ПЕРВАЯ В РОССИИ ИНТЕРНЕТ-ГАЗЕТА ПО ХОЛОДИЛЬНОЙ И БЛИЗКОЙ ЕЙ ТЕМАТИКЕ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ СИСТЕМ
Г.А. Белозёров, Н.М. Медникова, В.П. Пытченко, Е.Н. Серова (ВНИХИ)
ХОЛОДИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С РАБОЧИМИ ВЕЩЕСТВАМИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИМИ ПРОМЫШЛЕННУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Все традиционные технологии замораживания, охлаждения и хранения пищевых продуктов требуют применения холодильных установок.
Диапазон температур хладагента (или хладоносителя), подаваемого в технологические аппараты весьма широк: от 0 °С - при охлаждении молока, соков, напитков, до -30 ÷ -45 °С - при замораживании и хранении замороженных продуктов.
Выполненные ранее сотрудниками ВНИХИ исследования и расчеты показали перспективность использования более низких температур охлаждающей среды (температуры до -40 °С - при замораживании мяса, рыбы, сливочного масла; температура до -45 °С - при закаливании мороженого). Кроме того, низких температур требуют процессы криоизмельчения фруктов и овощей для приготовления пищевых добавок, а также технологические процессы по приготовлению высококачественных хлебобулочных изделий. При этом диапазон требуемых температур расширяется до -45 ÷ -55 °С.
На предприятиях перерабатывающей промышленности России в основном используются холодильные установки, работающие на аммиаке, как наиболее энергетически эффективном хладагенте. При этом требуемые тепловые нагрузки предприятий значительны и составляют до 5000 кВт при t0 = -10 °С и до 1500 кВт при t0 = -40 °С.
Требования к современным системам хладоснабжения приводят к необходимости обеспечения их промышленной безопасности путем снижения аммиакоёмкости с одновременным сохранением или повышением их энергетической эффективности.
Известно, что при использовании систем косвенного охлаждения обеспечивается выполнение требований промышленной безопасности. Переход на использование автономных аммиачных машин заводского изготовления (чиллеров), охлаждающих хладоноситель, создает возможность снизить их удельную аммиакоёмкость до 50-100 г/кВт.
Однако перерасход электроэнергии в таких системах по сравнению с системами непосредственного охлаждения доходит до 20-30 %, что вызвано в значительной степени расходом электроэнергии на циркуляцию больших объемов хладоносителя, работающего за счет использования теплоты подогрева хладоносителя (Q = Gхн · с · ∆t). Кроме того, вязкость у традиционных хладоносителей больше, чем у хладагента.
Как показало выполненное во ВНИХИ сопоставление по удельным приведенным затратам, система хладоснабжения с промежуточным хладоносителем уступает системе с непосредственным охлаждением аммиаком не более 10 % и является целесообразной лишь при температурах кипения не ниже минус 15 °С. С дальнейшим понижением температуры система с промежуточным хладоносителем по сумме капитальных и эксплуатационных затрат существенно проигрывает системе с непосредственной подачей аммиака в охлаждающие устройства.
В последнее время в технической литературе, а также в проектах зарубежных фирм появилось множество материалов, рекомендующих использование диоксида углерода в качестве хладагента нижней ветви каскадной установки, в верхней ветви которой остается аммиак. Такая схема непосредственного охлаждения обеспечивает промышленную безопасность цехов, где установлены технологические аппараты и работают люди, недостаточно квалифицированные в вопросах техники безопасности.
X.RU-Директ
1. ТОРГОВОЕ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ОХЛАДИТЕЛИ ЖИДКОСТИ (ЧИЛЛЕРЫ).
ХолодРус - соблюдение сроков и качественное выполнение работ, связанных с реализацией ваших пожеланий с использованием искусственного охлаждения.
http://
В результате расчетов с использованием реальных характеристик компрессоров определена область температур кипения, в которой каскадный цикл R744/R717 с использованием диоксида углерода в нижней ветви каскада имеет более высокую энергетическую эффективность, чем традиционные: двухступенчатый аммиачный и одноступенчатый фреоновый с R22; R404а, R507А.
При использовании каскадной установки в диапазоне температур кипения от -42 °С до -50 °С (при использовании винтовых компрессоров с экономайзерами в верхней ветви каскада) система, имея высокий уровень промышленной и экологической безопасности, обеспечивает также и более высокую энергетическую эффективность.
Этот вывод подтверждают результаты расчета, выполненного для температуры кипения -45 °С с учетом всех энергопотребителей систем - кроме компрессорных агрегатов, вентиляторов воздухоохладителей, систем их оттаивания, насосов для циркуляции хладагента (СО2 или NH3) в технологических аппаратах, вентиляторов и водяных насосов испарительных конденсаторов.
При использовании каскадной установки в диапазоне температур кипения от -30 °С до -42 °С система проигрывает аммиачной двухступенчатой по энергетике в среднем на 10 %, но, в отличие от аммиачной системы, обеспечивает промышленную и экологическую безопасность.
Одним из направлений в создании систем хладоснабжения для предприятий АПК, обеспечивающих экологическую и промышленную безопасность при высокой энергетической эффективности, является использование систем косвенного охлаждения с природными эффективными хладоносителями, изменяющими в процессе теплопередачи своё агрегатное состояние. В частности, такими хладоносителями служат СО2 - для температур ниже -15 ÷ -20 °С, и бинарный лёд - для температур близких к 0 °С.
При использовании теплоты фазового перехода (частичного испарения СО2 или плавления льда) значительно сокращается расход жидкого хладоносителя, перекачиваемого насосом. Кроме того вязкость как СО2, так и бинарного льда значительно ниже, чем у применяемых в настоящее время хладоносителей на основе водных растворов (пропиленгликоля, фризиума и др.). Все это обеспечивает снижение расхода электроэнергии. Снижение требуемого расхода хладоносителя приводит также к уменьшению поперечного сечения труб, подводящих хладоноситель к аппаратам.
Система косвенного охлаждения с СО2 в качестве хладоносителя значительно проще каскадной, не требует использования компрессора на стороне СО2. Поэтому испарительная система на стороне СО2 не загрязнена маслом, что обеспечивает её значительное преимущество по сравнению с каскадной СО2/NH3 или аммиачной с непосредственным кипением аммиака в трубах.
Как показывают результаты расчетных исследований, с позиций теплопередачи и гидравлического сопротивления, применение хладоносителя СО2 в технологических аппаратах предпочтительнее перед использованием других хладоносителей (рис. 1).
Рис.1. Сравнительные характеристики гидросопротивления в аппаратах с разными хладоносителями
Влияние кратности циркуляции диоксида углерода на эффективность холодильной системы исследовалось при разных технических параметрах теплообменника-потребителя и трубопроводов. В результате исследований было получено, что диоксид углерода как промежуточный хладоноситель эффективен в широком диапазоне по паросодержанию; иначе говоря, система с хладоносителем - диоксидом углерода может работать при кратности циркуляции от 1,4 до 4, не теряя эффективности при переменной тепловой нагрузке. Однако в разветвленных системах с несколькими потребителями холода, которые обычно существуют на предприятиях АПК, для равномерной раздачи хладоносителя по потребителям холода кратность циркуляции должна быть выше и находиться в диапазоне n = 4 ÷ 6.
Вместе с тем следует учитывать, что из-за особенностей свойств диоксида углерода контур промежуточного хладоносителя работает при высоких давлениях. Кроме того, диоксид углерода при повышении его концентрации в воздухе может представлять опасность для человека. Поэтому его применение предполагает повышенные требования к конструкции и составу системы охлаждения. В холодильных системах, предназначенных для работы с хладоносителями - водными растворами применять диоксид углерода нельзя.
Для технологических процессов, протекающих при температурах близких к 0 °С в качестве эффективного промежуточного хладоносителя целесообразно применять бинарный лёд - суспензию воды и кристаллического льда с размером частиц от 0,01 до 0,4 мм. Бинарный лёд обладает всеми перечисленными достоинствами природного хладоносителя, изменяющего своё агрегатное состояние, а также позволяет удовлетворить неравномерную потребность в холоде при меньшей установленной мощности холодильных компрессоров путем применения его в качестве рабочего тела аккумулятора холода.
В настоящее время наиболее развитая область применения бинарного льда - быстрое охлаждение рыбы и морепродуктов иммерсионным способом. При охлаждении бинарным льдом (погружение в лед с последующим дренированием контейнера) требуемое понижение температуры продукта происходит в несколько раз быстрее, чем при охлаждении чешуйчатым льдом вследствие лучшего контакта продукта и бинарного льда.
Бинарный лед может иметь широкую область применения также и для охлаждения жидкостей, в частности, для охлаждения молока, соков, пива. Как показывает анализ технологий, во всех этих случаях названные жидкости должны быть охлаждены до температуры близкой к 1 °С, что делает принципиально целесообразным применение бинарного льда.
Расчеты показали, что применение бинарного льда в качестве промежуточного хладоносителя позволяет сократить затраты мощности на работу насоса примерно на 30%.
Для практического применения систем с бинарным льдом важно, что при концентрации льда, не превышающей 40 %, бинарный лед может использоваться с теми же насосами и арматурой, что и традиционные хладоносители, однако использование бинарного льда требует больших затрат на приобретение оборудования, чем в случае применения однофазного хладоносителя.
В отношении температурного диапазона применения бинарного льда установлено, что хорошо изученные, прошедшие промышленную проверку хладоносители с бинарным льдом имеются для диапазона от 0 до -8 °С.
Таким образом, можно сделать следующие выводы.
При проектировании систем хладоснабжения для предприятий пивобезалкогольной, плодоовощной и кондитерской промышленности, работающих при температуре кипения не ниже минус 15 °С рекомендуется применять эффективные аммиачные чиллеры с пластинчатыми аппаратами, обеспечивающими малую аммиакоемкость, в которых может быть использован традиционный промежуточный хладоноситель.
Для низких температур кипения (ниже минус 30 °С) может быть рекомендована каскадная система СО2-NH3, отвечающая требованиям промышленной безопасности и обеспечивающая достаточно высокую эффективность по сравнению с двухступенчатой аммиачной системой.
В качестве промежуточных хладоносителей перспективно использовать природные вещества, изменяющие агрегатное состояние в процессе теплообмена - СО2 и бинарный лёд. Их применение сокращает затраты энергии на перекачивание хладоносителя и способствует уменьшению металлоемкости оборудования. Однако при переходе на них необходима замена теплообменного оборудования вследствие повышенного давления в контуре хладоносителя СО2 и существенного сокращения расхода хладоносителя, изменяющего агрегатное состояние, по сравнению с расходом обычного хладоносителя.
Приглашаем ученых и инженеров, аспирантов и студентов, а также, заинтересованные институты, фирмы, организации и частных лиц, принять участие в размещении информации в интернет-газете, посвященной холодильной и близкой ей тематике.
Учредитель и издатель интернет-газеты: ООО "АВИСАНКО" (Москва). Адрес редакции: Россия, 115551, Москва, Шипиловский проезд, д.47/1, офис 67-А.
Тел./факс: +7 (495) 343-43-71, тел.: +7 (495) 343-43-48, 223-60-50 доб. 132.
Головной сайт:
Первый выпуск первой в России интернет-газеты по холодильной и близкой ей тематике - "Холодильщик.RU" - вышел в свет в январе 2005 г.
Интернет-газета зарегистрирована Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия.
Руководитель проекта и Главный редактор: Маргарян С.М. (АВИСАНКО, ООО)
За содержание рекламных материалов редакция ответственности не несет.
При перепечатке статей, ссылки на их авторов и интернет-газету обязательны.
