SEMINARIUM Z CHŁODNICTWA

Transkrypt

1 SEMINARIUM Z CHŁODNICTWA Temat: Budowa, zasada działania i charakterystyka techniczna absorpcyjnego agregatu chłodniczego MILLENIUM firmy YORK jako źródła chłodu dla systemów klimatyzacji. PRACĘ WYKONAŁ: ZELMAŃSKI RAFAŁ Sem.8 SiUChK GDAŃSK 2006

2 1.WIADOMOŚCI WSTĘPNE Współczesne kierunki rozwoju technicznego związane są nierozerwalnie z dąŝeniem do poszanowania środowiska naturalnego oraz oszczędnego gospodarowania zasobami energetycznymi. W technice chłodniczej poszukuje się, zatem takich rozwiązań, które pozwolą ograniczyć zuŝycie energii napędowej, a takŝe wyeliminują uŝycie syntetycznych płynów roboczych, w tym szczególnie naleŝących do grupy CFC bądź HCFC. Dodatkowym bodźcem do tych poszukiwań jest to, iŝ obecnie daje się zauwaŝyć przyrost ilości urządzeń emitujących ciepło odpadowe bądź znaczne ilości niskociśnieniowej pary wodnej. Biorąc powyŝsze pod uwagę, absorpcyjne bromolitowe agregaty chłodnicze stanowią idealne wprost rozwiązanie. Ich zastosowanie umoŝliwia, bowiem zagospodarowanie odpadowych źródeł energii cieplnej, które mogą stanowić dla nich źródło energii napędowej. Nie bez znaczenia jest równieŝ fakt, iŝ czynnikiem roboczym w tych urządzeniach jest woda. W efekcie rozwiązanie to pozwala z jednej strony na doskonałe spełnienie wymogów ekologicznych, zaś z drugiej wymogów ekonomicznych, gdyŝ urządzenia te pozwalają na przykład znacznie obniŝyć koszty chłodzenia wody. 2.AGREGAT ABSORPCYJNY YORK MILLENIUM YIA 1

3 2

4 Podstawowe elementy składowe agregatu: pompa roztworu (1) warnik (2) skraplacz (3) parownik (4) absorber (5) pompa czynnika chłodniczego wymiennik regeneracyjny strumienica dekrystalizator 3.BUDOWA AGREGATU Urządzenie to wykorzystuje wodę jako czynnik chłodniczy oraz bromek litu jako absorbent. W prezentowanym urządzeniu temperatura skraplania pary wodnej utrzymuje się na poziomie około 45 o C, zaś temperatura parowania wynosi nieco poniŝej 4 o C. W parowniku bezwzględne ciśnienie statyczne wynosi wówczas zaledwie 0.8 kpa, natomiast w skraplaczu odpowiednio około 9 kpa. RóŜnica ciśnień statycznych pomiędzy skraplaczem a parownikiem utrzymuje się, zatem na poziomie zaledwie około 8 kpa. Taka sama róŝnica ciśnień panuje równieŝ pomiędzy warnikiem i absorberem. Taka róŝnica ciśnień nie zapewnia odpowiedniej cyrkulacji czynnika, bowiem istnieje w nim konieczność przetłaczania znacznych ilości roztworu. Wymaga to wyposaŝenia urządzenia w odpowiednią do tego celów pompę. NaleŜy równieŝ zauwaŝyć, Ŝe specyfiką wody jako czynnika chłodniczego jest to, Ŝe ciśnieniom występującym w tym agregacie odpowiadają bardzo duŝe objętości właściwe pary. Dla przykładu, w parowniku w temperaturze 4 o C z jednego litra wody powstaje prawie 140 tysięcy litrów pary. W skraplaczu zaś, z prawie 17 tysięcy litrów pary powstaje zaledwie jeden litr skroplin. W związku z tym cały agregat podzielony jest na dwa zespoły. Pierwszy jest układ warnik-skraplacz, zaś drugim zespół parownik-absorber. Rozwiązanie to umoŝliwia ograniczenie do minimum oporów przepływu duŝych ilości pary oraz osiągnięcie zwartej konstrukcji agregatu. Przebieg procesów zachodzących w agregacie MILLENIUM YIA W dolnym zespole obejmującym absorber i parownik roztwór bromku litu o małej jego zawartości (tzw. roztwór rozcieńczony) zbiera się na dnie absorbera. Stąd hermetyczna pompa roztworu przetłacza go do regeneracyjnego wymiennika ciepła o konstrukcji płaszczoworurowej. W wymienniku tym roztwór rozcieńczony zostaje wstępnie podgrzany. Roztwór przepływa następnie do warnika, znajdującego się w górnym zespole. Przepływa on w przestrzeni międzyrurowej, zaś wewnątrz rur warnika przepływa medium grzejne, którym moŝe być zarówno gorąca woda, jak i para grzejna. W warniku dostarczane jest zatem ciepło do wodnego roztworu bromku litu, w efekcie czego odparowuje z niego para wodna. Para czynnika chłodniczego (para wodna) przepływa do skraplacza, zaś w warniku pozostaje roztwór o zwiększonym stęŝeniu bromku litu (tzw. roztwór zatęŝony). Roztwór ten przepływa do regeneracyjnego wymiennika ciepła, gdzie zostaje wstępnie ochłodzony, zanim wpłynie do dolnego zespołu. Para wodna powstająca w warniku przedostaje się po przez eliminator, pozbawiający parę kropel, do skraplacza. W skraplaczu para ta skrapla się na pęczku rur, wewnątrz których przepływa woda chłodząca. Powstające skropliny zbierają się w dolnej części skraplacza. Stąd spływają one do zespołu absorber-parownik. W zespole tym ciecz (woda) jest rozpryskiwana na pęczku rur parownika. Z uwagi na bardzo niskie ciśnienie 3

5 panujące w dolnym zespole, wynoszące tylko 0.8 kpa, rozpylana woda wrze w temperaturze około 3.9 o C. Z punktu widzenia zasady działania urządzenia waŝne jest, Ŝe tak wysoka próŝnia powstaje jedynie wskutek wyjątkowo silnie higroskopijnego działania absorbenta (bromku litu). Powstająca w parowniku para czynnika chłodniczego (para wodna) przepływa następnie do absorbera. Jednocześnie do tego aparatu dostarczany jest zatęŝony roztwór bromku litu, wstępnie ochłodzony w wymienniku regeneracyjnym. W absorberze roztwór ten jest rozpryskiwany na pęczku rur. W efekcie rozpylany roztwór pochłania duŝe ilości pary wodnej, wytwarzając bardzo niskie ciśnienie w parowniku. Proces absorpcji jest egzotermiczny, czyli podczas rozpuszczania wody w roztworze wydzielają się duŝe ilości ciepła. Wewnątrz rur absorbera przepływa woda chłodząca, odbierająca ciepło absorpcji. Rozcieńczony roztwór bromku litu zbiera się na dnie zbiornika, skąd jest zasysany przez pompę roztworu. W ten sposób obieg zostaje zamknięty. 4.ZASTOSOWANIE Agregaty absorpcyjne Millenium YIA sprawdzają się w bardzo szerokim zakresie zastosowań począwszy od urządzeń pracujących dla potrzeb szkół, aŝ po duŝe instalacje montowane w rafineriach. Jednak głównie przeznaczony jest do chłodzenia wody dla celów klimatyzacyjnych. MoŜliwych jest wiele obszarów jego aplikacji z punktu widzenia źródeł energii napędowej, w tym między innymi: Parowe siłownie energetyczne. Bromolitowe urządzenia absorpcyjne zasilane są parą odlotową z turbin. Para ta, jako niskociśnieniowa, jest traktowana przez energetykówturbinowców jako niemal bezwartościowa. W ten oto sposób omawiany agregat nie powoduje zuŝycia tzw. świeŝej pary, o wysokich parametrach, która całkowicie przepracowuje w turbinie produkując moc. Turbiny gazowe lub turbospręŝarki. W tych zastosowaniach agregat YIA słuŝy do chłodzenia zasysanego powietrza. W efekcie jego zastosowania uzyskuje się podwyŝszenie sprawności spalania. Odzyskiwanie odpadowej energii cieplnej w róŝnych gałęziach przemysłu w powiązaniu z chłodzeniem, jako integralną częścią procesów przemysłowych. 5.DANE TECHNICZNE Podstawowe parametry pracy typoszeregu agregatów YORK MILLENIUM YIA: Zakres wydajności chłodniczej: od 420 kw do 4850 kw Współczynnik wydajności chłodniczej: COP równy 0.68 Minimalna temperatura wody lodowej: 4.5 o C Minimalna temperatura wody z wieŝy chłodniczej 7.3 o C przy zasilaniu parą, oraz 20 o C przy zasilaniu gorącą wodą Wskaźnik wydajności chłodzenia wody lodowej: 0.32 m 3 /(h❹kw) dla róŝnicy temperatur na wieŝy chłodniczej wynoszącej 9.5 K Temperatura wody grzejnej: minimum 80 o C, nominalnie 115 o C, opcjonalnie 130 o C W agregacie absorpcyjnym YORK MILLENIUM YIA zastosowano rewolucyjne systemy sterowania pracą całego urządzenia oraz nowe rozwiązania zespołów i urządzeń, co pozwala na bezawaryjne jego działanie nawet w najbardziej niesprzyjających warunkach. Specyfiką urządzeń absorpcyjnych bromolitowych jest niebezpieczeństwo wykrystalizowywania się bromku litu, co jest najczęstszą z przyczyn ich awarii. 4

6 Agregat YORK MILLENIUM YIA jest wyposaŝony w nowoczesny system ciągłej kontroli stęŝenia bromku litu. W przypadku przekroczenia maksymalnej dopuszczalnej wartości stęŝenia absorbenta, układ sterujący ogranicza moc pobieraną przez urządzenie dopóty, dopóki stęŝenie roztworu nie obniŝy się do dopuszczalnej wartości. W ten sposób agregat zawsze pracuje w dopuszczalnych granicach stęŝenia roztworu. NiezaleŜnie od wspomnianego systemu zabezpieczeń, agregat jest wyposaŝony w dekrystalizator, tak zwaną rurę J (patrz Rys.2). Aby zrozumieć zasadę działania tej rury naleŝy wiedzieć, Ŝe zjawisko krystalizacji bromku litu zachodzi zazwyczaj w wymienniku regeneracyjnym, gdzie stęŝony roztwór płynący z warnika jest schładzany. JeŜeli dojdzie do krystalizacji, wówczas utrudniony jest spływ stęŝonego roztworu z warnika, co w efekcie prowadzi do przepełnienia tego aparatu. W takiej sytuacji stęŝony gorący roztwór zacznie wpływać do rury J, skąd kierowany jest wprost do absorbera. Następuje wówczas natychmiastowe podwyŝszenie temperatury roztworu rozcieńczonego w absorberze. Ogrzany roztwór rozcieńczony, przepływając przez wymiennik regeneracyjny, powoduje z kolei podgrzanie roztworu stęŝonego z wykrystalizowanym bromkiem litu. Podgrzanie tego roztworu prowadzi do ponownego rozpuszczenia się absorbenta, a wówczas urządzenie powraca do normalnego cyklu pracy. Tak, więc jeŝeli zajdzie zjawisko krystalizacji, wówczas rura J zalewana jest gorącym roztworem. Agregat YORK MILLENIUM YIA jest ponadto wyposaŝony w czujnik mierzący temperaturę tej rury. Sygnał z tego czynnika przekazywany jest do panelu sterującego. W przypadku wzrostu temperatury rury J, przesyłany jest sygnał otwarcia zaworu stabilizującego, a wówczas wprost do rurociągu roztworu stęŝonego (przed wymiennikiem regeneracyjnym) dostarczana jest woda. Rozwiązanie to pozwala, zatem na przyspieszenie ponownego rozpuszczenia się bromku litu w roztworze na skutek zmniejszenia stęŝenia roztworu. Jest to oryginalne rozwiązanie opracowane przez firmę YORK. Panel sterowania kontroluje równieŝ temperaturę medium grzejnego (gorącej wody lub pary grzejnej). W przypadku przekroczenia dopuszczalnych parametrów, odpowiedni zawór zamyka dopływ tego medium. W przypadku konieczności awaryjnego wyłączenia agregatu z pracy, przechodzi on najpierw w stan pracy awaryjnej. Oznacza to, Ŝe panel sterowania jedynie ogranicza strumień ciepła grzejnego, tak więc agregat nadal chłodzi wodę. Rozwiązanie to pozwala na przedłuŝenie pracy urządzenia w sytuacji, gdy obsługa ma szansę znaleźć przyczynę awarii przed dokonaniem ostatecznego odstawienia agregatu. Zespoły agregatu odznaczają się absolutną szczelnością, co jest istotne dlatego, Ŝe w obecności tlenu wodny roztwór bromku litu działa korodująco na większość podstawowych materiałów konstrukcyjnych. Zarówno misa parownika, jak równieŝ misa skraplacza, w których znajduje się ciekły czynnik chłodniczy (woda), wykonane są ze stali nierdzewnej, co stanowi dodatkowe zabezpieczenie urządzenia przed korozją. Pompy hermetyczne, w które wyposaŝony jest agregat, zapewniają długotrwałą bezawaryjną pracę urządzenia. Fabrycznie zainstalowane zawory odcinające na ssaniu i tłoczeniu umoŝliwiają szybką i wygodną obsługę techniczną tych pomp. Dysze rozpylające montowane w parowniku, wykonane są z mosiądzu odpornego na korozję, natomiast dysze rozpylające montowane w absorberze wykonane są ze stali nierdzewnej, co zapewnia większą Ŝywotność tych elementów. KaŜdy model agregatu YORK MILLENIUM YIA wyposaŝony jest w efektywny system odprowadzania gazów inertnych, które usuwane są do otoczenia bez ryzyka wydostania się na zewnątrz bromku litu. Nie bez znaczenia jest efektywność energetyczna regulacji obciąŝenia agregatu. Na rysunku poniŝej pokazano charakterystyki procentowego poboru medium grzejnego w funkcji procentowej wydajności chłodniczej agregatu, przy czym temperatura wody chłodzącej podawanej z wieŝy jest traktowana jako parametr. 5

7 Na podstawie tych danych moŝna uznać, Ŝe w bardzo szerokim zakresie zmian obciąŝenia agregatu pobór mocy cieplnej jest proporcjonalny do wydajności chłodniczej, co stanowi niewątpliwą zaletę omawianego urządzenia. 6