Budowa, zasada działania i charakterystyka techniczna

Budowa, zasada działania i charakterystyka techniczna

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
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
2
3.BUDOWA AGREGATU
Podstawowe elementy składowe agregatu:
pompa roztworu (1)
warnik (2)
skraplacz (3)
parownik (4)
absorber (5)
pompa czynnika chłodniczego
wymiennik regeneracyjny
strumienica
dekrystalizator
Urządzenie to wykorzystuje wodę jako czynnik chłodniczy oraz bromek litu jako absorbent.
W prezentowanym urządzeniu temperatura skraplania pary wodnej utrzymuje się na poziomie
około 45oC, zaś temperatura parowania wynosi nieco poniŜej 4oC. 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 4oC 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
panujące w dolnym zespole, wynoszące tylko 0.8 kPa, rozpylana woda wrze w temperaturze
około 3.9oC. 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: 4.5oC
Minimalna temperatura wody z wieŜy chłodniczej 7.3oC przy zasilaniu parą, oraz
20oC przy zasilaniu gorącą wodą
Wskaźnik wydajności chłodzenia wody lodowej: 0.32 m3/(hkW) dla róŜnicy
temperatur na wieŜy chłodniczej wynoszącej 9.5 K
Temperatura wody grzejnej: minimum 80oC, nominalnie 115oC, opcjonalnie 130oC
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
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
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