяем по формуле (5.12) необходимую площадь
фронтального сечения воздухонагревателей по воздуху
f, = 12000 / (3600 х 6) = 0,56 м
2
.
Устанавливаем калорифер КП310-СК-01АУЗ (калориферы КПЗ-СК — одноходовые, использующие в качестве теплоносителя насыщенный пар). f=
0,581м
2
(см. [10]).
5. Определяем действительную массовую скорость воздуха во фронтальном сечении воздухонагревателя
V
p
= 12000 / (3600 х 0,581) - 5,74 кг/(м
2
-с).
6. По массовой скорости воздуха [10] путем интерполирования значений V находим коэффициент теплопередачи воздухонагревателя
К = 61,0Вт/(м
2.0
С).
7. Определяем необходимую площадь поверхности нагрева установки по формуле (5.16)
F = 237280 / [61,0 (151,1 - (-28 + 38,6) / 2)] = 26,67 м
2
.
В данном случае насыщенный пар давлением свыше 0,03 МПа, поэтому в качестве средней температуры теплоносителя принята температура пара,
соответствующая его давлению, т.е. 151,1 °С.
8. Определяем по выражению (5.17) необходимое число устанавливаемых калориферов
п' = 26,67/28,66 = 0,93.
Принимаем один воздухонагреватель с площадью поверхности нагрева 28,66 м
2
[10].
9. Находим процент избыточного теплового потока, создаваемого воздухонагревательной установкой, по сравнению с требуемым расходом теплоты:
10. По массовой скорости воздуха во фронтальном сечении воздухонагревателя V
p
= 5,74 кг/(м•с) определяем аэродинамическое сопротивление
установленного теплообменника по [10]:
ΔР
а
= 149,46 Па.
5.3. Поверхностные воздухоохладители
Поверхностные воздухоохладители по своей конструкции аналогичны калориферам. В них обрабатываемый воздух проходит межд трубками.
Охлаждающая среда, отводящая от воздуха теплоту и поддерживающая температуру поверхности трубок на требуемом уровне, движется внутри
трубок. В качестве охлаждающей среды в поверхностных воздухоохладителях применяется холодная вода, растворы солей или жидкости, кипящие при
низкой температуре (аммиак, хладон-12, хладон-22 и др.).
В системах кондиционирования воздуха используются воздухоохладители, трубки которых имеют оребрение, выполненное из стали, меди или
алюминия.
Поверхностные воздухоохладители конструктивно отличаются от калориферов (размеры, шаг ребер и др.).
На рис. 5.16 показаны схемы выполнения поверхности воздухоохладителя с оребрением.
В практике кондиционирования воздуха используются неорошаемые и орошаемые воздухоохладители. В неорошаемых воздухоохладителях могут
осуществляться процессы обработки воздуха двух видов — охлаждение без изменения влагосодержания и охлаждение с осушкой. Если средняя
температура охлаждающей
поверхности t
пов.
cp
выше температуры точки росы t
p
воздуха, то происходит охлаждение воздуха без изменения
влагосодержания. На рис. 5.17, а показан процесс обработки воздуха на J-d-диаграмме (луч АВ).
Охлаждение воздуха с одновременным его осушением на величину Δd будет происходить, если средняя температура охлаждающей поверхности
воздухоохладителя будет ниже температуры точки росы воздуха.
Построение процесса обработки воздуха на J-d-диаграмме показано на
рис. 5.17, б. Осушение воздуха происходит за счет выпадения на рабочей
поверхности трубок воздухоохладителя конденсата из воздуха. В этом случае процесс обработки воздуха осуществляется в результате его контакта с
водой, стекающей по трубкам воздухоохладителя. Положение луча процесса АВ на поле J-d-диаграммы (рис. 5.17, б) зависит от температуры
поверхности трубок, времени контакта воздуха с
рабочей поверхностью воздухоохладителя и др. Практически линия АВ имеет отклонение от прямой
АС, зависящее от режима работы установки.
Орошение воздухоохладителей водой применяется для интенсификации тепловлагообмена.
Рис. 5.16. Поверхностные воздухоохладители со спирально-навивным (а), пластинчатым (б) и спирально-накатным (в) оребрением.
Рис. 5.17. Процесс обработки воздуха в поверхностных воздухоохладителях: а — охлаждение; б — охлаждение с осушением.
При относительно небольших количествах разбрызгиваемой воды (коэффициент орошения не более 1 кг/ кг) в орошаемых воздухоохладителях удается
значительно интенсифицировать процессы тепло- и влагообмена между воздухом и водой что позволяет снизить металлоемкость аппаратов и сделать
их более компактными. В орошаемых воздухоохладителях одновременно происходит очистка воздуха и наружной поверхности аппаратов от пыли, из
воздуха частично удаляются неприятные запахи.
Орошаемые воздухоохладители представляют собой обычные воздухоохладители, оборудованные дополнительно орошаемым устройством и
каплеуловителем (сепаратором). Движение между воздухом и водой может быть прямоточным, перекрестным и противоточным (рис. 5.18). При
прямоточном движении воздуха и воды орошающее устройство
располагают перед воздухоохладителем, при перекрестном и противоточном движении
— над ним. Поддон для сбора отработавшей воды устанавливается под воздухоохладителем. Вода из поддона к форсункам подается насосом. Для
предотвращения уноса капель разбрызгиваемой воды за воздухоохладителем устанавливается сепаратор-каплеуловитель.
Обычно для орошения воздухоохладителей используют форсунки грубого распыления воды с диаметром отверстия 5 мм. Давление
подаваемой к
форсункам воды (1,3-1,7) 10
5
Па.
В орошаемых воздухоохладителях можно получить те же процессы обработки воздуха, что и в камерах орошения. Для этого необходимо подавать в
трубки воздухоохладителя хладоноситель требуемой