Файл: Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.06.2024

Просмотров: 80

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

■сжатый воздух. Тангенциальный подвод сжатого воздуха к трубе ■обеспечивает поступательно-вращательное движение газа в ней.

.причем в центре у оси трубы образуется вихревая труба, все частицы которой, независимо от расположения, имеют постоян­ ную угловую скорость. Между вихревой трубой и стенкой трубы газ вращается так же, но угловая скорость частиц его ■обратно пропорциональна радиусу. Если пренебречь потерями энергии и теплообменом, уравнение первого закона термоди-

Гирячий

баздцх

намики для идеального газа, участвующего во вращательном и ■поступательном движении, то можно записать [30]

СрТ +

— с Т

 

 

W-n

 

(135)

0

__ —

I

 

 

I

о

 

тде То и w0 —-температура и

скорость

воздуха

на выходе из

сопла;

и

вращательная

скорость воз­

wa и zuв — поступательная

духа в какой-либо точке сечения; Т — температура в той же точке.

Так как вращательная скорость частиц газа обратно про­ порциональна радиусу вращения, а поступательная скорость по сечению трубы примерно одинакова, температура газа ближе к оси трубы будет меньше, чем у стенок. Таким образом, через диафрагму 2 отбирается воздух, температура которого ниже •температуры Г0, а периферийные слои воздуха, отбираемые че­ рез кольцевую щель после регулировочного вентиля 3, имеют ■более высокую температуру. Понижение температуры холодной струи воздуха зависит от соотношений сечения отверстия диа­ фрагмы и трубы, а также сечения сопла и диафрагмы, давления сжатого воздуха перед трубой, отношения расхода холодного таза к общему расходу и ряда других величин [8 ]..

Обычно при давлении сжатого воздуха перед трубой около 5 бар и относительной доле массового расхода 0,3—0,4 через

107


диафрагму относительное снижение температуры холодной струи составляет 0 ,1 0 ,2 , т. е. при начальной температуре сжа­

того воздуха 300” К А7\- составит 30—60° С.

В последнее время на практике используют неадиабатиые вихревые трубы — трубы с водяным или воздушным охлажде­ нием горячей струи газа. При этом увеличивается эффектив­ ность охлаждения. Подобные устройства были использованы, например, для местного охлаждения воздуха па Садоиском руд­ нике [19].

Достоинствами вихревых охлаждающих устройств являются предельная простота и надежность работы, недостатками — малая экономичность, сильный шум при работе, вызывающий необходимость установки глушителя, и потребность в охлаж­ дающей воде.

6. Рациональная область использования ВХУ для кондиционирования воздуха в шахтах

Основным достоинством вихревых установок рассматривае­ мого типа является использование в качестве хладагента воз­ духа. Это дает возможность подавать хладагент непосредственно к рабочим местам, где необходимо кондиционирование и исклю­ чает необходимость в сложных системах циркуляции холодо­ носителя или охлаждающей воды. Однако вихревые установки менее экономичны, чем парокомпрессорные установки, поэтому использование их для обслуживания нескольких выработок или шахты в целом нерационально. Холодильные установки этоготипа могут применяться для кондиционирования воздуха в шах­ тах, когда использование более экономичных ПІ\ХУ по какимлибо причинам невозможно.

Однако для шахт, на которых основным видом энергии для; питания подземных машин и механизмов является сжатый воз­ дух, при определенных условиях выгоднее установка мощных пневматических двигателей в качестве привода насосов, подзем­ ных подъемных машин или даже специальных турбодетандеров с электрическими генераторами (если применение электроэнер­ гии не противоречит Правилам безопасности), чем использова­ ние специальных холодильных установок для поддержания не­ обходимых атмосферных условий в выработках шахты.

 

Г л а в а

IV

 

 

 

 

 

 

 

АБСОРБЦИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

 

 

 

1. Схема и принцип действия абсорбционной установки

 

 

 

При работе холодильных установок ПКХУ и ВХУ требуется

 

 

затрата механической энергии на привод компрессора. В то же

 

 

время существуют холодильные установки, при работе которых

 

 

затрачивается тепло, — абсорбционные

установки. Использова­

 

ние более дешевого в большинстве случаев вида энергии -— одно

 

 

из главных отличий этих установок от ПКХУ и ВХУ.

 

 

 

 

Схема абсорбционной холодильной установки (рис. 52) ана­

 

логична схеме ПКХУ, однако вместо компрессора в ней исполь­

 

зуются насос и два аппарата — абсорбер

и генератор — назы­

 

ваемые иногда термохимическим компрессором.

 

 

 

 

Использование для повышения давления хладагента насоса

 

 

вместо компрессора возможно, поскольку пары хладагента,

 

выходящие из испарителя И, поглощаются в абсорбере

Л

 

жидкостью — абсорбентом

(поглотителем).

Таким

образом,

в

 

абсорбере образуется бинарный раствор

(раствор, состоящий из

 

двух компонентов хладагента и абсорбента. Этот жидкий рас­

 

твор перекачивается насосом Я

из

абсорбера в генератор

Г.

 

 

В генераторе происходит выпаривание хладагента из абсорбента,

 

для чего к этому аппарату подводится тепло. Абсорбент под­

 

бирают так, чтобы его температура кипения значительно превы­

 

шала температуру кипения хладагента при давлении, имею­

 

щем место в генераторе. При кипении раствора в генераторе

 

происходит выпаривание из него вещества с меньшей темпера­

 

турой кипения. Образующийся при этом пар хладагента с

 

некоторой примесыо паров абсорбента

(чем больше разница

 

температур кипения компонентов раствора, тем меньше эта при­

 

месь), направляется в конденсатор. Кипящий раствор, содержа­

 

щий большое количество

абсорбента

и

небольшое

количество

 

хладагента, после генератора направляется через регулирующий

 

вентиль РВ2 в абсорбер. В конденсаторе происходит конденсация

 

хладагента, причем тепло конденсации отводится охлаждающей

 

этот аппарат водой. Сконденсировавшийся хладагент дроссели­

 

руется в вентиле, регулирующем РВь и поступает в испаритель,

 

где он кипит, отбирая тепло от охлаждаемой среды. Пар хлад­

 

агента из испарителя, направляется

в

абсорбер, где он погло­

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

9



щается жидмм абсорбентом. Тепло, выделяющееся при погло­ щении, отводится водой, охлаждающей абсорбер.

Чаще всего на практике в абсорбционных установках исполь­ зуется бинарный раствор аммиака (хладагент) в воде (абсор­ бент). Однако, учитывая неблагоприятные свойства аммиака (см. п. 2, гл. II), вряд ли можно ожидать применения водо­ аммиачных установок для кондиционирования воздуха в горных

 

 

выработках

 

глубоких

 

 

шахт. Более перспективны

 

 

установки,

в

которых

в;

 

 

качестве

хладагента

 

ис­

 

 

пользуется

вода, а

 

в

 

 

качестве

 

абсорбента —

 

 

бромистый литий. В этом

 

 

.растворе температура

ки­

 

 

пения

абсорбента

на­

 

 

столько

выше температу­

 

 

ры

кипения

хладагента

 

 

(Д /« 1000° С),

что

при

 

 

кипении раствора в усло­

 

 

виях,

имеющих место

в

Рис. 52. Схема абсорбционной

холодиль­

генераторе

 

установки

(*к= 70ч-140°С)'

пар

ной установки

 

 

 

представляет собой прак­

тически чистый хладагент. Так как температура кипения раство­ ра всегда выше температуры кипения чистой воды, то образую­ щийся в генераторе водяной пар перегрет.

Работу абсорбционных установок обычно исследуют с по­ мощью диаграмм энтальпия — концентрация соответствующего бинарного раствора. Подобная диаграмма для раствора броми­ стого лития и воды приведена в приложении VII. На этой диаграмме по оси абсцисс откладывается концентрация абсор­ бента в растворе. Жирная линия, ограничивающая справа рабо­ чую зону диаграммы, является границей зоны кристаллизации бромистого лития в растворе большой концентрации. В нижней части диаграммы нанесены линии кипения раствора при раз­ личных давлениях (сплошные кривые) и изотермы (пунктирные кривые). В верхней части диаграммы нанесены линии, опреде­ ляющие состояние перегретого водяного пара, находящегося в равновесии с кипящим раствором. Для того чтобы избежать отрицательных значений энтальпий раствора при составлении диаграммы, принято, что энтальпия чистой воды при 0° С равна 1 0 0 ккал/кг, а не нулю, как это обычно принимается при со­ ставлении диаграмм состояния водяного пара. Поэтому, если энтальпию водяного пара определять не по | — [-диаграмме рас­ твора, а например, по і — s-диаграмме или по таблицам свойств

водяного пара, она при тех

же параметрах и t) будет на

100 ккал/кг (— 419 кдж/кг)

ниже, чем по £ — /-диаграмме.

ПО


2 . Рабочий процесс бромистолитиевой абсорбционной установки

Из I — і-диаграммы видно, что бромистолитиевая установка должна работать при давлениях, значительно меньших атмо­ сферного. Это позволяет, с одной стороны, снизить металло­ емкость установки, но с другой — усложняет ее эксплуатацию- из-за необходимости поддержания глубокого вакуума в аппа­ ратах.

а

1

6

Рис. 53. Бромистолитиевая установка:

а — схема; б — рабочий процесс

Обычно аппараты бромистолитиевой установки АХУ компо­ нуются в двух (иногда и в одном) барабанах. На рис. 53, а приведена схема установки.

В верхнем барабане 1 расположены генератор 2 и конден­ сатор 3, в нижнем барабане 4 абсорбер 5 и испаритель в. Хо­ лодная вода из испарителя подается к теплообменнику 7, откуда после подогрева вода вновь возвращается в испаритель. Реге­ неративный теплообменник (теплообменник растворов) 8 (также как в ПКХУ и ВХУ) предназначен для повышения эффектив­ ности работы установки.

Рабочий процесс установки, изображенный на диаграмме энтальпия — концентрация, показан на рис.. 53, б.

Образующийся в испарителе водяной пар (точка /)■ погло­ щается в абсорбере крепким (с большим содержанием LiBr) раствором. Процесс абсорбции идет при постоянном давлении

111

и состояние жидкой фазы раствора меняется по линии 92. Слабый раствор с большим содержанием воды, получающийся в абсорбере (точка 2), насосом Но (см. рис. 53, а) подается в теплообменник растворов 8, где он подогревается (линия 23) (см. рис. 53), отбирая тепло от крепкого раствора, возвращаю­ щегося в абсорбер из генератора. Из теплообменника слабый раствор поступает в генератор. Здесь при постоянном давлении он подогревается до температуры кипения (линия 34) и затем выпаривается (линия 4—5). Образующийся при кипячении рас­ твора водяной пар по мере изменения концентрации раствора имеет параметры, определяемые точками, лежащими па от­ резке а b вспомогательной линии, соответствующей давле­ нию рк. Обычно принимают, что параметры пара, отводимого от

генератора, соответствуют средней температуре

кипения (точ­

ка 5). Получаемый в генераторе пар поступает

в конденсатор

и конденсируется (линия 66'). Конденсат после дросселирова­ ния в вентиле РВ\ (см. рис. 53, а) направляется в испаритель. Состояние вещества до и после дросселирования изображается на диаграмме энтальпия — концентрация одной и той же точкой, так как начальные и конечные энтальпии и концентрации в этом случае одинаковы, однако так как эти точки отвечают различ­ ным давлениям вещества, они характеризуют совершенно раз­ личные его состояния. Так, например, перед дросселированием точка 6' (см. рис. 53, б) иа диаграмме характеризует состояние кипящей жидкости (конденсата) с давлением рк. После дрос­ селирования та же точка характеризует состояние влажного насыщенного пара с давлением р„.

В испарителе вследствие подвода тепла происходит кипение воды (линия 6'—/).

После выпаривания воды из раствора в генераторе раствор с высокой концентрацией бромистого лития (крепкий раствор, точка 5) поступает в теплообменник 8 (см. рис. 53, а), где он охлаждается (линия 5—7, см. рис. 53), подогревая слабый рас­ твор, идущий в генератор. Затем, охлажденный крепкий раствор дросселируется в вентиле РВ2 и поступает в абсорбер. В резуль­ тате адсорбции водяного пара, состояние которого' определяется точкой 1, крепким раствором и охлаждения состояние жидкой фазы раствора в абсорбере изменяется по линии 7—92.

В бромисголитиевых установках используются генераторы и абсорберы пленочного (оросительного) типа. В таких аппаратах раствор, разбрызгиваемый форсунками, стекает в виде тонкой пленки по наружной поверхности трубок, внутри которых цир­ кулирует греющая или охлаждающая среда. Коэффициент тепло­ передачи при этом в большой мере зависит от плотности оро­ шения поверхности теплообмена, т. е. от количества раствора, поступающего в единицу времени на теплообменпую поверх­ ность. Поэтому для интенсификации теплообмена в генераторах и абсорберах бромистолитиевых установок широко используют

1 1 2