Охлаждение в вакууме - GEA Wiegand GmbH
Охлаждение в вакууме - GEA Wiegand GmbH
Охлаждение в вакууме - GEA Wiegand GmbH
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>GEA</strong> Jet Pumps<br />
<strong>GmbH</strong><br />
Технологии <strong>Wiegand</strong><br />
<strong>Охлаждение</strong> <strong>в</strong><br />
<strong>в</strong>акууме<br />
Ведущие технологии. Инди<strong>в</strong>идуальные решения.
Содержание<br />
В<strong>в</strong>едение<br />
В<strong>в</strong>едение 2<br />
Сра<strong>в</strong>нение компрессорных и пароэжекторных<br />
холодильных устано<strong>в</strong>ок 2<br />
Пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки -<br />
конструкция и принцип дейст<strong>в</strong>ия 3<br />
Преимущест<strong>в</strong>а устано<strong>в</strong>ок мгно<strong>в</strong>енного<br />
охлаждения 3<br />
Сжатие пара с помощью эжекторо<strong>в</strong> 4<br />
Мгно<strong>в</strong>енное охлаждение 4<br />
Пароэжекторные холодильные<br />
устано<strong>в</strong>ки - типы 5<br />
Компактные пароэжекторные холодильные<br />
устано<strong>в</strong>ки 5<br />
Колонные пароэжекторные холодильные<br />
устано<strong>в</strong>ки 6<br />
Портальные пароэжекторные холодильные<br />
устано<strong>в</strong>ки 7<br />
Стандартизо<strong>в</strong>анные пароэжекторные<br />
холодильные устано<strong>в</strong>ки - типоразмеры 8<br />
Тип сли<strong>в</strong>а и упра<strong>в</strong>ление 10<br />
Возможные конфигурации 10<br />
Варианты сли<strong>в</strong>а 11<br />
Упра<strong>в</strong>ление пароэжекторными холодильными<br />
устано<strong>в</strong>ками 12<br />
Устано<strong>в</strong>ки утилизации тепла 14<br />
<strong>Охлаждение</strong> - дорогостоящий процесс. Продолжающийся<br />
рост стоимости энергии <strong>в</strong>ынуждает искать<br />
замену традиционным системам охлаждения (с механическими<br />
компрессорами). Такой заменой, экологически<br />
безопасной и <strong>в</strong>се более при<strong>в</strong>лекательной экономически,<br />
я<strong>в</strong>ляются устано<strong>в</strong>ки мгно<strong>в</strong>енного охлаждения.<br />
Компания <strong>GEA</strong> Jet Pumps обладает более чем пятидесятилетним<br />
опытом проектиро<strong>в</strong>ания и изгото<strong>в</strong>ления устано<strong>в</strong>ок<br />
мгно<strong>в</strong>енного охлаждения.<br />
Примеры применения устано<strong>в</strong>ок <strong>GEA</strong> Jet Pumps:<br />
<strong>в</strong>ода<br />
<strong>в</strong>одные раст<strong>в</strong>оры азотной и фосфорной кислоты<br />
штукатурный раст<strong>в</strong>ор<br />
из<strong>в</strong>естко<strong>в</strong>ое молоко<br />
раст<strong>в</strong>ор гидроксида бария<br />
различные сточные <strong>в</strong>оды<br />
фрукто<strong>в</strong>ые соки<br />
молоко<br />
клей<br />
Диапазон произ<strong>в</strong>одительности пароэжекторных холодильных<br />
устано<strong>в</strong>ок - от 10 до 20 000 кВт. В такой устано<strong>в</strong>ке<br />
можно, например, охлаждать <strong>в</strong>оду до температуры<br />
около 5 °С.<br />
Критерии проектиро<strong>в</strong>ания пароэжекторных<br />
холодильных устано<strong>в</strong>ок 15<br />
Сра<strong>в</strong>нение компрессорных и пароэжекторных холодильных устано<strong>в</strong>ок<br />
Тип холодильной устано<strong>в</strong>ки<br />
<strong>Охлаждение</strong><br />
процесс<br />
теплообмен<br />
оборудо<strong>в</strong>ание<br />
Сжатие пара<br />
процесс<br />
оборудо<strong>в</strong>ание<br />
Д<strong>в</strong>ижущая сила компрессора<br />
От<strong>в</strong>од тепло<strong>в</strong>ой энергии<br />
процесс<br />
теплообмен<br />
оборудо<strong>в</strong>ание<br />
Компрессорная холодильная устано<strong>в</strong>ка<br />
испарение<br />
контактный<br />
испаритель<br />
механический<br />
поршне<strong>в</strong>ой, <strong>в</strong>инто<strong>в</strong>ой или турбокомпрессор<br />
электроэнергия (д<strong>в</strong>игатель)<br />
конденсация<br />
контактный<br />
ожижитель<br />
Пароэжекторная холодильная устано<strong>в</strong>ка<br />
испарение<br />
контактный или по<strong>в</strong>ерхностный<br />
мгно<strong>в</strong>енный испаритель<br />
газодинамический<br />
эжектор (паро<strong>в</strong>ой компрессор)<br />
тепло<strong>в</strong>ая энергия (рабочий пар)<br />
конденсация<br />
контактный или по<strong>в</strong>ерхностный<br />
конденсатор<br />
2
Пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки -<br />
конструкция и принцип дейст<strong>в</strong>ия<br />
1<br />
B<br />
4<br />
Рис. 1: Схема пароэжекторной холодильной<br />
устано<strong>в</strong>ки со смеши<strong>в</strong>ающим<br />
конденсатором<br />
2<br />
A<br />
C<br />
1 рабочий пар<br />
2 охлаждаемая среда<br />
3 охлажденная среда<br />
4 охлаждающая <strong>в</strong>ода<br />
5 нагретая охлаждающая <strong>в</strong>ода<br />
3<br />
5<br />
A мгно<strong>в</strong>енный испаритель<br />
B пароструйный компрессор<br />
C конденсатор контактного типа<br />
Преимущест<strong>в</strong>а устано<strong>в</strong>ок мгно<strong>в</strong>енного<br />
охлаждения<br />
простая и прочная конструкция<br />
надежная и безопасная эксплуатация<br />
очень малый износ <strong>в</strong> с<strong>в</strong>язи с отсутст<strong>в</strong>ием<br />
д<strong>в</strong>ижущихся частей<br />
минимальное техническое обслужи<strong>в</strong>ание<br />
<strong>в</strong>озможно контактное и по<strong>в</strong>ерхностное охлаждение,<br />
при по<strong>в</strong>ерхностном охлаждении охлаждающей средой<br />
почти <strong>в</strong>сегда служит <strong>в</strong>ода, что упрощает эксплуатацию<br />
очень малый объем охлаждающей среды<br />
<strong>в</strong>озможность быстрой и частой смены нагрузки<br />
минимальное потребление электроэнергии<br />
бросо<strong>в</strong>ое тепло и <strong>в</strong>торичный пар утилизируются<br />
<strong>в</strong>ысокая эффекти<strong>в</strong>ность при сезонном или<br />
периодическом использо<strong>в</strong>ании устано<strong>в</strong>ок<br />
холодильный коэффициент* можно еще больше<br />
у<strong>в</strong>еличить, используя систему экономии<br />
рабочего пара.<br />
* Холодильный коэффициент = холодопроиз<strong>в</strong>одительность/расход<br />
рабочего пара<br />
Классификация устано<strong>в</strong>ок мгно<strong>в</strong>енного охлаждения<br />
Холодильные устано<strong>в</strong>ки<br />
Произ<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>о холода<br />
Теплоутилизация<br />
Температура охлажденной среды<br />
Температура охлаждающей <strong>в</strong>оды на <strong>в</strong>ходе > 1<br />
Температура охлажденной среды<br />
Температура охлаждающей <strong>в</strong>оды на <strong>в</strong>ходе
Пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки - конструкция и принцип дейст<strong>в</strong>ия<br />
Сжатие пара с помощью струйных насосо<strong>в</strong><br />
Струйные насосы - это компрессоры, которые при<strong>в</strong>одятся<br />
<strong>в</strong> дейст<strong>в</strong>ие газом и не имеют д<strong>в</strong>ижущихся<br />
частей: пар, образо<strong>в</strong>а<strong>в</strong>шийся при мгно<strong>в</strong>енном испарении<br />
эжектируемой (охлаждаемой) среды, проходит<br />
через <strong>в</strong>сасы<strong>в</strong>ающее сопло <strong>в</strong> приемную камеру эжектора.<br />
Рабочая среда (обычно, пар) расширяется,<br />
проходя через сопло, где энергия да<strong>в</strong>ления пре<strong>в</strong>ращается<br />
<strong>в</strong> кинетическую энергию. Этот быстрый поток<br />
зах<strong>в</strong>аты<strong>в</strong>ает эжектируемую среду (т.е. среду, которую<br />
требуется охладить) и разгоняется <strong>в</strong> конфузоре сопла<br />
смешения. После критического сечения, <strong>в</strong> диффузоре,<br />
кинетическая энергия смеси постепенно <strong>в</strong>но<strong>в</strong>ь<br />
пре<strong>в</strong>ращается <strong>в</strong> потенциальную энергию, т.е. среда<br />
сжимается до более <strong>в</strong>ысокого да<strong>в</strong>ления (рис. 2).<br />
Рис. 2. Устройст<strong>в</strong>о эжектора и изменение да<strong>в</strong>ления<br />
1 приемная камера<br />
2 сопло рабочего<br />
пара<br />
3 конфузор<br />
4 критическое<br />
сечение<br />
5 диффузор<br />
}диффузор,<br />
смесительное<br />
сопло<br />
p 1 да<strong>в</strong>ление рабочего пара<br />
p 0 начальное да<strong>в</strong>ление<br />
p конечное да<strong>в</strong>ление<br />
p s да<strong>в</strong>ление при скорости з<strong>в</strong>ука<br />
p v пре<strong>в</strong>ышение да<strong>в</strong>ления<br />
M· 1 поток рабочего пара<br />
M· 0 поток эжектируемой среды<br />
M·<br />
поток газо<strong>в</strong>ой смеси<br />
Мгно<strong>в</strong>енное охлаждение<br />
Для каждого типа жидкости да<strong>в</strong>лению испарения<br />
соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ует определенная температура испарения.<br />
Жидкость закипает, если ее да<strong>в</strong>ление оказы<strong>в</strong>ается<br />
ниже да<strong>в</strong>ления испарения. За<strong>в</strong>исимость между этими<br />
<strong>в</strong>еличинами для <strong>в</strong>оды <strong>в</strong> диапазоне температур от 0 до<br />
100 °С показана на рис. 3. В устано<strong>в</strong>ках мгно<strong>в</strong>енного<br />
охлаждения испаряется лишь небольшая часть<br />
охлаждаемой жидкости (расход <strong>в</strong>торичного пара<br />
<strong>в</strong>ыражен <strong>в</strong> кг/с). Тепло<strong>в</strong>ая энергия, необходимая для<br />
этого процесса, отнимается у остальной части жидкости:<br />
ее температура падает до температуры кипения,<br />
соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ующей данному более низкому да<strong>в</strong>лению.<br />
Поток <strong>в</strong>торичного пара переносит тепло<strong>в</strong>ую энергию<br />
охлаждаемой жидкости <strong>в</strong> конденсатор, т.е. передает<br />
теплоту другой системе (потребителю теплоты,<br />
устано<strong>в</strong>ке охлаждения оборотного теплоносителя<br />
и т.п.).<br />
Рис. 3. Кри<strong>в</strong>ая насыщения (<strong>в</strong>ода): ts = f(p s )<br />
Температура ts, [°С]<br />
Да<strong>в</strong>ление ps, кПа (абс.)<br />
Рис. 4. 100 кг/с <strong>в</strong>оды с температурой 20 °С охлаждается до 10 °С<br />
за счет испарения 1,66 кг/с <strong>в</strong>оды, что дает <strong>в</strong>ыход холодной <strong>в</strong>оды<br />
98,34 кг/с.<br />
В этой камере требуется поддержи<strong>в</strong>ать да<strong>в</strong>ление (абсолютное)<br />
около 1,23 кПа. Энтальпия испарения 2478 кДж/кг обеспечи<strong>в</strong>ает<br />
холодопроиз<strong>в</strong>одительность 2478 кДж/кг x 1,66 кг/с = 4 113 кВт.<br />
4
Пароэжекторные холодильные<br />
устано<strong>в</strong>ки - типы<br />
Имеется три осно<strong>в</strong>ных типа пароэжекторных холодильных устано<strong>в</strong>ок:<br />
компактные устано<strong>в</strong>ки малой произ<strong>в</strong>одительности;<br />
колонные устано<strong>в</strong>ки средней и большой произ<strong>в</strong>одительности для усло<strong>в</strong>ий ограниченной<br />
произ<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>енной площади;<br />
портальные устано<strong>в</strong>ки <strong>в</strong>ысокой произ<strong>в</strong>одительности.<br />
Компактные пароэжекторные холодильные<br />
устано<strong>в</strong>ки<br />
Такие устано<strong>в</strong>ки состоят из следующих горизонтально<br />
ориентиро<strong>в</strong>анных компоненто<strong>в</strong>: один сосуд<br />
мгно<strong>в</strong>енного испарения (1) и один конденсатор (2) <strong>в</strong><br />
общем горизонтальном сосуде. Эжектор (3) расположен<br />
параллельно этому сосуду. Небольшой <strong>в</strong>одокольце<strong>в</strong>ой<br />
<strong>в</strong>акуумный насос (4) служит для пред<strong>в</strong>арительной<br />
откачки <strong>в</strong>оздуха. Теплота конденсации от<strong>в</strong>одится<br />
охлаждающей <strong>в</strong>одой, например, через градирню (6).<br />
Устано<strong>в</strong>ка оснащена системой упра<strong>в</strong>ления.<br />
Данный тип устано<strong>в</strong>ок не требует большой<br />
площади и имеет небольшую <strong>в</strong>ысоту.<br />
Рис. 5. 2-ступенчатая пароэжекторная холодильная устано<strong>в</strong>ка<br />
компактного типа, охлаждает 44 м 3 /час <strong>в</strong>оды от 30 до 10 °С.<br />
Рис. 6.<br />
охлаждающая <strong>в</strong>ода<br />
рабочий пар<br />
охлаждаемая среда<br />
3<br />
4<br />
1 мгно<strong>в</strong>енный<br />
испаритель<br />
2 конденсатор<br />
3 эжектор<br />
4 <strong>в</strong>акуумный насос<br />
пред<strong>в</strong>арительной<br />
деаэрации<br />
5 сборный резер<strong>в</strong>уар<br />
6 устано<strong>в</strong>ка<br />
охлаждения<br />
оборотного<br />
теплоносителя<br />
7 циркуляционные<br />
насосы<br />
1<br />
5<br />
2<br />
5<br />
6<br />
7 7 7<br />
5
Пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки - типы<br />
Колонные пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки<br />
Это <strong>в</strong>ертикальные конструкции: камеры мгно<strong>в</strong>енного<br />
охлаждения (1) и камеры конденсации (2) устана<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>аются<br />
одна над другой. Камеры мгно<strong>в</strong>енного охлаждения<br />
и камеры конденсации каждой ступени соединяются<br />
трубой или эжектором (3). Во многих случаях<br />
устано<strong>в</strong>ка оснащается градирней (6) для <strong>в</strong>торичного<br />
охлаждения охлаждающей <strong>в</strong>оды. Как пра<strong>в</strong>ило, для<br />
деаэрации применяется пароструйный <strong>в</strong>акуумный<br />
насос. Устано<strong>в</strong>ка оснащена системой упра<strong>в</strong>ления.<br />
Данный тип устано<strong>в</strong>ок требует относительно<br />
небольшой площади, но имеет большую <strong>в</strong>ысоту.<br />
Рис. 7. 2-ступенчатая пароэжекторная холодильная<br />
устано<strong>в</strong>ка башенного типа, охлаждает 200 м 3 /час <strong>в</strong>оды<br />
от 10 до 5 °С. Холодопроиз<strong>в</strong>одительность: 1163 кВт.<br />
Рис. 8.<br />
охлаждающая <strong>в</strong>ода<br />
рабочий пар<br />
охлаждаемая среда<br />
1 мгно<strong>в</strong>енный<br />
испаритель<br />
2 конденсатор<br />
3 эжекторы<br />
4 <strong>в</strong>акуумный насос<br />
пред<strong>в</strong>арительной<br />
деаэрации<br />
5 сборный резер<strong>в</strong>уар<br />
6 устано<strong>в</strong>ка<br />
охлаждения<br />
оборотного<br />
теплоносителя<br />
7 циркуляционные<br />
насосы<br />
3<br />
3<br />
2<br />
1<br />
4<br />
6<br />
5<br />
7 7 7<br />
6
Пароструйные холодильные устано<strong>в</strong>ки - типы<br />
Портальные пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки<br />
Они состоят из <strong>в</strong>ертикальных или горизонтальных<br />
камер мгно<strong>в</strong>енного охлаждения (1), горизонтальных<br />
эжекторо<strong>в</strong> (3) и <strong>в</strong>ертикальных камер конденсации (2).<br />
Камеры мгно<strong>в</strong>енного охлаждения и камеры конденсации<br />
каждой ступени соединяются трубой или эжектором<br />
(3). Во многих случаях устано<strong>в</strong>ка оснащается<br />
градирней (6) для <strong>в</strong>торичного охлаждения охлаждающей<br />
<strong>в</strong>оды. В соста<strong>в</strong> устано<strong>в</strong>ки также <strong>в</strong>ходит пароструйный<br />
<strong>в</strong>акуумный насос для деаэрации. Устано<strong>в</strong>ка<br />
оснащена системой упра<strong>в</strong>ления.<br />
Данный тип устано<strong>в</strong>ок требует имеет небольшую<br />
<strong>в</strong>ысоту, но занимает значительную площадь.<br />
Рис. 9. 3-ступенчатая пароэжекторная холодильная<br />
устано<strong>в</strong>ка портального типа, охлаждает 194 м 3 /час<br />
<strong>в</strong>оды от 28 до 15 °С.<br />
Холодопроиз<strong>в</strong>одительность: 2 900 кВт.<br />
Рис. 10.<br />
1 мгно<strong>в</strong>енный<br />
испаритель<br />
2 конденсатор<br />
3 эжекторы<br />
4 <strong>в</strong>акуумный насос<br />
пред<strong>в</strong>арительной<br />
деаэрации<br />
5 сборный резер<strong>в</strong>уар<br />
6 устано<strong>в</strong>ка<br />
охлаждения<br />
оборотного<br />
теплоносителя<br />
7 циркуляционные<br />
насосы<br />
1<br />
3<br />
2<br />
4<br />
охлаждающая <strong>в</strong>ода<br />
рабочий пар<br />
охлаждаемая среда<br />
1<br />
3<br />
1<br />
3<br />
6<br />
7<br />
5<br />
7 7<br />
7
Пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки - типы<br />
Стандартизо<strong>в</strong>анные пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки - типоразмеры<br />
<strong>GEA</strong> Jet Pumps предлагает стандартизо<strong>в</strong>анные<br />
устано<strong>в</strong>ки.<br />
Преимущест<strong>в</strong>а:<br />
простая конструкция<br />
низкие ин<strong>в</strong>естиционные расходы<br />
сокращенные сроки поста<strong>в</strong>ки<br />
Выпускается <strong>в</strong>осемь типоразмеро<strong>в</strong> устано<strong>в</strong>ок<br />
(см. таблицу). По заказу произ<strong>в</strong>одится инди<strong>в</strong>идуальное<br />
проектиро<strong>в</strong>ание. Этим типоразмерам соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>уют<br />
иллюстрации, при<strong>в</strong>еденные на следующей<br />
странице (рис. 11, 12 и 13).<br />
Холодопроиз<strong>в</strong>одительность нетто кВт 20 100 300 600 1000 3000 7500 15000<br />
Охлаждаемая среда (<strong>в</strong>ода)<br />
температура на <strong>в</strong>ходе °C 12 12 12 12 12 12 12 12<br />
температура на <strong>в</strong>ыходе °C 6 6 6 6 6 6 6 6<br />
объемный расход м 3 /ч 2.9 14.5 43.5 87 145 435 1 086 2 172<br />
размеры сопла: <strong>в</strong>ход/<strong>в</strong>ыход DN 25/40 50/80 80/150 150/200 150/250 250/400 400/700 600/1 000<br />
Охлаждающая <strong>в</strong>ода<br />
температура на <strong>в</strong>ходе °C 30 30 30 30 30 30 30 30<br />
температура на <strong>в</strong>ыходе °C 40 40 40 40 40 40 40 40<br />
объемный расход м 3 /ч 8 37 95 190 305 855 2 140 4 275<br />
размеры сопла: <strong>в</strong>ход/<strong>в</strong>ыход DN 40/50 80/100 150/200 200/250 250/350 400/600 600/1 000 900/1 400<br />
Рабочий пар (0,4 МПа)<br />
лето (100 % нагрузка) кг/ч 95 440 1100 2150 3450 9 450 23 500 47 000<br />
<strong>в</strong>есна/лето 1) 60 % кг/ч прибл. 60 прибл. 260 прибл. 660 прибл. 1 300 прибл. 2 070 прибл. 5 700 прибл. 14 000 прибл. 28 000<br />
зима 1) 20 % кг/ч прибл. 20 прибл. 90 прибл. 200 прибл. 430 прибл. 700 прибл. 1 900 прибл. 4 700 прибл. 9 400<br />
Расход подпиточной <strong>в</strong>оды<br />
(например, 12 °С)<br />
м 3 /ч 0,03 0,14 0,44 0,87 1,45 4,36 10,90 21,81<br />
Число ступеней 1 1 2 2 2 3 3 3<br />
Тип конструкции компактная компактная колонная колонная колонная портальная портальная портальная<br />
не барометрическирическирический<br />
рический 2) рический ческий ческий ческий<br />
не баромет-<br />
не баромет-<br />
не баромет-<br />
не баромет-<br />
баромет-ри-<br />
баромет-ри-<br />
баромет-ри-<br />
Тип сли<strong>в</strong>а<br />
Электропитание<br />
<strong>в</strong>одокольце<strong>в</strong>ой <strong>в</strong>акуумный насос кВт 0,7 0,7 (нет) (нет) (нет) (нет) (нет) (нет)<br />
насос охлаждающей <strong>в</strong>оды 1 3) (100 %) кВт 0,5 2,5 10 18 36 110 270 620<br />
насос охлаждающей <strong>в</strong>оды 2 3) (100 %) кВт 0,5 2,0 8 15 25 80 200 450<br />
насос охлаждаемой среды 3) (100 %) кВт 0,5 1,0 3 6 12 50 120 280<br />
<strong>в</strong>ентилятор градирни (100 %) кВт 0,5 2,0 6 11 18 52 128 256<br />
полная мощность кВт 2,7 8,2 27 50 91 292 718 1 606<br />
Габариты (пароэжекторной<br />
холодильной устано<strong>в</strong>ки)<br />
длина м 2,5 3,5 2,0 2,5 3 15 20 22<br />
ширина м 1,0 1,5 2,0 2,5 3 5 7 13<br />
<strong>в</strong>ысота м 2,5 3,0 12,0 14,0 17 13 4) 20 4) 30 4)<br />
Масса 3)<br />
без загрузки т 1,3 2,2 8 13 20 25 75 150<br />
эксплуатационная т 1,5 3,0 10 16 25 32 100 200<br />
с <strong>в</strong>одой т 2,0 4,0 14 28 40 70 240 550<br />
1) Для Центральной Е<strong>в</strong>ропы<br />
2) дополнительно питающий бак для охлаждающей среды<br />
3) для перепада +/- 0.0 м<br />
4) плюс барометрическая <strong>в</strong>ысота (11 м)<br />
5) без платформ, насосо<strong>в</strong>, градирни и труб<br />
8
Пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки - типы<br />
Рис. 11. Колонная конструкция<br />
Рис. 12. Портальная конструкция<br />
Рис. 13. Компактная конструкция<br />
9
Тип сли<strong>в</strong>а и упра<strong>в</strong>ление<br />
Возможные конфигурации<br />
Холодильные устано<strong>в</strong>ки обычно состоят из трех<br />
компоненто<strong>в</strong>:<br />
собст<strong>в</strong>енно холодильной устано<strong>в</strong>ки<br />
системы циркуляции охлажденной среды<br />
системы циркуляции охлаждающей <strong>в</strong>оды<br />
Большинст<strong>в</strong>о устано<strong>в</strong>ок мгно<strong>в</strong>енного охлаждения<br />
работает под <strong>в</strong>акуумом. Охлажденная среда и (или)<br />
охлаждающая <strong>в</strong>ода забираются из <strong>в</strong>акуумной камеры<br />
и подаются <strong>в</strong> соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ующую систему циркуляции.<br />
Барометрическая компоно<strong>в</strong>ка сущест<strong>в</strong>енно облегчает<br />
сли<strong>в</strong> среды из сосуда под <strong>в</strong>акуумом. Если, однако,<br />
минимально необходимая для этого <strong>в</strong>ысота 11 м<br />
недоступна, требуется небарометрический сли<strong>в</strong><br />
(см. стр. 11). В таблице показаны <strong>в</strong>озможные комбинации<br />
конструкций и <strong>в</strong>арианто<strong>в</strong> сли<strong>в</strong>а: холодильная<br />
устано<strong>в</strong>ка может иметь барометрический или небарометрический<br />
сли<strong>в</strong>, <strong>в</strong> обоих случаях <strong>в</strong>озможны три<br />
<strong>в</strong>арианта конструкции системы циркуляции охлажденной<br />
среды и охлаждающей <strong>в</strong>оды. Следующая<br />
таблица иллюстрирует это положение:<br />
Возможные комбинации конструкций и <strong>в</strong>арианто<strong>в</strong> сли<strong>в</strong>а<br />
2-ступенчатая пароэжекторная<br />
холодильная устано<strong>в</strong>ка:<br />
компактная конструкция<br />
колонная конструкция<br />
портальная конструкция<br />
1 1<br />
5<br />
5<br />
1<br />
5<br />
2<br />
4<br />
2<br />
4<br />
2<br />
4<br />
Осно<strong>в</strong>ные способы сли<strong>в</strong>а охлажденной<br />
среды из под <strong>в</strong>акуума<br />
барометрический<br />
небарометрический<br />
2 2 2 2 2 2<br />
3<br />
3<br />
Циркуляция охлажденной среды<br />
прямая<br />
прямая, через резер<strong>в</strong>уар<br />
непрямая, через промежуточный<br />
теплообменник к потребителям<br />
охлажденной среды<br />
1<br />
3<br />
1<br />
3<br />
1<br />
3<br />
Осно<strong>в</strong>ные типы сли<strong>в</strong>а охлаждающей<br />
<strong>в</strong>оды из под <strong>в</strong>акуума<br />
барометрический<br />
небарометрический<br />
4 4 4<br />
6<br />
4 4 4<br />
6<br />
Циркуляции охлаждающей <strong>в</strong>оды<br />
прямая, через градирню<br />
непрямая, через промежуточный<br />
теплообменник к градирне<br />
непрямая, через промежуточный<br />
теплообменник к другим<br />
абсорберам тепла (речная <strong>в</strong>ода,<br />
другие технологические<br />
процессы)<br />
5<br />
6<br />
5<br />
6<br />
5<br />
6<br />
10
Тип сли<strong>в</strong>а и упра<strong>в</strong>ление<br />
Варианты сли<strong>в</strong>а<br />
Сли<strong>в</strong> может быть барометрическим и небарометрическим.<br />
Рис. 14. Барометрический сли<strong>в</strong><br />
Рис. 15. Небарометрический сли<strong>в</strong><br />
< 11 м<br />
>_ 11 м<br />
охлаждающая <strong>в</strong>ода<br />
рабочий пар<br />
Преимущест<strong>в</strong>а<br />
Да<strong>в</strong>ление <strong>в</strong>сасы<strong>в</strong>ания циркуляционного насоса<br />
<strong>в</strong>сегда не ниже атмосферного, что устраняет<br />
опасность ка<strong>в</strong>итации.<br />
Вакуумная камера отделяется от атмосферного<br />
да<strong>в</strong>ления столбом жидкости <strong>в</strong> барометрической<br />
трубе.<br />
Обычно такая система не может рассматри<strong>в</strong>аться<br />
как сосуд под да<strong>в</strong>лением, поскольку данная<br />
компоно<strong>в</strong>ка не поз<strong>в</strong>оляет поддержи<strong>в</strong>ать<br />
избыточное да<strong>в</strong>ление.<br />
Примечание<br />
Вакуумные камеры должны быть устано<strong>в</strong>лены не<br />
менее чем <strong>в</strong> 11 м над гидрозат<strong>в</strong>ором.<br />
Преимущест<strong>в</strong>а<br />
Перепад <strong>в</strong>ысоты между <strong>в</strong>акуумными камерами и<br />
гидрозат<strong>в</strong>ором может быть меньше 11 м.<br />
Примечания<br />
Да<strong>в</strong>ление <strong>в</strong>сасы<strong>в</strong>ания циркуляционного насоса ниже<br />
атмосферного, поэтому циркуляционный насос<br />
следует защитить от ка<strong>в</strong>итации.<br />
В силу закрытой конструкции такие сосуды обычно<br />
считаются сосудами под да<strong>в</strong>лением, т.е. должны<br />
соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>о<strong>в</strong>ать особым требо<strong>в</strong>аниям <strong>в</strong> отношении<br />
проектиро<strong>в</strong>ания и изгото<strong>в</strong>ления.<br />
11
[<br />
[<br />
[<br />
[<br />
[<br />
[<br />
Тип сли<strong>в</strong>а и упра<strong>в</strong>ление<br />
Упра<strong>в</strong>ление пароэжекторными холодильными устано<strong>в</strong>ками<br />
Упра<strong>в</strong>ления пароэжекторными холодильными<br />
устано<strong>в</strong>ками:<br />
согласо<strong>в</strong>ание холодопроиз<strong>в</strong>одительности с текущей<br />
нагрузкой и (или)<br />
снижение эксплуатационных расходо<strong>в</strong>.<br />
Рис. 16. Максимальная температура охлажденной оборотной<br />
<strong>в</strong>оды <strong>в</strong> течение года (для Центральной Е<strong>в</strong>ропы)<br />
Регулиро<strong>в</strong>ание произ<strong>в</strong>одительности<br />
Произ<strong>в</strong>одительность пароэжекторной холодильной<br />
устано<strong>в</strong>ки можно изменять, откры<strong>в</strong>ая и закры<strong>в</strong>ая паро<strong>в</strong>ые<br />
клапаны отдельных эжекторо<strong>в</strong>. При усло<strong>в</strong>ии постоянного<br />
расхода охлаждаемой среды холодопроиз<strong>в</strong>одительность<br />
можно регулиро<strong>в</strong>ать по температуре<br />
охлажденной среды на <strong>в</strong>ыходе пароэжекторной холодильной<br />
устано<strong>в</strong>ки. Это можно делать <strong>в</strong>ручную или<br />
а<strong>в</strong>томатически.<br />
Месяц<br />
Регулиро<strong>в</strong>ание расхода рабочего пара - экономия<br />
рабочего пара<br />
Пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки проектируются<br />
<strong>в</strong> расчете на наименее благоприятные рабочие<br />
усло<strong>в</strong>ия, например, самую <strong>в</strong>ысокую <strong>в</strong>озможную температуру<br />
охлаждающей <strong>в</strong>оды <strong>в</strong> году. На диаграмме<br />
(рис. 16) показан типичная годо<strong>в</strong>ая температурная диаграмма<br />
для Центральной Е<strong>в</strong>ропы. При усло<strong>в</strong>ии постоянного<br />
расхода охлаждающей <strong>в</strong>оды да<strong>в</strong>ление конденсации<br />
<strong>в</strong> течение большей части года остается заметно ниже<br />
расчетного. Соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно, паро<strong>в</strong>ой <strong>в</strong>акуумный насос<br />
может работать проти<strong>в</strong> да<strong>в</strong>ления ниже расчетного.<br />
Согласно характеристикам струйных насосо<strong>в</strong> максимально<br />
допустимое конечное да<strong>в</strong>ление на <strong>в</strong>ыходе насоса<br />
пропорционально да<strong>в</strong>лению д<strong>в</strong>ижущего пара (<strong>в</strong> определенном<br />
диапазоне). Максимально допустимое конечное<br />
да<strong>в</strong>ление должно быть <strong>в</strong>ыше да<strong>в</strong>ления конденсации <strong>в</strong><br />
присоединенном к эжектору конденсаторе. Если температура<br />
охлаждающей <strong>в</strong>оды падает, да<strong>в</strong>ление конденсации<br />
также падает. В этом случае не требуется сжимать<br />
среду до <strong>в</strong>ысокого расчетного конечного да<strong>в</strong>ления, и<br />
да<strong>в</strong>ление рабочего пара можно соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно понизить<br />
с помощью дроссельного клапана. Таким образом,<br />
потребление рабочего пара пароэжекторной холодильной<br />
устано<strong>в</strong>кой снижается без изменения холодопроиз<strong>в</strong>одительности.<br />
Следующие диаграммы (рис. 17 и 18)<br />
иллюстрируют эту за<strong>в</strong>исимость. Экономия рабочего<br />
пара улучшает среднегодо<strong>в</strong>ой холодильный<br />
коэффициент*.<br />
Рис. 17. Потребление пара <strong>в</strong> за<strong>в</strong>исимости от температуры охлаждающей<br />
<strong>в</strong>оды<br />
<strong>в</strong> четырехступенчатой устано<strong>в</strong>ке (для охлаждения до 10 °С)<br />
Рис. 18. Диаграмма потребления пара на осно<strong>в</strong>е соотношения,<br />
предста<strong>в</strong>ленного <strong>в</strong> д<strong>в</strong>ух предыдущих диаграммах (рис 16 и 17). Среднее<br />
потребление пара 72 % от максимального.<br />
[<br />
[<br />
* Холодильный коэффициент = холодопроиз<strong>в</strong>одительность/расход<br />
рабочего пара<br />
12
Тип сли<strong>в</strong>а и упра<strong>в</strong>ление<br />
Потребление пара и охлаждающей <strong>в</strong>оды пароэжекторными<br />
холодильными устано<strong>в</strong>ками<br />
Потребление пара и охлаждающей <strong>в</strong>оды пароэжекторными<br />
холодильными устано<strong>в</strong>ками за<strong>в</strong>исит от<br />
охлаждаемой среды<br />
температуры охлаждающей <strong>в</strong>оды<br />
да<strong>в</strong>ления рабочего пара<br />
числа ступеней устано<strong>в</strong>ки и<br />
требуемой температуры охлажденной среды на<br />
<strong>в</strong>ыходе устано<strong>в</strong>ки<br />
На рис. 19 предста<strong>в</strong>лен расход рабочего пара и охлаждающей<br />
<strong>в</strong>оды. Предположим, 100 м 3 <strong>в</strong>оды <strong>в</strong> час охлаждается<br />
от 20 до 10 °С <strong>в</strong> д<strong>в</strong>ухступенчатой пароэжекторной<br />
холодильной устано<strong>в</strong>ке. По диаграмме 19 находим, что<br />
расход охлаждающей <strong>в</strong>оды соста<strong>в</strong>ит около 200 м 3 /час<br />
(при ее нагре<strong>в</strong>е от 24 до 35 °С) и расход рабочего пара<br />
около 1800 кг/час (7 бар изб., 170 °С). Кроме того, <strong>в</strong>идно,<br />
что у<strong>в</strong>еличение числа ступеней снижает эксплуатационные<br />
и у<strong>в</strong>еличи<strong>в</strong>ает ин<strong>в</strong>естиционные расходы<br />
(и наоборот).<br />
Рис. 19. Потребление пара и охлаждающей <strong>в</strong>оды пароэжекторными<br />
холодильными устано<strong>в</strong>ками непреры<strong>в</strong>ного<br />
дейст<strong>в</strong>ия со смесительными конденсаторами<br />
n = число ступеней мгно<strong>в</strong>енного испарения<br />
tKaWa = температура охлажденной<br />
среды на <strong>в</strong>ыходе, °C<br />
Q = холодопроиз<strong>в</strong>одительность, кВт<br />
Оптимальное потребление пара и охлаждающей<br />
<strong>в</strong>оды пароэжекторными холодильными устано<strong>в</strong>ками<br />
Коэффициент охлаждения R помогает рассчитать<br />
уро<strong>в</strong>ень нагре<strong>в</strong>а охлаждающей <strong>в</strong>оды, который обеспечи<strong>в</strong>ает<br />
низкие эксплуатационные затраты.<br />
Коэффициент охлаждения R = K ·<br />
стоимость пара/t<br />
стоимость охлаждающей <strong>в</strong>оды/м 3<br />
Величина К - это средний расход пара <strong>в</strong> процентах.<br />
Например, относительно <strong>в</strong>ысокая стоимость пара<br />
при<strong>в</strong>одит к <strong>в</strong>ысокому значению R. В этом случае малый<br />
перепад температур охлаждающей <strong>в</strong>оды снижает<br />
эксплуатационные расходы и наоборот (см. рис. 20). На<br />
этой диаграмме K = 0,7 (70 % от расчетного значения)<br />
при охлаждении 100 м 3 <strong>в</strong>оды <strong>в</strong> час от 20 до 5 °С, что<br />
соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ует холодопроиз<strong>в</strong>одительности 1745 кВт для<br />
трехступенчатой пароэжекторной холодильной устано<strong>в</strong>ки<br />
со смесительными конденсаторами. Расчет<br />
произ<strong>в</strong>еден для следующих усло<strong>в</strong>ий<br />
Расход охлаждающей <strong>в</strong>оды остается постоянным.<br />
Расход пара регулируется.<br />
Рис. 20. Оптимизация эксплуатационных расходо<strong>в</strong><br />
13
Устано<strong>в</strong>ки утилизации тепла<br />
Во многих технологических процессах образуется<br />
<strong>в</strong>ода или <strong>в</strong>одная дисперсионная система с относительно<br />
<strong>в</strong>ысокой температурой. В этом случае устано<strong>в</strong>ки<br />
теплоутилизации могут снизить:<br />
эксплуатационные расходы и<br />
загрязнение за счет лучшего использо<strong>в</strong>ания<br />
энергии.<br />
В принципе, применяемая компанией <strong>GEA</strong> Jet Pump<br />
технология теплоутилизации очень сходна с процессом<br />
мгно<strong>в</strong>енного охлаждения, см. стр. 4. Однако, цель<br />
процесса утилизации теплоты - по<strong>в</strong>торное использо<strong>в</strong>ание<br />
тепло<strong>в</strong>ой энергии. Вторичный пар сжимается<br />
до более <strong>в</strong>ысокого да<strong>в</strong>ления с помощью струйного<br />
насоса (термокомпрессора) и пре<strong>в</strong>ращается <strong>в</strong> источник<br />
энергии с <strong>в</strong>ысоким температурным потенциалом.<br />
Рис. 21. Химическая промышленность<br />
Рис. 22. Целлюлозно-бумажная промышленность<br />
3<br />
4<br />
1<br />
2<br />
3<br />
2<br />
1<br />
охлаждающая <strong>в</strong>ода<br />
рабочий пар<br />
<strong>в</strong>ыпари<strong>в</strong>аемая среда<br />
1 испаритель<br />
2 струйный насос<br />
(термокомпрессор)<br />
3 конденсатор<br />
1 сушильный барабан<br />
2 сборный резер<strong>в</strong>уар<br />
3 мгно<strong>в</strong>енный испаритель<br />
4 струйный насос<br />
(термокомпрессор)<br />
Образующийся <strong>в</strong> <strong>в</strong>ыпарном аппарате <strong>в</strong>торичный пар имеет да<strong>в</strong>ление 200<br />
кПа и температуру 60 °С. С помощью струйного насоса большую часть<br />
этого пара можно использо<strong>в</strong>ать <strong>в</strong> качест<strong>в</strong>е греющего. В данном примере<br />
за счет утилизации <strong>в</strong>торичного пара можно сэкономить приблизительно<br />
60 % с<strong>в</strong>ежего пара (если принять да<strong>в</strong>ление с<strong>в</strong>ежего пара 0,3 МПа (изб.).<br />
Теплота отбирается у теплого конденсата, стекающего из сушильного<br />
барабана бумагоделательной машины, путем его мгно<strong>в</strong>енного испарения.<br />
Образующийся пар сжимается струйным насосом до да<strong>в</strong>ления греющего<br />
пара. В данном случае струйные насосы рассчитаны на переменный<br />
расход (упра<strong>в</strong>ление иглой распылителя), чтобы обеспечить очень<br />
точное регулиро<strong>в</strong>ание, требуемое целлюлозно-бумажной<br />
промышленностью.<br />
14
Критерии проектиро<strong>в</strong>ания пароэжекторных<br />
холодильных устано<strong>в</strong>ок<br />
Несмотря на стандартизацию, пароэжекторные холодильные устано<strong>в</strong>ки обычно проектируются по спецификациям<br />
заказчика. В силу многообразия применений и очень разных требо<strong>в</strong>аний операторо<strong>в</strong> размер, конструкция,<br />
компоно<strong>в</strong>ка и режим работы устано<strong>в</strong>ок сильно различаются.<br />
Прежде <strong>в</strong>сего, требуется от<strong>в</strong>етить на следующие <strong>в</strong>опросы:<br />
1. Что требуется охлаждать? Характеристики жидкости, такие как температурная депрессия,<br />
осаждение кристалло<strong>в</strong> и т.д.?<br />
2. Какое количест<strong>в</strong>о требуется охлаждать? Массо<strong>в</strong>ый или объемный расход, периодический или непреры<strong>в</strong>ный<br />
режим?<br />
3. Диапазон охлаждения? Температура на <strong>в</strong>ходе и на <strong>в</strong>ыходе?<br />
Длительность (<strong>в</strong> случае периодического процесса)?<br />
4. Д<strong>в</strong>ижущая сила? Како<strong>в</strong>о доступное да<strong>в</strong>ление рабочего пара? Како<strong>в</strong>а стоимость пара?<br />
Како<strong>в</strong> доступный массо<strong>в</strong>ый расход пара (можно ли рассчиты<strong>в</strong>ать на<br />
отработанный или <strong>в</strong>торичный пар)?<br />
5. Способ охлаждения? Тип, количест<strong>в</strong>о и стоимость доступной охлаждающей среды?<br />
6. Како<strong>в</strong>а температура охлаждающей среды? Како<strong>в</strong>а максимальная и минимальная температура охлаждающей<br />
среды <strong>в</strong> течение рабочего процесса?<br />
7. Тип сли<strong>в</strong>а? Барометрический или небарометрический?<br />
8. Тип конденсации? Прямая (конденсат и охлаждающая среда смеши<strong>в</strong>аются) или непрямая<br />
(конденсат и охлаждающая среда не смеши<strong>в</strong>аются)?<br />
9. Требуемая холодопроиз<strong>в</strong>одительность? Како<strong>в</strong>а ожидаемая диаграмма нагрузки (полная нагрузка, частичная<br />
нагрузка)?<br />
10. Тип конструкционного материала? Выбор конструкционного материала может за<strong>в</strong>исеть от рабочей<br />
среды, места эксплуатации (климат и т.д.) и опыта операторо<strong>в</strong>.<br />
11. Имеются ли дополнительные пра<strong>в</strong>ила? Требуется ли учесть дополнительные пра<strong>в</strong>ила или стандарты?<br />
12. Особые требо<strong>в</strong>ания? Имеется ли опыт эксплуатации подобных устано<strong>в</strong>ок или особые<br />
требо<strong>в</strong>ания <strong>в</strong> отношении пароэжекторной холодильной устано<strong>в</strong>ки?<br />
13. Примечания<br />
15
Краткий обзор нашего ассортимента<br />
Струйные насосы<br />
для перекачи<strong>в</strong>ания и смеши<strong>в</strong>ания газо<strong>в</strong>, жидкостей и<br />
сыпучих продукто<strong>в</strong>; для прямого нагре<strong>в</strong>а жидкостей;<br />
для применения <strong>в</strong> качест<strong>в</strong>е тепло<strong>в</strong>ых насосо<strong>в</strong>; насосы<br />
специальной конструкции используются <strong>в</strong> самых<br />
разных областях, например, <strong>в</strong> ядерной промышленности,<br />
<strong>в</strong> технологиях <strong>в</strong>ысокого да<strong>в</strong>ления и т.д.<br />
Пароэжекторные <strong>в</strong>акуумные насосы<br />
изгота<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>аются из углеродистой стали, нержа<strong>в</strong>еющей<br />
стали, хастеллоя, титана, графита, стекла,<br />
фарфора и т.д., да<strong>в</strong>ление <strong>в</strong>сасы<strong>в</strong>ания до 0,01 мбар,<br />
расход может быть как очень маленьким, так и очень<br />
большим; могут сочетаться с механическими <strong>в</strong>акуумными<br />
насосами; широко применяются <strong>в</strong> химической,<br />
фармаце<strong>в</strong>тической и пище<strong>в</strong>ой промышленности, а<br />
также для нефтепереработки и для дегазации стали.<br />
Эжекторные <strong>в</strong>акуум-насосы на <strong>в</strong>торичном паре<br />
используют <strong>в</strong>торичный пар, образующийся <strong>в</strong>о многих<br />
технологических процессах.<br />
Вакуумные/пароэжекторные холодильные<br />
устано<strong>в</strong>ки<br />
с пароструйными или механическими компрессорами<br />
для произ<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>а холодной <strong>в</strong>оды, для охлаждения<br />
жидких продукто<strong>в</strong>, <strong>в</strong> том числе агресси<strong>в</strong>ных и абрази<strong>в</strong>ных.<br />
Устано<strong>в</strong>ки утилизации тепла<br />
для утилизации остаточной теплоты отработа<strong>в</strong>ших<br />
газо<strong>в</strong>, паро<strong>в</strong>оздушной смеси, отработа<strong>в</strong>шего пара,<br />
конденсата или продукта, оборудуются частичным<br />
или полным тепло<strong>в</strong>ым насосом.<br />
Конденсационные устано<strong>в</strong>ки<br />
с по<strong>в</strong>ерхностными или смеши<strong>в</strong>ающими конденсаторами,<br />
со сжатием <strong>в</strong>торичного пара или без него, предназначенные<br />
для конденсации паро<strong>в</strong> или паро<strong>в</strong>оздушной<br />
смеси под <strong>в</strong>акуумом.<br />
Устано<strong>в</strong>ки <strong>в</strong>акуумной дегазации<br />
для удаления раст<strong>в</strong>оренных газо<strong>в</strong> из <strong>в</strong>оды и других<br />
жидкостей.<br />
Отопительные и холодильные устано<strong>в</strong>ки<br />
перед<strong>в</strong>ижные и стационарные устано<strong>в</strong>ки для нагре<strong>в</strong>аемых<br />
горячей <strong>в</strong>одой реакторо<strong>в</strong>, контактных сушилок<br />
и т.д.<br />
Скрубберы<br />
для очистки и обеспыли<strong>в</strong>ания отработа<strong>в</strong>шего <strong>в</strong>оздуха,<br />
разделения аэрозолей, охлаждения и кондициониро<strong>в</strong>ания<br />
газо<strong>в</strong>, конденсации паро<strong>в</strong>, регенерации продукто<strong>в</strong><br />
из отработа<strong>в</strong>шего <strong>в</strong>оздуха, абсорбции газообразных<br />
загрязнителей.<br />
Анализ проекто<strong>в</strong>, инжиниринг<br />
устано<strong>в</strong>ок из нашего ассортимента продукции.<br />
Все продукты осно<strong>в</strong>аны на испытанной технологии WIEGAND.<br />
<strong>GEA</strong> Jet Pumps<br />
<strong>GmbH</strong><br />
A company of <strong>GEA</strong> Group<br />
<strong>GEA</strong> Jet Pumps <strong>GmbH</strong> 105094, Россия, г.Моск<strong>в</strong>а, ул.Семено<strong>в</strong>ский <strong>в</strong>ал, 6, стр. 1<br />
Тел.: +7 495 787 20 20 Факс: +7 495 787 20 22<br />
www.geajet.com
Change language