« ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДООБОРОТНЫХ ЦИКЛОВ В ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ»

Киркор А.В., кафедра теплохладотехники

Могилевский государственный университет

продовольстви

Применение водооборотных циклов для охлаждения конденсаторов холодильных установок позволяет отказаться от использования на эти цели  сетевой воды и воды, забираемой из природных источников (поверхностных и подземных) и, тем самым, сократить водный дефицит населенных пунктов, где расположены предприятия. С другой стороны, водооборотный цикл позволяет снизить нагрузку на очистные сооружения и повысить экологическую безопасность окружающей среды за счет исключения сброса нагретой, технической воды в природные водоемы.

Не стоит сбрасывать со счетов и тот факт, что в настоящее время, забираемая вода, либо сетевая, либо из природных источников, имеет свою стоимость. Так, стоимость 1м³ воды, забираемой из сети и сбрасываемой в канализацию, для различных регионов Республики колеблется от 2 до 4 тысяч рублей. Примерно 500 рублей стоит 1м³ воды, забираемой из подземных источников. Если учесть, что на охлаждение конденсаторов необходимо до 200 м³/час охлаждаемой воды, при их непрерывной работе, то с уверенностью можно утверждать, что использование водооборотных циклов, пожалуй, тот единственный и уникальный случай, когда положительно решаются экономические задачи производства так и улучшается экологическая обстановка на прилегающих территориях.

Как  всякое производство так и его элемент – водооборотный цикл должен быть эффективным. Что бы он таковым являлся он должен отвечать следующим требованиям:

Во-первых, их создание водооборотных циклов должно сопровождаться минимальными капитальными затратами;

Во-вторых, в их состав должно входить высокоэффективное охлаждающее и нагнетательное оборудование;

В-третьих, в водооборотных циклах необходимо предусмотреть возможность регулирования тепловую производительности водоохладителей и обеспечивать длительную, безостановочную работу цикла.

Применяемые на пищевых предприятиях системы оборотного водоснабжения, можно разделить на три группы по количеству подключенных потребителей и территориальному признаку.

Первая группа – это централизованная система, вторая группа – групповая система и третья – локальная.С учетом производительности водооборотных циклов применяемых для охлаждения конденсаторов холодильных машин может быть рекомендована локальная схема системы оборотного водоснабжения так как она:

во-первых, имеет незначительную по протяженности и малоразветвленную систему трубопроводов, а следовательно, меньшие затраты электроэнергии на прокачку воды по циркуляционному контуру.

во-вторых, обеспечивает индивидуальные требования потребителя к температурному режиму и может быть остановлена на ремонтно-профилактические работы вместе с остановкой для этих целей потребителей.

в-третьих, водоохладители локальных схем обладают меньшей единичной мощностью, имеют меньшие габариты и массу, а, поэтому, могут быть установлены на кровле зданий и сооружений. Это позволяет снять вопрос о занимаемых производственных площадях, что весьма актуально при реконструкции действующих предприятий, расположенных в зоне жилой застройки и позволяет с меньшими затратами произвести реконструкцию водооборотного цикла отказавшись от замены старых коммуникаций.

По своему структурному строению система оборотного водоснабжения может быть одноподъемной и двух подъемной. Для двух подъемной системы характерно наличие двух бассейнов: для нагретой и охлажденной воды, и как следствие, в ее состав включены две насосные станции. Более предпочтительной является одноподъемная схема оборотного водоснабжения, когда охлажденная водя из бассейна подается на охлаждение теплообменных аппаратов, и далее нагретая – в водоохладитель. Из водоохладителя самотеком подается вновь в сборный бассейн.

Таким образом, снижение капитальных затрат как  на создание так и при реконструкции водооборотного цикла возможно достичь переходом от централизованной или групповой схемы к  локальной одноподъемной

Охлаждение нагретой оборотной воды наиболее просто проводить атмосферным воздухом. Причем здесь возможно два варианта охлаждения. Первый вариант – воздух охлаждает воду не контактируя с ней, т.е через теплопередающую стенку. Второй вариант – воздух охлаждает воду при непосредственном контакте с ней. Если в первом случае теоретическим пределом охлаждения воды является температура воздуха по сухому термометру, то во втором случае вода может охлаждаться до температуры мокрого термометра. Для наиболее жаркой пятидневки в году по г. Минску температура воздуха по сухому термометру составляет t_c = 22,8°С при влажности φ = 56%., а мокрого t_м = 17,4°С. Таким образом в устройствах второго типа теоретически воду можно охладить на 5°С глубже, чем в первом случае при прочих равных условиях.

Кроме того ввиду низких коэффициентов теплоотдачи к стенке, площадь теплопередающей поверхности должна быть значительной, разность температур – не менее 20°С, а низкая теплоемкость воздуха требует увеличенного расхода для обеспечения требуемого теплосъема.

В силу вышеуказанных причин, предпочтение отдается второму способу охлаждения воды, т.е при непосредственном контакте с воздухом, когда вода охлаждается не только за счет теплоотдачи, но и за счет частичного испарения.

Испарительное охлаждение оборотной воды реализуется в таких устройствах как: брызгальные бассейны, атмосферные, инжекционные, и вентиляторные градирни. Выбор типа охладителя возможно провести по тепловому КПД охладителя и коэффициенту энергетической эффективности. Тепловой КПД водоохладителя учитывает отношение достигаемого предела охлаждения к максимально возможному(теоретическому) пределу охлаждения. Данные по тепловому КПД водоохладителей представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Тепловой КПД водохладителей

1 – брызгальный бассейн; 2 – атмосферная градирня; 3 – инжекционная градирня; 4 – вентиляторная градирня.

Как видно из диаграммы тепловой КПД имеет свое максимальное значение у вентиляторных градирен и брызгальных бассейнов. Однако вентиляторные градирни на проведение процесса охлаждения требуют некоторых затрат энергии на диспергирование воды и на продувку воздуха через градирню в то время, как брызгальные бассейны в этом не нуждаются. Поэтому следующим шагом в направлении выявления наиболее эффективных водоохладителей может быть их сравнение по коэффициенту энергетической эффективности, который учитывает как достигаемый эффект охлаждения или тепловую нагрузку устройства, так и затраты, благодаря которым достигнут данный результат. Для учета в предлагаемом коэффициенте эффективности конструктивных особенностей водоохладителей он должен быть отнесен к площади занимаемой водохладителем и выражаться как

В этом случае он охарактеризует энергетическую эффективность 1м² площади, орошения.

На диаграмме (рис.2) представлено сравнение различных типов водоохладителей по коэффициенту энергетической эффективности площади

Как следует из приведенной диаграммы данный показатель у охладителей с естественной конвекцией воздуха (брызгальные бассейны и атмосферные градирни) имеет на порядок более низкое значение, чем для инжекционных и вентиляторных градирен, использующих вынужденное движение воздуха

Рисунок 2 – Энергетическая эффективность 1м² площади орошения водоохладителей

1 – брызгальный бассейн; 2 – атмосферная градирня; 3 – инжекционная градирня; 4 – вентиляторная градирня.

Как следует из приведенной диаграммы данный показатель у охладителей с естественной конвекцией воздуха (брызгальные бассейны и атмосферные градирни) имеет на порядок более низкое значение, чем для инжекционных и вентиляторных градирен, использующих вынужденное движение воздуха.

В результате проведенного анализа эффективности водоохладителей напрашивается вывод о том, что при создании водооборотных циклов в качестве охлаждающих устройств предпочтительнее использовать вентиляторные градирни. Впрочем, это в полной мере относится и к реконструкции вентиляторных градирен. Она должна быть направлена на восстановление вышедших из строя узлов градирни, а ни в коем разе не нужно сводить реконструкцию к удалению вышедшего из строя вентилятора, оросителей и перевода градирни из разряда вентиляторной в разряд атмосферной.

4. Не стоит сбрасывать со счетов и тот факт, что все водоохладители рассчитываются по самым неблагоприятным, с точки зрения охлаждения воды, климатическим условиям. Такими условиями являются температура воздуха по сухому термометру и его относительная влажность. Для нашего региона эти параметры равны 22,8°С и φ=56%. Для зимнего периода эксплуатации эти параметры соответственно равны – 10,8°С и φ=77%. Из их сопоставления напрашивается вывод о том, что в декабре – феврале водоохладители работают с существенным запасом мощности. Как показывают расчеты, в холодный период эксплуатации водооборотного цикла потребление электроэнергии возможно сократить в 3 – 3,5 раза.

Этого возможно достичь, снабдив водооборотный цикл системой автоматического поддержания температуры охлажденной воды на заданном уровне, к примеру 20°С.

В холодный период эксплуатации температура охлажденной воды поддерживается на этом уровне за счет уменьшения скорости ее циркуляции в цикле, а также за счет снижения расхода воздуха в вентиляторной градирне.

Отмечая это, я имею ввиду не традиционный способ регулирования подачи насосов и вентиляторов, т.е за счет внесения дополнительного сопротивления в линию путем закрытия задвижек, а наиболее эффективный с точки зрения потребления энергии – это изменение частоты вращения рабочих колес вентилятора и насоса путем изменения числа оборотов электродвигателей приводов.