Nizhnekamsk ice water receiving station with bulk ice accumulator

Abstract

Refrigerating stations for obtaining ice water in ice storage tanks with bulk ice were described in the article "Features of obtaining ice water using bulk ice accumulators", published in the journal "Refrigeration Engineering" No. 5/2003. The first plant of this type in Russia was designed and put into operation at the Nizhnekamsk Dairy Plant by FABS Engineering.

Full Text

Особенность рабочего цикла Нижнекамского молочного комбината - крайне неравномерное суточное распределение тепловых потоков: пик приходится на первую половину дня, а в ночное время количество отводимого от продукции тепла снижается до минимума. Усредненные тепловые потоки в самый напряженный летний период приведены на диаграмме профиля максимальной тепловой нагрузки (рис. 1, табл. 1).

Рис. 1. Профиль летней тепловой нагрузки на Нижнекамском молочном комбинате

Таблица. Суточный график работы холодильной станции со льдоаккумулятором на Нижнекамском молочном комбинате в июне

Время суток, ч	Усредненные тепловые потоки, кВт	Потребление холода, кВт		Аккумулированное количество холода, кВт • ч
		BWP,*	ВЕЕ**+ лед
1	79	79	0	2701
2	198	198	0	3030
3	63	63	0	3358
4	519	200	319	3368
5	335	200	135	3562
6	419	200	219	3671
7	104	104	0	4000
8	985	200	785	3543
9	981	200	781	3090
10	1104	200	904	2515
11	563	200	363	2481
12	1036	200	836	1973
13	275	200	75	2227
14	1179	200	979	1576
15	1102	200	902	1003
16	385	200	185	1146
17	366	200	166	1309
18	335	200	135	1502
19	116	116	0	1831
20	788	200	588	1572
21	713	200	513	1388
22	165	165	0	1716
23	70	70	0	2045
24	94	94	0	2373
Всего	11974	4089	7885

* BWP — испаритель-охладитель воды. **ВЕЕ — испаритель-льдогенератор.

Холодильная установка, подобранная по максимальной нагрузке, должна иметь холодопроизводительность более 1000 кВт, но загрузка ее при этом составит порядка 50%. Поэтому очевидна необходимость использования льдоаккумулятора, накапливающего холод в виде намораживаемого льда в период минимальных теплопритоков и расходующего накопленный лед при пиковых тепловых нагрузках.

На Нижнекамской станции получения ледяной воды используются пленочные теплообменники-льдогенераторы. На внешнюю поверхность панелей-испарителей этих теплообменников из ванны подают воду. Стекая тонкой пленкой по испарителям, вода замерзает и образует на панелях ледяную корку. Когда толщина намороженного льда достигает 6...8 мм, в испарители подается горячий газ, и пластины льда, потеряв сцепление с поверхностью испарителя, падают в льдоаккумулятор. При этом пластины разбиваются на небольшие осколки льда, которые накапливаются в баке. Процессы замораживания и оттаивания в льдогенераторах идут последовательно с некоторым временным смещением, поэтому процессы образования льда и его накопления в аккумуляторе происходят непрерывно.

Ограничение толщины слоя намораживаемого льда до 6...8 мм с постоянным его сбросом в льдоаккумулятор обеспечивает отсутствие льда на панелях-испарителях даже после полного заполнения насыпного льдоаккумулятора битым льдом. В момент появления пиковых нагрузок все холодильное оборудование установки сразу включается в номинальный режим работы, что исключает недостатки, присущие льдоаккумуляторам с погружными испарителями (см. журнал «Холодильная техника» № 5/ 2003).

Применение льдоаккумулятора с насыпным льдом аккумулирующей способностью 40...45 т льда на Нижнекамском молочном комбинате позволило обойтись холодильной установкой холодопроизводительностью 540 кВт. Принципиальная схема станции получения ледяной воды приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема установки для получения ледяной воды

Основное оборудование станции - холодильная установка (на рисунке не показана), в которой в качестве хладагента используется R22, бак- льдоаккумулятор с размещенными над ним четырьмя теплообменниками-льдогенераторами BUCO ВЕЕ и одним теплообменником-охладителем воды BUCO BWP, насосы, воздуходувка и распределительные трубопроводы.

Циркуляционная схема подачи фреона в теплообменники-льдогенераторы и охладитель воды обеспечивает полное заполнение испарителей жидким фреоном, равномерную толщину намораживаемого льда по высоте панелей и соответственно более эффективное их использование.

Льдоаккумулятор представляет собой прямоугольный бак с внутренними размерами 11x4x4,6 м (длина х ширина х высота). Геометрия и размеры бака диктовались условиями его размещения в существующем помещении комбината. Такой бак способен разместить в себе до 50...60 т льда при расчетной аккумулирующей способности 40...45 т.

В передней стенке льдоаккумулятора имеется проем, отгороженный от внутренней полости сеткой, а с внешней стороны закрытый металлическим листом. Сетка удерживает лед в баке-льдоаккумуляторе и фильтрует воду от осколков льда. Через проем забирается ледяная вода и подается потребителю. Одновременно ледяная вода со стороны проема насосами подается в четыре испарителя-льдогенератора ВЕЕ.

Возвращаемая от потребителей вода перед подачей в льдоаккумулятор охлаждается в панельном испарителе-охладителе BWP. Расстояние между панелями, по внешним поверхностям которых тонкой пленкой стекает вода, составляет около 5 см, что исключает образование узких замкнутых каналов и существенно снижает риск размораживания. Благодаря этому испаритель-охладитель может охлаждать поступающую в него воду с температурой 2...3°С до 0,5 °С и ниже.

Это, в свою очередь, позволяет более полно использовать холодопроизводительность установки в периоды минимальных тепловых потоков: достигается более глубокое охлаждение воды, снижается интенсивность таяния накапливаемого льда, и в конечном итоге повышается скорость его накопления в аккумуляторе.

Кроме того, использование пленочных панельных испарителей BWP упрощает регулирование, так как намораживаемая на их поверхности небольшая корка льда смывается водой при увеличении тепловой нагрузки.

По дну бака-льдоаккумулятора проложена система распределительных трубопроводов, в которую подается воздух. Поднимаясь со дна бака, воздух проходит через смесь льда и воды, исключая уплотнение льда и интенсифицируя охлаждение воды.

Работа льдогенераторов контролируется датчиками уровня льда. Когда уровень льда достигает требуемого значения, прекращается подача хладагента в льдогенераторы. Возобновление генерации льда происходит по мере его расходования.

В период минимальных тепловых потоков возвращаемая с участков приема и переработки молока отепленная вода проходит через испаритель-охладитель, где охлаждается до температуры, близкой к температуре ледяной воды, а затем сливается в льдоаккумулятор. Если расход возвращаемой воды недостаточен для оптимальной работы BWP, к возвратной воде добавляется вода из бака- льдоаккумулятора.

В пиковый период тепловых потоков, для которого характерны и повышенные расходы воды, значительная доля отепленной воды, минуя испаритель, подается в нижнюю часть бака-льдоаккумулятора. Недостаток холодопроизводительности установки в этом случае компенсируется за счет плавления льда.

Температура воды на выходе из льдоаккумулятора напрямую зависит от площади поверхности льда, которую сможет омыть вода после поступления ее в бак-льдоаккумулятор до точки отбора потребителям. Вследствие развитой поверхности ледяных осколков, обеспечиваемой выбранным методом накопления льда, на Нижнекамской станции в зимний период температура получаемой ледяной воды не превышала 0,2 °С.

В состав Нижнекамской станции получения ледяной воды также входит установка естественного холода, содержащая теплообменник для охлаждения водного раствора этиленгликоля холодным атмосферным воздухом и теплообменник для передачи холода, аккумулируемого этиленгликолем, отепленной воде, возвращаемой в бак-льдоаккумулятор из технологических аппаратов переработки молока. Максимальная холодопроизводительность установки 200 кВт. Она предназначена для работы в холодное время года и может использоваться вместо испарителя- охладителя воды BWP. Отключение BWP, потребляющего машинный холод, в холодный период года, и замена его установкой, отбирающей холод от окружающей среды, приводит к значительной экономии электроэнергии. Вместе с тем установку естественного холода и испаритель-охладитель воды BWP можно использовать и совместно. Поэтому они расположены последовательно в линии подачи воды в льдоаккумулятор.

Наиболее эффективен режим совместной работы систем искусственного и естественного холода в пиковые периоды тепловой нагрузки, так как достигаемое при этом более глубокое охлаждение воды и уменьшение количества теплоты, поступающей с водой в льдоаккумулятор, уменьшают расход льда на доохлаждение воды. В результате экономии льда сокращается время работы льдогенераторов, что является еще одним фактором повышения экономичности установки.

Принципы работы установки получения ледяной воды, спроектированной и смонтированной на Нижнекамском молочном комбинате фирмой «ФАБС Инжиниринг», во многом новы для нашей страны. Тем не менее уже появившийся небольшой опыт эксплуатации установки позволяет сделать вывод о значительных ее преимуществах по сравнению с используемыми в настоящее время. Самым весомым достоинством установки, несомненно, является более высокая экономичность, обусловливаемая принципиальной схемой и применяемым теплообменным оборудованием.