Штокман Е.А. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности
Подождите немного. Документ загружается.
Нагревательными приборами для систем кровельного обогрева теплицы служат стеклянные трубы, для систем бокового, торцевого и контурного
обогрева — стальные гладкие трубы, а для систем надпочвенного и подпочвенного обогрева — трубы из полиэтилена низкой плотности.
Температура воздуха в теплицах регулируется автоматически с помощью узлов регулирования с двухходовыми регулирующими клапанами,
размещенными в соединительном коридоре,
и клапанами пропорционального регулирования, установленными в котельной.
Вентиляция теплиц — естественная. Избыточная теплота от солнечной радиации удаляется через открывающиеся в кровле форточки. В целях борьбы с
перегревом предусмотрено устройство систем испарительного охлаждения, можно использовать и шторный теплозащитный экран из нетканого полотна.
Схема использования теплоты уходящих газов от котельных приведена на рис. 23.14. Продукты
сгорания после хвостовых поверхнос-
Рис. 23.14. Схема комплексного использования продуктов сгорания природного газа в тепличном хозяйстве.
тей водогрейных котлов 1 с температурой 170-180 °С подаются в контактные экономайзеры 2 типа ЭК-БМ-1-2, где производится нагрев воды до
температуры 50-55 °С. Нагретая вода после контактных экономайзеров поступает в промежуточную емкость 3, а затем насосом 4 направляется в
системы подпочвенного и надпочвенного обогрева теплицы 5. Эта же вода, содержащая углекислоту, используется для полива тепличных культур.
Охлаждение воды до требуемой величины осуществляется разбавлением ее водопроводной. Продукты сгорания, охлажденные в контактных
экономайзерах, удаляются дымососом 6 через дымовую трубу 7 в атмосферу. Продукты сгорания после паровых котлов 8 с температурой 180-190 °С
подаются в контактные экономайзеры 9 типа ЭК-БМ-1-2, где производится нагрев
воды. Для повышения температуры воды до 85-90 °С используется
пар от продувки котлов. Пар подается в нижнюю часть контактного экономайзера и раздается через перфорированную трубу. Нагретая вода после
контактных экономайзеров 9 поступает в декарбонизаторную колонку 10, а затем насосом 11 направляется в системы кровельного, бокового, торцевого
и контурного обогревов теплицы 5. Продукты сгорания после контактных
экономайзеров и диоксид углерода после декарбонизаторной колонки
дымососом 12 через дымовую трубу 13 удаляются в атмосферу.
Использование продуктов сгорания из экономайзеров и диоксида углерода после декарбонизаторной колонки для подкормки растений не
предусматривается, так как расстояние от котельных до теплицы более 50 м.
Комплексный подход к использованию продуктов сгорания природного газа в тепличных хозяйствах позволяет
увеличить выход товарной продукции,
обеспечить экономию природного газа и охрану воздушного бассейна за счет уменьшения вредных выбросов.
23.2.5. Повышение эффективности использования теплоты продуктов сгорания в котельных
До последнего времени считалось, что котельные агрегаты имеют достаточно высокий и вполне приемлемый коэффициент полезного действия (до 90 и
более процентов). Но значительное повышение стоимости топлива, а также стремление уменьшить выбросы продуктов сгорания в атмосферу
заставляют искать новые пути повышения эффективности работы котельных.
На одном из предприятий г. Калининграда предусматривалась производственно-отопительная
котельная с тремя котлами ДЕ-16-14М. Парогенераторы
должны работать на природном газе. Резервное топливо — мазут. Для снижения температуры уходящих газов проектировалась установка чугунных
экономайзеров типа ЭП1-330. При работе экономайзеров температура продуктов сгорания снижалась до 194 °С, что нельзя считать достаточным.
Для более полного использования теплоты Ростовской-на-Дону государственной академией строительства
предложена следующая схема (рис. 23.15)
[80].
Природный газ сжигается в парогенераторах 1, продукты сгорания поступают в экономайзеры 2, а затем на первую ступень тепло-утилизатора 3,
которая предназначена для нагрева воды для калориферов дутьевой установки. Параметры нагреваемой в этой ступени воды — 95-70 °С. После
первой ступени теплоутилизатора продукты направляются во вторую ступень 4, в которой теплота продуктов
сгорания применяется для нагрева
исходной воды. Температура нагрева воды — 40 °С. Температура продуктов сгорания после теплоутилизатора — 58 °С. Из второй ступени
теплоутилизатора продукты сгорания по газоходам 5 дымососом 6 направляются в дымовую трубу 7 и выбрасываются в атмосферу.
Рис. 23.15. Комплексное использование теплоты продуктов сгорания в котельной.
Нагретая в первой ступени теплоутилизатора вода по трубопроводам 8 поступает в калориферы дутьевых вентиляторов 9, где нагревают дутьевой
воздух. Температура нагрева дутьевого воздуха (при расчетной отопительной температуре наружного воздуха -18 °С) — 40 °С. Нагретый воздух
дутьевым вентилятором 10 подается в парогенераторы.
Обратная вода после калориферов насосом 11 по трубопроводам 12 возвращается в первую ступень теплоутилизатора 3 для нагрева.
Исходная вода из водоема через специальные фильтры насосом 13 по трубопроводам 14 подается во вторую ступень теплоутилизатора 4, где
нагревается от +5 °С до +40 °С, и по трубопроводам 15 направляется на химводоочистку. Для работы на резервном топливе или в случае ремонта
теплоутилизатора предусмотрена байпасная линия 16.
Тепловая схема и примененное оборудование обеспечивают более полное по сравнению с первоначальным проектом использование вторичных
энергетических ресурсов. В данной работе предусмотрена утилизация теплоты уходящих газов в период работы котлов на природном газе. В
результате температура дымовых газов снижена до 96,8 °С, коэффициент полезного действия агрегата повышен с 90,2% до 97,5% (по низшей
теплотворной способности топлива).
В качестве утилизационного оборудования применены теплоути-лизаторы с алюминиевым оребрением ТП16-ТК04.
Часть потока дымовых газов после экономайзера (примерно 70%) проходит через теплоутилизатор, где охлаждается до температуры 58 °С, т. е. ниже
точки росы. При этом происходит конденсация части водяных паров, содержащихся в дымовых газах, влагосодержание снижается.
Таким
образом, использована не только теплота продуктов сгорания, но и теплота парообразования водяных паров. Оставшаяся часть дымовых газов
(30%) поступает по перепускному каналу помимо теплоутилизатора. Такой режим смешения потоков обеспечивает температуру продуктов сгорания на
входе в дымовую трубу 98,8 °С, что гарантирует отсутствие образования конденсата в последней. Конденсат, образовавшийся в теплоутилизаторах,
отводится через
гидрозатвор в бак и затем поступает в питательный деаэратор.
При работе котельной на мазуте все дымовые газы пропускают помимо теплоутилизатора и заменяют фильтр на шибер в газоходе к теплоутилизатору.
После перехода с мазута на газ утилизацию следует осуществлять примерно через 5 дней. Указанный промежуток времени необходим для самоочистки
поверхностей нагрева котла
и экономайзера от золовых отложений.
Как показано в работах авторов [81, 82], возможно более глубокое охлаждение продуктов сгорания природного газа (до 40 °С) и значительное
повышение коэффициента полезного действия котло-агрегатов (на 8-12%).
Одной из немногих не решенных до конца проблем при сооружении установок для глубокого охлаждения газов в действующих котельных является
обеспечение надежной и
долговечной работы наружных газоходов и дымовых труб. Тот же вопрос, кстати, возникает при проектировании наружных
газоходов для удаления продуктов сгорания влажных топлив, к которым, кроме торфа и бурых углей, может быть отнесен и природный газ. В холодное
время года из уходящих газов возможно выделение влаги, в результате чего наблюдаются случаи
промерзания и разрушения железобетонных и
кирпичных газоходов и дымовых труб, а также интенсивной коррозии стальных.
В последнее время предложены оригинальные схемы для защиты газоходов и дымовых труб путем подмешивания к газам горячего воздуха или
подогрева охлаждаемых дымовых газов [83]. Все они связаны с увеличением капитальных затрат, что в общем не столь существенно
, учитывая
исключительную эффективность установок для глубокого охлаждения дымовых газов. В рассматриваемом в работе [81 ] случае срок окупаемости
капитальных затрат — меньше года.
23.3. Холодо- и теплоснабжение систем кондиционирования воздуха
23.3.1. Источники холода для систем кондиционирования воздуха
При проектировании систем кондиционирования воздуха в районах с сухим жарким климатом рекомендуется применять прямое, косвенное или
комбинированное (двухступенчатое) испарительное охлаждение воздуха, если эти способы обеспечивают заданные параметры воздуха.
В ряде случаев (особенно в районах с влажным жарким климатом) для работы установок кондиционирования воздуха необходимы
косвенные или
искусственные источники холода. К числу естественных источников относится холодная вода из артезианских скважин или горных рек.
В настоящее время наибольшее распространение для получения холода получили холодильные машины, в которых охлаждение происходит за счет
изменения агрегатного состояния холодильного агента (кипения его при низких температурах с отводом от охлаждаемой
среды необходимой
для этого теплоты парообразования). Для последующей конденсации паров холодильного агента требуется предварительно
повышать их давление и температуру. По способу повышения давления и температуры паров различают следующие типы холодильных машин:
— компрессионные, со сжатием паров компрессором с затратой тепловой энергии;
— абсорбционные, с поглощением паров соответствующим абсорбентом и выделением их путем выпаривания
раствора с затратой тепловой энергии;
— эжекторные, в которых одновременно осуществляется два цикла: прямой — с превращением подводимой тепловой энергии в механическую, и
обратный — с использованием механической энергии для производства холода.
В местностях с жарким климатом чаще применяются компрессионные и абсорбционные (теплоиспользующие) холодильные машины.
Если есть необходимость поддерживать в помещении пониженную относительную
влажность воздуха, то применяют сорбционные установки. Источник
холодоснабжения выбирают на основе технико-экономических расчетов с учетом числа часов работы в году, наличия энергетических средств,
охлаждающей воды и других факторов.
23.3.2. Холодильные агенты
Холодильные агенты — это рабочие вещества паровых холодильных машин, которые вследствие кипения при низких температурах отводят теплоту от
охлаждаемой среды и передают ее в процесс последующей конденсации паров охлаждающей среде при сравнительно высоких температурах.
Холодильные агенты, применяемые в холодильных машинах, должны удовлетворять следующим требованиям:
— иметь большую теплоту испарения, так как эта
величина определяет холодопроизводительность 1 кг холодильного агента;
— обладать низкой температурой кипения при давлениях выше атмосферного (во избежание подсоса воздуха);
— температура и давление паров при их конденсации должны быть умеренными;
— иметь малую теплоемкость жидкости и высокие коэффициенты теплопроводности и теплопередачи;
— характеризоваться низкой температурой затвердевания и высокой критической температурой. Вместе с тем холодильный агент не
должен обладать корродирующими свойствами и должен быть нетоксичным, т. е. безвредным для человека.
Ни один из применяемых в настоящее время холодильных агентов не удовлетворяет в полной мере всем перечисленным выше требованиям.
В таблице 23.1 приведены данные, характеризующие физические свойства холодильных агентов, применяемых в парокомпрессионных установках.
Таблица 23.1
Физические свойства холодильных агентов
Температура, "С
Холодильный агент Весовая холодопроизводительность, кДж/кг
кипения при 1 атм замерзания
Хладон-12 118 -29,8 -155
Хладон-22 168 -40,8 -160
Аммиак 1100 -33,4 -78
В парокомпрессионных машинах, предназначенных для холодоснабжения систем кондиционирования воздуха, используют преимущественно
холодильные агенты хладон-12 и хладон-22 (фреоны).
Хладон-12 — дифтордихлорметан — не горит, невзрывоопасен, не имеет цвета и запаха и практически безвреден для человека (при отсутствии
соприкосновения с открытым огнем). Он также нейтрален к металлам.
Хладон-22 — дифторминхлорметан — обладает теми же свойствами, что и
хладон-12. Применение хладона-22 позволяет повысить экономичность
холодильной машины по сравнению с хладоном-12 за счет увеличения объемной холодопрризводительности. Недостатком хладона-22 является
увеличенное давление конденсации при одинаковых температурах с хладоном-12.
Из данных таблицы 23.1 следует, что аммиак по сравнению с хла-донами обладает наибольшей холодопроизводительностью. Однако ввиду токсичности
и взрывоопасное™ аммиак в качестве
холодильного агента в паровых машинах систем кондиционирования воздуха не применяется. Допускается
использование холода, вырабатываемого аммиачными машинами, только для СКВ, обслуживающих производственные помещения, при наличии
технологических потребителей холода. Холодоснабжение кондиционеров в этом случае проектируется с закрытой водяной системой, а аммиачные
холодильные машины размещаются в специальном отдельно расположенном здании.
23.3.3. Холодоносители
В качестве холодоносителя, назначение которого заключается в передаче холода, выработанного холодильной машиной, к кондиционерам, обычно
служит вода.
В некоторых случаях при технологическом кондиционировании, когда необходимо охлаждение воздуха до низких температур, в качестве
холодоносителей применяются водные растворы солей (рассолы). Наиболее часто для этих целей используются растворы хлористого натрия (NaCl) и
хлористого кальция (
СаС1
2
).
Свойства рассолов зависят от концентрации соли в растворе. С увеличением концентрации соли температура замерзания рассола понижается.
Понижение температуры замерзания происходит только до определенной концентрации (криогидратной точки). Дальнейшее увеличение концентрации
раствора приводит к повышению температуры замерзания.
При 10-процентной концентрации NaCl в растворе температура замерзания его составляет -16,2 °С, а при концентрации 23,1% (по массе)-----21,2 °
С
(криогидратная точка). В практике проектирования температура замерзания раствора принимается на 5-8 °С ниже температуры кипения хладагента.
Растворы NaCl используют в установках, где охлаждаемая среда (рассол) должна иметь температуру не ниже минус 15 °С. Когда необходимо более
глубокое охлаждение среды, рекомендуется применять растворы СаС1
2
и др.
Концентрация рассола всегда должна соответствовать режиму работы холодильной установки.
В автономных кондиционерах воздухоохладитель выполняет функции испарителя холодильной машины, а холодоносителем является холодильный
агент — хладон.
23.3.4. Холодильные машины
Принципиальная схема парокомпрессорной холодильной установки
Наиболее распространенным источником холодоснабжения являются компрессионные холодильные машины. Под холодильной машиной
подразумевается комплекс механизмов и аппаратов, обеспечивающих получение низких температур за счет механической энергии.
На рис. 23.16 показана принципиальная схема парокомпрессион-ной машины, состоящей из испарителя 1, заполненного холодильным агентом —
жидкостью с низкой температурой кипения. Внутри испарителя
находятся трубки 2, в которые поступает отепленная вода из кондиционера.
Отепленная вода нагревает холодильный агент, который закипает и в парообразном состоянии' отсасывается компрессором 3. В компрессоре
холодильный агент сжимается и нагревается, а затем поступает в конденсатор 4. Здесь парообразный холодильный агент отдает теплоту конденсации
воде, протекающей по трубкам 5. Если имеется недорогой источник воды, то
по трубкам 5 протекает проточная вода. Если такого источника нет, вода
после конденсатора охлаждается в градирне и насосом снова подается в трубки 5 конденсатора 4. Из конденсатора жидкий холодильный агент через
дроссельный регулирующий вентиль 6 возвращается в испаритель 1. При проходе через узкое сечение вентиля 6 давление жидкого холодильного
агента уменьшается до давления испарения, т. е.
такого давления, при котором начинается испарение холодильного агента. Величина этого давления
определяется температурой воды, предназначенной для охлаждения воздуха. Таким образом холодильный агент совершает в системе замкнутый цикл.
Рис. 23.16. Принципиальная схема парокомпрессорной машины.
Отепленная вода из кондиционера подается насосом 7 в трубки 2 испарителя и охлаждается за счет отдачи тепла на испарение холодильного агента.
Охлажденная вода из испарителя забирается насосом 8 и нагнетается к форсункам 9, установленным в оросительной камере 10 кондиционера. В
результате контакта с теплым воздухом вода нагревается и стекает в поддон камеры 11, откуда насосом 7 подается в испаритель 1 для охлаждения.
Следовательно, вода, так же, как и холодильный агент, совершает замкнутый цикл.
Абсорбционные (теплоиспользующие) холодильные машины
Теплоиспользующие холодильные машины целесообразно использовать в тех случаях, когда есть дешевая теплота в виде отбросного пара или горячей
воды, имеющей температуру 60-100 °С. Наиболее
употребительными здесь являются абсорбционные
бромисто-литие-вые холодильные машины, использующие горячую воду или пар давлением 100 кПа
(1 кгс/см
2
). Они обладают целым рядом преимуществ, к которым следует отнести компактность, безвредность, безопасность (вследствие малого
давления в системе), отсутствие вибраций, позволяющее устанавливать их в верхних этажах зданий, а также надежность и возможность установки на
открытых площадках..
Работа абсорбционных холодильных машин основана на применении бинарного раствора, т. е. смеси двух жидкостей с
резко отличающейся
температурой кипения, при этом жидкость с более низкой температурой кипения является холодильным агентом, а жидкость с более высокой
температурой кипения — абсорбентом (поглотителем). К абсорбенту предъявляется следующее требование: он должен обладать свойством в большом
количестве за короткий промежуток времени поглощать пары холодильного агента.
Наиболее распространены два вида абсорбционных установок: бро
-мисто-литиевые, в которых холодильным агентом является вода, а абсорбентом —
водный раствор бромистого лития, и водно-аммиачные, в которых холодильным агентом является аммиак, а абсорбентом — вода.
Так как аммиак токсичен, а бромистый литий безвреден, для кондиционирования воздуха рекомендуется применять бромисто-литиевые установки.
На рис. 23.17 приведена принципиальная схема такой установки. Установка состоит из генератора 1, в котором происходит вы-
Рис. 23.17. Принципиальная схема абсорбционной бромисто-литиевой установки.
паривание раствора бромистого лития за счет теплоты воды, температура которой равна 60-100 °С, или отработанного пара, поступающего в змеевик
2. Температура кипения воды значительно ниже температуры кипения бромистого лития, поэтому при нагревании из раствора выделяется практически
чистый водяной пар. Из генератора водяной пар поступает в
конденсатор 3, где сжимается, отдавая тепло конденсации воды из естественного
источника, циркулирующего по трубам 4. Конденсат сливается в испаритель 5 через гидравлический затвор 6.
Отепленная вода из оросительной камеры кондиционера 7 по трубе 8 поступает в испаритель 5, где распыляется специальным устройством.
Испаритель соединен трубкой 9 с абсорбером 10, в котором находится раствор бромистого лития. Ввиду того что бромистый
литий интенсивно
поглощает водяной пар, в испарителе происходит процесс испарения воды, а за счет этого и ее охлаждение. Холодная вода насосом 11 по трубе 12
подается к форсункам 13 оросительной камеры кондиционера 7 для охлаждения воздуха. Теплота, образующаяся в абсорбере вследствие поглощения
водяных паров раствором бромистого лития, отводится приточной водой из естественного источника (или градирни
) по трубам 14.
Охлажденный и деконцентрированный раствор бромистого лития (абсорбента) подается насосом 15 в генератор 1 для его выпаривания и повышения
концентрации. Между абсорбером и генератором установлен теплообменник 16, в который по трубе 17 поступает нагретый раствор бромистого лития;
здесь он охлаждается циркулирующим по трубам холодным бромистым литием, поступающим по трубам 18. Затем насосом 19 по трубам 20 он подается
к абсорберу 10. Пройдя через теплообменник, холодный абсорбент, поступающий из абсорбера в генератор, несколько подогревается, а горячий
абсорбент, подаваемый из генератора в абсорбер, охлаждается. Наличие теплообменника 16 в данной схеме повышает экономичность установки.
Во всех аппаратах рассматриваемой установки процессы протекают под вакуумом, поэтому они должны быть полностью герметичны. Вакуум в
аппаратах поддерживается при помощи вакуум-насосов, отсасывающих воздух по трубам 21 и 22 из абсорбера и испарителя.
Энергетические затраты в бромисто-литиевых машинах выше, чем в хладоновых компрессорных. В связи с этим при действующих ценах на тепловую и
электрическую энергию экономические показатели бромисто-литиевых машин ниже соответствующих показателей компрессорных машин. Однако при
наличии отбросной теплоты на предприятиях применять бромисто-литиевые машины экономичнее.
Кроме того, необходимо учитывать, что бромисто-литиевые машины более экономичны по расходу воды для конденсатора и абсорбера.
Пароэжекторные холодильные машины
В пароэжекторных холодильных установках для получения холода затрачивается не механическая работа, а тепловой поток. В этих установках
отсасывание паров хладагента из испарителя производится за
счет вакуума, образуемого в эжекторе струей пара, проходящего с большой скоростью.
В пароэжекторных холодильных установках можно использовать любой хладагент, но практическое применение получили установки, где в качестве
хладагента используется водяной пар. Особенностью этих установок является то, что они работают при высоких температурах испарения, обычно не
ниже +3 °С.
В установках в
качестве хладагента применяется вода, имеющая ряд преимуществ ввиду своей безвредности и безопасности. Она полностью
удовлетворяет физиологическим требованиям, кроме того, она дешевле и общедоступна, обладает значительной теплотой испарения — 2500 кДж/кг
при t
H
=0 °C, в то время как для аммиака, например, она составляет 1262 кДж/кг, для хладона-12 — 155 кДж/кг. Для получения
хладопроизводительности 1000 кДж необходимо испарить воды 0,4 кг, аммиака — 0,8 кг, а фреона-12 — 6,5 кг.
Однако для испарения воды при низких температурах в испарителе требуется поддерживать глубокий вакуум (0,009 атм). Как известно, при низких
давлениях удельный объем пара
очень велик, что исключает возможность применения поршневого вакуум-компрессора,, так как габариты его были бы
значительны и конструкция громоздка. Развитие конструкций пароструйных эжекторов способствовало появлению в начале этого столетия
пароэжекторных холодильных установок, использующих ценные качества воды как хладагента, что важно для установок кондиционирования воздуха,
в которых не требуется отрицательных температур, а
можно ограничиться получением температуры воды около 7-10 °С.
На рис. 23.18 приведена принципиальная схема водяной пароэжек-торной холодильной установки. Рабочий пар среднего давления, получаемый из
парогенератора 1 или отработанный после турбин под избыточным давлением 1 -6 атм, поступает в эжектор 2. При прохождении рабочего пара через
эжектор с большой скоростью, примерно до 1000 м/с, в его
камере создается разрежение, благодаря чему водяные пары отсасываются из испарителя
3, создавая над поверхностью воды испарителя глубокий вакуум. При таком вакууме вода закипает в испарителе при низкой температуре: например,
при абсолютном давлении 0,86 кПа вода закипает при 5 °С. Охлаждение воды в испарителе происходит за счет отбора от нее скрытой теплоты
испарения. Следовательно,
в пароэжек-торных установках вода, охлаждая сама себя, является холодильным агентом.