Штокман Е.А. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности
Подождите немного. Документ загружается.
Рис. 5.18. Принципиальные схемы орошаемых поверхностных воздухоохладителей при прямоточном (а), перекрестном (б) и противоточном (в)
движении воздуха и воды: 1 — орошающее устройство; 2 — воздухоохладитель; 3 — сепаратор-каплеуловитель; 4 — поддон; 5 — насос.
температуры. При необходимости получения адиабатного процесса подача хладоносителя в воздухоохладитель не производится
5.4. Устройства контактного типа для термовлажностной обработки воздуха
В системах кондиционирования широко применяются устройства
контактного типа, в которых непосредственно осуществляется контакт воздуха с
тепло- или влагопередающей средой. В таких устройствах в качестве тепло- и влагопередающей среды наиболее часто используют воду. Кроме того,
для этих целей можно применять водяной насыщенный пар, растворы хлористого лития и хлористого кальция, адсорбенты.
Наибольшее распространение в качестве устройств контактного типа
получили камеры орошения, обработка воздуха в которых осуществляется водой,
разбрызгиваемой форсунками.
Камеры орошения предназначены для охлаждения, нагревания, увлажнения и осушения воздуха разбрызгиваемой водой.
В зависимости от направления движения воздушного потока различают горизонтальные и вертикальные камеры орошения. В настоящее время
наибольшее распространение получили горизонтальные камеры.
Горизонтальная камера орошения (рис. 5.19) состоит из корпуса
, водораспределительных трубопроводов с форсунками, фильтра для воды, поддона и
сепараторов (каплеуловителей).
Дождевое пространство в камере создается посредством распыления воды форсунками. Форсунки в шахматном порядке установлены на стояках,
присоединенных к коллекторам.
Под дождевым пространством находится поддон, уровень воды в котором регулируется шаровым клапаном, имеется также переливное устройство.
Вода, подаваемая в камеру,
очищается в водяном фильтре.
На входе и на выходе из камеры устанавливаются сепараторы (рис. 5.20), которые служат для задержания капель воды, находящихся в воздухе в
нерастворенном состоянии. В сепараторе на входе происходит также выравнивание потока воздуха.
Сепараторы состоят из пластин из нержавеющей листовой или оцинкованной стали. Угол поворота пластин — 30-45°. Расстояние между пластинами —
25-50 мм. В сепараторе при выходе из камеры обычно устанавливают более широкие пластины и с большим числом поворотов. Капли воды,
осаждающиеся на поверхности сепаратора, стекают в поддон камеры.
Рис. 5.19. Горизонтальная камера орошения: а — схема; б — общий вид:
1 — насос; 2 — перелив; 3 — воздух; 4 — сепараторы-каплеуловители; 5 — форсунки; 6 — фильтр для воды; 7 — отвод воды к насосу; 8 — подвод
воды к шаровому клапану; 9 — слив воды; 10 — подвод воды к форсункам; 11 — дверца; 12 — светильник; 13 — поддон.
Рис. 5.20. Сепараторы в камере орошения: 1 — штыри; 2 — пластины; 3 — несущая планка.
Количество рядов форсунок, размещенных последовательно по ходу движения воздуха, равно одному, двум или трем для горизонтальных камер и
одному для вертикальных. В каждом ряду форсунки располагают так, чтобы факелы распыла перекрывали все поперечное сечение камеры. Вода,
подаваемая из форсунок под давлением,
образует факелы, имеющие различный угол распыления в зависимости от давления разбрызгиваемой воды,
диаметра выходного отверстия и конструкции форсунок.
В горизонтальных камерах направление факелов, образуемых форсунками первого ряда, всегда соответствует направлению движения воздуха. Факелы
форсунок второго и третьего рядов направлены в сторону, противоположную движению воздуха. В вертикальных камерах движение воздуха и воды
противоточное: факелы воды движутся сверху вниз, а воздух движется снизу вверх.
В настоящее время для разбрызгивания воды наиболее часто применяют угловые (тангенциальные) латунные форсунки или форсунки с капроновым
корпусом и латунным вкладышем (рис. 5.21).
Рис. 5.21. Угловая (тангенциальная) форсунка.
Для обеспечения более полного распыления воды форсункой применяют предварительное закручивание струи. С этой целью ось канала
рассматриваемой форсунки несколько смещена относительно центра ее камеры.
В таких форсунках осуществляется поступательно-вращательное движение воды, в результате чего образуются факелы, позволяющие получить
значительную поверхность контакта воздуха с водой.
В
зависимости от диаметра выходного отверстия различают форсунки тонкого, среднего и грубого распыления воды.
Форсунки тонкого и среднего распыления воды (диаметр выходного отверстия до 3,0-3,5 мм) применяют при адиабатных процессах обработки воздуха,
так как при этих процессах необходимо обеспечить по возможности большую поверхность контакта воздуха с разбрызгиваемой водой. Давление
подаваемой воды (2-3)10
5
Па.
Рис. 5.22. Широкофакельная форсунка
ШФ 9/5: 1 — пластмассовый корпус форсунки с входным каналом диаметром 5 мм; 2 — пластмассовая пробка с выходным отверстием диаметром 9 мм.
форсунки грубого распыления воды (диаметр выходного отверстия 4,0-5,0 мм и более) используют при политропных процессах. Давление воды
составляет (1,5-2,0)10
5
Па.
В нашей стране в конструкциях камер орошения применяются широкофакельные форсунки типа ШФ 9/5 (рис. 5.22). Указанные форсунки с диаметром
выходного отверстия 9 мм при давлениях воды 150-250 кПа обеспечивают преобладание в факеле капель крупного размера, что особенно важно для
процессов охлаждения и осушения воздуха. В работах Е. В. Стефанова и других указано, что наличие капель мелкого размера в факеле форсунок
приводит к снижению результатов осушки воздуха. Это происходит вследствие того, что мелкие капли быстро нагреваются и достигают температуры
мокрого термометра, что приводит к их испарению. Поэтому для процессов охлаждения и осушения воздуха рекомендуется применять форсунки, в
факеле которых преобладают капли крупного размера (1-2 мм).
В
таблице 5.3 приведена производительность одиночной широкофакельной форсунки ШФ 9/5 g
ф
(кг/ч) в зависимости от давления Р
ф
(кПа),
Выпускаемые промышленностью унифицированные камеры орошения имеют следующие конструктивные показатели (табл. 5.4). Аэродинамическое
сопротивление камеры при номинальной производительности по воздуху составляет 160 Па. На практике для выбора стандартных камер орошения при
различных режимах их работы используют данные производственных испытаний.
Таблица 5.3
Производительность широкофакельных форсунок
Р
ф
, кПа ' g
ф
, кг/ч Р
ф
, кПа g
ф
, кг/ч
20 132 80 350
25 170 90 370
30 205 100 395
35 220 110 410
40 235 120 420
45 250 130 430
50 260 140 440
55 270 150 450
60 280 170 480
65 290 200 510
70 305 220 530
75 315 250 570
Таблица 5.4
Конструктивные показатели камер орошения центральных кондиционеров КТЦ2
Конструктивные показатели
Номинальная производительность по воздуху, тыс. м
3
/ ч
Высота, мм Ширина, мм Длина, мм Число форсунок
10 1300 776 1800 54
20 1300 1536 1800 90
31,5 2003 1655 1800 135
40 2503 1655 1800 180
63 3405 2003 1800 297
80 3405 2503 1800 396
125 2405 4003 1800 594
В теплый период года наиболее ответственным является режим охлаждения при одновременном осушении воздуха. Для оценки эффективности этих
режимов можно пользоваться энтальпийным показателем процесса Θ
i
, который соответствует относительному перепаду энтальпий
тепломассообменивающихся сред (воздух — вода):
(5.19)
где J
1
и J
2
— начальное и конечное теплосодержание воздуха;
J
w1
— теплосодержание насыщенного воздуха, соответствующее температуре воды, поступающей в камеру орошения. Значения Θ
i
зависят от
интенсивности орошения воздуха водой и оцениваются коэффициентом орошения В (см. табл. 5.5).
Таблица 5.5
Значения показателей Θ
i
для камер орошения с широкофакельными форсунками ШФ 9/5
В Θ
i
В Θ
i
1,0 0,41 1,9 0,66
1,1 0,43 2,0 0,67
1,2 0,46 2,1 0,687
1,3 0,49 2,2 0,70
1,4 0,54 2,3 0,70
1,5 0,565 2,4 0,705
1,6 . 0,58 2,5 0,71
1,7 0,61 2,6 0,72
1,8 0,63 2,7 0,73
Для подбора камеры орошения необходимо знать второй параметр, в качестве которого О. Я. Кокорин предлагает конечную относительную влажность
воздуха ф
2
, зависящую от относительной влажности воздуха на входе в камеру орошения ф
1
и давления воды перед форсунками.
Графически зависимость между указанными параметрами показана на рис. 5.23.
Эффективность адиабатного увлажнения воздуха оценивается по относительному перепаду температур обменивающихся сред:
(5.20)
где t
1
и t
2
— температура воздуха в начале и конце процесса;
Рис. 5.23. Зависимость конечной относительной влажности воздуха Ф
2
в режимах его охлаждения и осушения от начальной относительной влажности
воздуха ф
1
и давления воздуха Р
ф
перед форсунками.
t
м1
— температура мокрого термометра воздуха в начальном состоянии. Так как адиабатное увлажнение протекает практически при постоянном
теплосодержании, равном начальному состоянию воздуха перед камерой орошения, то для определения конечного состояния воздуха необходимо
иметь зависимость Е
а
от В. Зависимость Е
а
от В приведена в таблице 5.6.
Таблица 5.6 Значение Е
а
для камеры орошения с широкофакельными форсунками ШФ 9/5
В Е В Е В Е
а
0,6 0,36 1,3 0,87 2,0 0,955
0,7 0,44 1,4 0,90 2,1 0,96
0,8 0,58 1,5 0,92 2,2 0,965
0,9 0,66 1,6 0,94 2,3 0,97
1,0 0,71 1,7 0,94 2,4 0,97
1,1 0,74 1,8 0,945 2,5 0,97
1,2 0,80 1,9 0,95
При построении процесса адиабатного увлажнения на J-d-диаграмме конечные параметры воздуха определяются точкой пересечения линий изотермы
конечной температуры t
2
и теплосодержания J
1
= J
2
.. Значение t
2
определяется из уравнения (5.20).
Общий расход воды через форсунки в камере орошения:
G
w
= n х g
ф
(5.211
где п — число форсунок в камере орошения, определяемое по таблице;
gj^ — производительность одиночной форсунки, зависящая от давления воды (табл. 5.3). При выборе камеры орошения рассматривается упрощенное
уравнение теплового баланса в виде
G
w
(J
1
- J
2
) = G
w
c
w
(t
w2
- t
wl
), или
J
1
- J
2
= В c
w
(t
w2
- t
wt
). (5.22)
Пример
Наружный воздух в количестве 48000 кг/ч (41700 м
3
/ч) поступает в камеру орошения. Параметры воздуха перед камерой орошения: J
H
=86,0 кДж/кг,
ф
н
=60%, t
H
=34 °C, d
H
=20,3 г/кг сух. возд.
Воздух необходимо охладить и осушить до J
0
=59,2 кДж/кг и
ф
о
=95%.
Требуется определить тип камеры орошения, требуемое давление и расход воды через форсунки, начальную и конечную температуру разбрызгиваемой
воды.
Решение
По таблице 5.4 определяем, что требуемый расход воздуха может быть обработан в форсуночной камере орошения кондиционера КТЦ2-40 с числом
форсунок 180 шт. По рис. 5.23 заданная конечная влажность 95% в режиме охлаждения и осушения воздуха при
его начальной относительной
влажности 60% может быть достигнута при давлении воды перед форсунками 120 кПа. По табл. 5.3 находим, что при давлении 120 кПа расход воды
через форсунку равен 420 кг/ч.
Общий расход воды через форсунки составит:
G
w
= 420 х 180 = 75600 кг/ч. Определяем коэффициент орошения:
В = 75600/48000= 1,58. По табл. 5.5 находим достижимое значение показателя 0^0,58. Из выражения (5.19) определяем теплосодержание
насыщенного воздуха при начальной температуре воды
На J-d-диаграмме (рис. 5.24) в месте пересечения теплосодержания 39,8 кДж/кг с линией полного насыщения (точка m) находим значение требуемой
температуры холодной воды перед форсунками t
m
=14,0 °C.
Из уравнения теплового баланса (5.22) найдем конечную температуру воды
>
Пример
При сухом жарком климате можно применить адиабатное увлажнение воздуха.
Рис. 5.24. Построение на J-d-диаграмме процесса обработки воздуха в камере орошения с охлаждением воздуха по политропе.
Параметры наружного воздуха: t
н
=36 °C, ф
H
=35%, J
H
=69,6 кДж/кг, d
H
=13,0 г/кг сух. возд., t
M
=23,5 °C.
Требуемые конечные параметры воздуха после адиабатного увлажнения известны (d
o
=17,0 г/кг сух. возд.).
Необходимо установить давление воды перед форсунками камеры орошения кондиционера КТЦ2-40. Производительность кондиционера 48000 кг/ч.
Решение
На J-d-диаграмме (рис. 5.25) в месте пересечения линий влагосо-держания d
o
=17,0 г/кг сух. возд. и теплосодержания 69,6 кДж/кг находим
температуру воздуха после камеры орошения t
o
=26,0 °C.