Refrigeration unit with liquid ammonia air subcooler

Abstract

The base of a rational use of natural cold is the application of air heat exchangers in refrigerating installations.

Thus, it is practical to use an air superchiller of liquid ammonia. This will ensure a more stable operation of the ammonia pump switched on at low temperatures of the outside air and installed after the vertical receiver.

A heat exchanger based on porous materials with the average coefficient of heat transfer 65 Wt/(m2*K) was used as an air superchiller.

Full Text

Использование естественного холода путем подачи холодного наружного воздуха к объекту охлаждения при помощи вентиляторов дает возможность экономить энергоресурсы в зимний период[*].

Другой способ экономии косвенный, заключается в передаче естественного холода потребителю с помощью хладоносителя. Энергетическая эффективность при этом несколько ниже из-за потерь в теплообменных аппаратах. Тем не менее косвенный способ дает возможность достаточно успешно использовать термодинамический потенциал наружного воздуха в холодильных технологиях.

Естественный холод рационально используется в холодильных установках с воздушными конденсаторами.

Принципиальная схема аммиачной холодильной установки с воздушным конденсатором приведена на рисунке.

При температуре наружного воздуха ниже установленной технологическим режимом компрессор холодильной машины 6 отключается, вентиль 5 закрывается. Хладагент из вертикального ресивера И насосом 12 подается в испаритель камеры охлаждения 3. Пары хладагента, минуя компрессор, через вентили 4,7,8 под действием разности давлений кипения и конденсации направляются в конденсатор, в котором при контакте с холодным наружным воздухом охлаждаются и конденсируются. Конденсат сливается в ресивер, откуда насосом перекачивается к испарителю. Обводной трубопровод (через вентили 2 и 7) служит для оттайки горячими парами компрессора воздухоохладителя камеры.

Схема холодильной установки с воздушным переохладителем жидкого аммиака: 1 —регулирующий вентиль; 2, 4, 5, 7,8 — вентили; 3 — воздухоохладитель; 6 — компрессор; 9 — воздушный конденсатор; К) - датчики уровня; 11 — вертикальный ресивер; 12 — аммиачный насос; 13 — термогильза; 14 — воздушный переохладитель; 15 — соленоидный вентиль; 16 — реле разности температур

В этой схеме целесообразно предусмотреть воздушный переохладитель жидкого аммиака. Экономия электроэнергии в случае его применения будет незначительной, примерно 0,5 % на 1°С переохлаждения, но это обеспечит более устойчивую работу включаемого при низких температурах наружного воздуха аммиачного насоса 72, установленного после вертикального ресивера.

Если температура жидкого аммиака после линейного ресивера выше температуры окружающего воздуха, реле разности температур 16 включает соленоидный вентиль 75 и жидкий аммиак проходит через воздушный переохладитель.

В случае, когда температура воздуха выше температуры конденсации (это может быть в течение нескольких дневных часов двух летних месяцев), соленоидный вентиль открывается и отключает электродвигатель вентилятора воздушного переохладителя. Аммиак минует переохладитель.

Потребная поверхность воздушного переохладителя F_вк определяется как

$F_{вк}=\frac{Q_k}{K*∆t}=\frac{220000}{65*17}=199 M^2$

где Q_k = 220 кВт фактическая холодопроизводительность;

к= 65 Вт/(м²-К) средний коэффициент теплопередачи воздушного переохладителя из пористых материалов;

Δt= 17 °C средний температурный напор.

Температура, до которой может быть охлажден аммиак, зависит от условий теплообмена с обеих сторон теплопередающей поверхности теплообменника и ее термического сопротивления.

Тепловой поток через воздушный теплообменник при фиксированных условиях теплообмена определяется как разностью температур аммиака и наружного воздуха, так и величиной поверхности теплообмена.

Увеличение разности между температурами аммиака и холодного наружного воздуха приводит к недоиспользованию теплового потенциала последнего. Применение более развитой теплопередающей поверхности, например с пористым оребрением, увеличивает условную полезную поверхность теплообмена, но до определенных пределов, поскольку температура у основания ребер выше температуры окружающей среды.

Таким образом, основой рационального использования естественного холода является применение в холодильной установке воздушных конденсаторов с непременным соблюдением условия не повышать искусственного давления в них в холодный период года.

Данный способ можно эффективно реализовать на пищевых и перерабатывающих предприятиях в технологических процессах со сравнительно высокими температурами.

При использовании воздушного переохладителя в холодильной установке МПЗ “Ангарский” в течение 9 мес (в остальное время года эффективность его работы снижается) экономия электроэнергии составила 42 тыс. кВт-ч в год. Кроме того, продолжительность работы холодильных компрессоров сократилась на 9 %, что позволило создать дополнительный резерв холодильных мощностей.

Расчет экономического эффекта от уменьшения износа компрессоров сложен. Можно только предположить, что в денежном выражении это будет сумма того же порядка, что и от экономии электроэнергии.

Помимо снижения расхода электроэнергии и износа оборудования внедрение воздушных переохладителей улучшает условия эксплуатации, так как поступление переохлажденного жидкого аммиака к регулирующим устройствам обеспечивает их надежную работу.

Окупаемость внедрения воздушного переохладителя зависит от его цены, стоимости монтажа и наладки, а также эксплуатационных затрат на воздушные конденсаторы, с одной стороны, и стоимости сэкономленной электроэнергии с другой.

[*] Киреев В. В., Лазеев Н.А., Степаненко П.П. Экономия энергетических ресурсов на основе применения естественного холода //Хранение и переработка сельскохозяйственной продукции. 2003. № 10.