ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ КОМФОРТНЫХ СИСТЕМ МИКРОКЛИМАТА НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ КОМФОРТНЫЕ СИСТЕМЫ МИКРОКЛИМАТА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Текстильное производство в России получило значительное развитие в начале прошлого века. Уже в те годы прогрессивные российские предприниматели знали, что качество ткацкой продукции неразрывно связано с параметрами окружающего производственный процесс воздуха. В зоне обработки волокнистых гигроскопичных материалов (волокон хлопка, льна, шелка, шерсти) требуется поддерживать высокую относительную влажность воздуха на уровне 65—80%. Температура воздуха может изменяться от 20 до 30 °С, так как влажность гигроскопичного материала главным образом зависит от относительной влажности воздуха и мало зависит от температуры в этих пределах. При низкой относительной влажности окружающего воздуха гигроскопичный материал, к которым относятся перечисленные выше волокнистые природные материалы, принимает низкое влагосодержание. Это вызывает образование пылевых частиц из волокон, что ведет к потере ценного сырья. При низкой влажности при производстве тканей в результате трения волокон образуется статическое электричество, вызывающее ворсистость нитей и получение бракованных участков на готовом изделии.

Зная об этом, рачительные хозяева уже в начале прошлого века стали применять простейшие устройства для повышения влажности внутреннего воздуха в ткацких и прядильных цехах. Приточный воздух проходил над поверхностью воды, которая заливалась в лотки в кирпичных горизонтальных воздуховодах. Испарение воды со свободной поверхности требует значительной протяженности лотков, заливаемых водой.

В двадцатые годы на текстильных предприятиях стали применять форсуночные камеры. Развитие поверхности контакта воды с воз

духом достигается в форсуночных камерах путем подачи воды через различные типы механических форсунок под давлением, что обеспечивает дробление — распыление воды на мелкие капли. Чем больше давление распыляемой воды, тем меньше диаметр образующихся капель и больше создающаяся поверхность контакта воды с воздухом. Так, при дроблении — распылении 1 кг воды на капли различного диаметра dK образуется следующая поверхность капель воды FK:

?/„, ММ

0,05

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,8

F„, м2/кг

120

60

30

20

15

12

7,5

Подробное описание конструкций форсуночных камер и методов их расчета приведено в работах [1, 7].

Большое распространение в системах МК получил режим адиабатного увлажнения приточного наружного воздуха. Вода от работы насоса постоянно рециркулирует и быстро принимает температуру, равную температуре воздушного потока по мокрому термометру. Эффективность режима адиабатного увлажнения оценивается через показатель вида

где ?н, и /н2 — температура адиабатно увлажняемого воздуха до и после аппарата увлажнения, °С;

f I — температура воздуха по мокрому термометру, поступающего на адиабатное увлажнение, °С.

Проведем оценку энергетической эффективности устройства различных схем систем МК в ткацком цехе в Москве. В теплый период года в цехе должны поддерживаться температура 25 °С и относительная влажность 65—70% (точка В на рис. 4.1). Параметры наружного воздуха отвечают норме Б: t = 28,5 °С; I = 54 кДж/кг; f = 19 °С [11]. Влаговыделениями от людей можно пренебречь. От работы ткацких станков в цех выделяется 100 кВт теплоты; необходимо ассимилировать эту теплоту охлажденным наружным воздухом и удалить отепленный воздух в атмосферу.

В холодное время года из удаляемого воздуха целесообразно утилизировать его теплоту путем охлаждения в теплоизвлекающих теплообменниках.

Построение на /-d-диаграмме расчетного режима работы системы микроклимата в ткацком цехе в теплый период года в Москве

Рис. 4.1. Построение на /-d-диаграмме расчетного режима работы системы микроклимата в ткацком цехе в теплый период года в Москве:

ЬЦ-Но адиабатное увлажнение в форсуночной камере;

Н2-ПН — нагрев в приточном вентиляторе и воздуховодах;

ПН-У — поглощение тепловыделений в цехе

Требуемая производительность системы микроклимата по охлажденному воздуху для поглощения расчетных явных тепловыделений Q = 100 кВт вычисляется по формуле

где ty температура удаляемого отепленного вытяжного воздуха, °С;

tn н — температура приточного охлажденного воздуха, °С.

Оценим применение простейшего способа понижения температуры приточного воздуха t в аппарате адиабатного увлажнения. Температура наружного воздуха по мокрому термометру t = 19 °С ниже /, что дает возможность получить t < t.

Процесс поглощения тепловыделений в цехе происходит при постоянном влагосодержании dB = 13 г/кг. В месте пересечения энтальпии /н = 54 кДж/кг и dR = 13 г/кг находим возможную температуру адиабатного увлажнения / 2 = 21 °С (см. рис. 4.1). По формуле (4.1) вычисляем требуемую величину показателя эффективности режима адиабатного увлажнения:

По данным работы [1] показатель Еа = 0,79 в типовой двухрядной форсуночной камере обеспечивается при коэффициенте орошения В = 1,2. В приточном вентиляторе и воздуховодах адиабатного увлажнения воздух нагревается на 1 °С, и температура притока в цехе будет составлять / = 22 °С. Традиционно на текстильных предприятиях приточный воздух подается в помещения через щелевые воздухораспределители, смонтированные на потолке. Параллельно приточным воздуховодам на расстоянии до 2 м монтируются вытяжные воздуховоды, что отвечает «схеме смесительной вентиляции» и / = /в при показателе эффективности организации воздухообмена KL= 1.

Автор проводил натурные замеры на текстильных фабриках и установил, что при достаточно близком между собой расположении приточных и вытяжных устройств отмечено засасывание на вытяжку части охлажденного приточного воздуха, часть которого не доходила до зоны производственного процесса. Замеры показали, что ty < *в’ и это определило снижение эффективности организации воздухораспределения при KL< 1.

Примем, что этого смешения не происходит, t = tB и KL = 1, тогда по формуле (4.2) получим

Для сокращения длины приточных и вытяжных возуховодов, а также выполняя требования СНиП 111] по обеспечению 50% надежности, применим два приточно-вытяжных агрегата производительностью по воздуху 50 тыс. м3/ч каждый. Отечественные и зарубежные фирмы производят блочные конструкции центральных кондиционеров, из которых собирают приточные и вытяжные агрегаты.

Энергетически рационально в режиме адиабатного охлаждения приточные агрегаты в теплый период года использовать для приготовления только наружного воздуха, который очищается в фильтре и адиабатно увлажняется в форсуночной камере. Для получения требуемого коэффициента орошения В = 1,2 расход воды через форсунки должен быть

По данным работы [1] принимаем, что производительность одной форсунки равна 291 кг/ч, что требует давления воды перед распылом #ф = 65 кПа. На гидравлические сопротивления водяного фильтра, трубопроводов и клапанов затрачивается давление насоса #тр = 105 кПа. Вычисляем расход электроэнергии на работу насоса одного приточного агрегата при КПД насоса Г| = = 0,5:

Приточный вентилятор преодолевает аэродинамическое сопротивление фильтра, калорифера, смесительной камеры, приточных воздуховодов, приточных устройств, что требует полного давления вентилятора 1,2 кПа. Вычисляем часовой расход электроэнергии на работу приточного вентилятора при Г|вн = 0,65:

Вытяжная система МК имеет аэродинамическое сопротивление 0,8 кПа и Г|вн = 0,6. Часовой расход электроэнергии при работе вытяжной системы составит JV = 50 000 • 0,8 / (3600 • 0,6) = 18,5 кВт • ч.

Энергетический показатель систем МК при работе в теплый период года вычисляют по формуле

На один приточный агрегат приходятся затраты электроэнергии по удалению 0тизб, равные 50 кВтч. Общие затраты электроэнергии на работу одной системы МК равны

По выражению (4.3) энергетическая эффективность применяемой системы МК с адиабатным увлажнением в ткацком цехе составляет

Автором разработан оригинальный воздухораспределитель- увлажнитель модели ВУ-2,8, принципиальная схема которого приведена на рис. 4.2.

От приточных воздуховодов по стенам цеха делаются приточные опуски 1, которые соединяются с патрубком 2. Приточный наружный воздух /п н в количестве 2800 м3/ч проходит через патрубок 2 в корпусе 3. Для предотвращения эжекции из помещения внутреннего воздуха служит шторка 4. За декоративной сеткой 10 по всему фасадному сечению расположены полотна 9 из гигроскопичного материала. Верхние концы полотен опущены в лоток 5, заполненный водой. Благодаря капиллярной структуре гигроскопичного материала 9 вода из лотка 5 быстро пропитывает все полотна 9 по высоте. Убыль воды из лотка 5 на увлажнение полотен 9 пополняется по трубопроводу 6 через шаровой клапан (на рис. 4.2 не показан), который поддерживает постоянный уровень воды в лотке 5.

Принципиальная схема воздухораспределителя-увлажнителя ВУ-2,8

Рис. 4.2. Принципиальная схема воздухораспределителя-увлажнителя ВУ-2,8:

  • 7 — приточный опуск; 2 — патрубок для присоединения приточного воздуховода- опуска; 3 — корпус; 4 — защитная шторка; 5 — лоток для воды с шаровым клапаном; 6 — трубопровод водопроводной воды дтис. 7 — автоматический клапан; 8 — датчик контроля влажности воздуха фв в обслуживаемой зоне помещения; 9 — полотна из гигроскопичного материала;
  • 10 декоративная сетка; 11— поддон

Проходя через влажный материал полотен 9, приточный воздух I адиабатно увлажняется при коэффициенте эффективности Е — 0,6.

Если в обслуживаемой зоне помещения относительная влажность срв выше контролируемого уровня, то от датчика 8 последует команда на закрытие автоматического клапана 7. В лоток 5 прекратится поступление воды из водопровода 6. Уровень воды в лотке быстро понизится, и полотна 9 будут быстро высыхать, что вызовет понижение процесса адиабатного увлажнения, и относительная влажность воздуха в обслуживаемой зоне помещения снизится. При снижении влажности ниже уровня срв датчик 6 начнет поступать вода для увлажнения полотен 9.

Через влажные полотна 9 проходит только приточный наружный воздух /п н = /н = 2800 м3/ч. Оценим энергетическую эффективность системы МК с применением аппаратов ВУ-2,8. На рис. 4.3 показано построение на I—d-диаграмме работы системы МК с применением местных аппаратов ВУ-2,8.

Построение на /-d-диаграмме расчетного режима работы системы МК с местными аппаратами ВУ-2,8 в ткацком цехе в теплый период года в Москве

Рис. 4.3. Построение на /-d-диаграмме расчетного режима работы системы МК с местными аппаратами ВУ-2,8 в ткацком цехе в теплый период года в Москве:

Н-Н1 — нагрев в приточном вентиляторе и воздуховодах;

Н,,-Н2 — адиабатное увлажнение в гигроскопичном полотне аппаратов ВУ-2,8;

Н2-В — У — восприятие тепловыделений по высоте ткацкого цеха

В приточном вентиляторе и воздуховодах приточный наружный воздух нагревается на 1 °С и поступает к ВУ-2,8 с температурой /н1 = 29,5 °С и f j = 19,2 °С. Эффективность адиабатного увлажнения в слое пропитанных водой гигроскопичных полотен равна Ей = 0,6. Из преобразованного выражения для Еа вычислим температуру приточного адиабатно-увлажненного воздуха:

Находим температуру удаляемого под потолком вытяжного воздуха при KL = 2,5:

По формуле (4.2) вычисляем требуемый расход адиабатно- увлажненного в аппарате ВУ-2,8 приточного наружного воздуха для восприятия 100 кВт • ч теплоизбытков:

Применим два приточных агрегата производительностью по воздуху 31 250 м3/ч. Требуемое полное давление 1,1 кПа, г|вн = 0,65, тогда расход электроэнергии составит NBHy = 31 250 *1,1 / (3600 х х 0,65) = 14,7 кВт-ч.

Вытяжной агрегат преодолевает аэродинамическое сопротивление 0,8 кПа, г| = 0,65, расход электроэнергии составит N = 31 250 • 0,8/ (3600 • 0,65) = 10,7 кВт-ч.

По формуле (4.3) вычислим энергосберегающий показатель системы МК с аппаратами ВУ-2,8: Э = 50 / (14,7 + 10,7) = 2 кВт • чДкВт • ч).

Расчет показывает, что энергосберегающая система МК с применением аппаратов ВУ на текстильных предприятиях позволяет в два раза понизить расход электроэнергии на работу системы МК в теплый период года.

На рис. 4.4 выделен на I-d-диаграмме сектор возможного изменения параметров воздуха в ткацком цехе при круглогодовой работе систем МК. В расчетных условиях холодного периода энергетически рационально поддерживать в ткацком цехе минимально допустимую температуру tB = 20 °С и возможное изменение срвх от 65 до 70%. Выделенный сектор на рис. 4.4 заштрихован. Верхний предел температуры /в = 25 °С отвечает теплому периоду года, рассмотренному выше. В расчетных условиях холодного периода года традиционные системы МК работают на минимальном расходе наружного воздуха Ьп , определяемом санитарными нормами 111J.

В ткацком цехе постоянно работают 60 человек. По санитарной норме [11] необходимо подать следующее количество приточного наружного воздуха: Ln = 60 • 60 = 3600 м3/ч.

Для теплого периода года в традиционной системе МК производительность одного агрегата по приточному воздуху определена Ln = 50 000 м3/ч. Количество наружного воздуха должно содержаться в приточном по нормам [11] не ниже 10% расчетной производительности. Тем самым в приточной традиционной системе в холодный период года смесь приточного воздуха будет состоять из 10% наружного воздуха Ьп н = 5000 м3/ч и 90% рециркуляционного воздуха Lr = 45 000 м3/ч. Энтальпию смеси находим по формуле

На рис. 4.4 в /—^/-диаграмме соединяем точки ВХ и НХ прямой линией (см. пунктир) и видим, что соединяющая прямая проходит правее кривой ср = 100%. Это свидетельствует о том, что при смешении будет происходить конденсация влаги из рециркуляционного внутреннего воздуха. Это приведет к тепловым потерям и замерзанию конденсата на створках воздушных клапанов, что нарушит надежность их работы. Поэтому в холодный период года необходимо при смешении получить параметры смеси, при которых прямая линия процесса смешивания пройдет левее <р = 100%.

Построение на /-d-диаграмме режима работы традиционной системы МК в ткацком цехе в холодный период года

Рис. 4.4. Построение на /-d-диаграмме режима работы традиционной системы МК в ткацком цехе в холодный период года:

Нх-К — нагрев в калорифере LnH = 5000 м3/ч;

К-СМ — Вх — смешение;

СМ-АХ — адиабатное увлажнение;

Ах-П — нагрев в вентиляторе;

Пхх — поглощение тепловыделений в цехе;

Нхх — смешение при конденсации водяных паров в смесительной камере

Ткацкий цех расположен в центре производственного корпуса и не имеет трансмиссионных теплопотерь. Поэтому теплоизбытки от станков одинаковы с летними и в холодный период года составляют QT изб = 100 кВт • ч. Для их поглощения сохраняются два приточных агрегата с одинаковым с летним режимом расхода приточного воздуха Ln = 50 000 м3/ч и рабочим перепадом температуры Atac = 3 °С. Из точки Вх с энтальпией I = 44 кДж/кг по линии dR = 9,6 г/кг вниз откладываем 3 °С и получим t = 17 °С. До нагрева в вентиляторе и воздуховодах в режиме адиабатного увлажнения приточный воздух должен иметь температуру / = 16 °С, для которой постоянная энтальпия /см = / = 40 кДж/кг.

Для получения требуемой энтальпии смеси I = 40 кДж/кг необходимо нагреть приточный воздух в калорифере до / , которую вычислим из преобразованной формулы (4.4):

В месте пересечения af v = 0,4 г/кг и энтальпии I = 12,4 кДж/ кг находим точку К с температурой / = 11 °С. Соединяем прямой линией точки К и Вх и в пересечении с I = 40 кДж/кг получим точку СМ с t = 18,8 °С и ?смм = 14,5 °С. В режиме адиабатного увлажнения в форсуночной камере необходимо получить / = 16 °С. Вычисляем требуемый показатель адиабатного увлажнения в форсуночной камере:

Путем снижения давления воды у форсунок достигается снижение величины показателя Е с 0,8 летом до 0,65 зимой. Это может достигаться контролем (р = 65% по датчику, воздействующему на автоматический клапан регулирования расхода воды через форсунки.

Вычисляем расход теплоты в калориферах двух приточных агрегатов на нагрев наружного воздуха:

В энергосберегающей системе МК в холодный период года в каждом из приточных агрегатов приготавливается смесь с энтальпией, равной энтальпии приточного воздуха. По условиям комфортности воздухо- распределения холодного воздуха в рабочую зону по нормам [ 11J температура приточного воздуха должна быть меньше температуры воздуха в зоне обитания людей не более чем на 3 °С. Тогда температура приточного воздуха составит t =t —Ъ = 2Ъ — Ъ = 17 °С.

Процесс поглощения тепловыделений в ткацком цехе проходит при постоянном влагосодержании dBX = 9,6 г/кг (точка Вх на рис. 4.5). В месте пересечения изотермы t = 17 °С и dB = 9,6 г/кг получим точку П с параметрами I v = 41 кДж/кг; / = 14,8 °С. Вытяжной

воздух имеет температуру t = 23 °С (точка Ух на рис. 4.5).

В режиме адиабатного увлажнения при проходе воздуха через влажные полотна аппарата ВУ смеси воздуха по расчету необходимо получить температуру приточного воздуха / = tnx = 17 °С

(точка Пх на рис. 4.5). Эффективность адиабатного увлажнения во влажных полотнах аппарата ВУ равна Еа = 0,6. Из преобразованного выражения (4.1) для показателя Е& = 0,6 найдем температуру смеси, полученной в приточном агрегате, входящей в аппарат ВУ приточного воздуха Ln :

На /—^/-диаграмме рис. 4.5 проводим прямую через точку СМ (/см = 20,3 °С) до пересечения с точкой Ух (/ = 23 °С). Продолжая прямую линию до пересечения с вертикалью dH = 0,4 г/кг, получим точку К, требуемую температуру / = 5,0 °С нагрева приточного наружного воздуха в калорифере приточного агрегата. В аппараты ВУ-2,8 входит смесь воздуха с параметрами: t = 20,3 •С,/, =/„ =41кДж/кг.

Построение на /-d-диаграмме режима работы энергосберегающей системы МК в ткацком цехе в холодный период года

Рис. 4.5. Построение на /-d-диаграмме режима работы энергосберегающей системы МК в ткацком цехе в холодный период года:

Нх2 — нагрев утилизируемой теплотой вытяжного воздуха приточного наружного воздуха;

Ухх2 — извлечение теплоты из вытяжного воздуха в вытяжном агрегате; Н2-К — нагрев в калорифере приточного наружного воздуха;

К-СМ-УХ — смешение в приточном агрегате;

СМ-ПХ — адиабатное увлажнение в аппарате ВУ-2,8;

Пххх — поглощение тепловыделений в ткацком цехе;

В-Вх — заштрихованный сектор круглогодовых изменений параметров воздуха в рабочей зоне ткацкого цеха

Составим уравнение смеси двух потоков воздуха с различными температурами для получения смеси в количестве L — Ln — = 31 250 м3/ч с tQM = 20,3 °С.

В уравнении (4.5) два неизвестных: 1) расход удаляемого рециркуляционного воздуха L ; 2) расход наружного воздуха LnH. Заменив L — L — L и подставив в уравнение (4.5), получим:

п.н см У'Х.р

После разделения переменных и преобразований получим уравнение для нахождения ?ухр:

Расход приточного наружного воздуха составит

Расход теплоты в калорифере приточного агрегата на нагрев наружного воздуха составит QTK = 4206 • 1,34 • 1 • (5 + 26) / 3600 = = 48,5 кВт-ч.

Для снижения расхода теплоты в приточные и вытяжные агрегаты включим после фильтров теплообменники, которые соединим трубопроводами и насосом для циркуляции антифриза. Этот комплекс оборудования называется установкой утилизации с насосной циркуляцией антифриза. Возможное количество утилизируемой теплоты на нагрев приточного наружного воздуха находят методом попыток [8, 9].

Принимаем величину охлаждения вытяжного воздуха до /ух2 = = 20 кДж/кг, /ух2 = 6,5 °С (точка Ух2). Соединяем точки Ух и Ух2 пунктирной линией и продолжаем ее до пересечения с ср = 100% в т./с tj = 4 °С, отвечающей средней температуре наружной поверхности теплообменника в вытяжном агрегате [8, 9].

Количество отводимой теплоты из выбросного вытяжного воздуха составит

Вычисляем температуру приточного наружного воздуха, нагретого утилизируемой теплотой вытяжного выбросного воздуха:

На догрев воздуха в калорифере требуется теплоты в количестве

0т.к.дог = 4206 • 1,25 • 1 • (5 + 1,4) / 3600 = 9,4 кВт • ч. В двух приточных агрегатах расход теплоты в калориферах составит 9,4 • 2 = = 18,8 кВт • ч. По сравнению с традиционой системой расход теплоты сократился в 132 / 18,8 = 7 раз.

Показатель энергетической эффективности системы МК в холодный период года вычисляют по формуле

где 1УСМК — суммарный расход электроэнергии на функционирование системы МК в холодный период года, кВт • ч;

QTK расход теплоты в калорифере на подогрев наружного воздуха в приточных агрегатах, кВт ? ч.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >