Установки для осушки воздуха охлаждением

Первой ступенью осушки воздуха следует считать концевой холодильник компрессорной установки (ВОК). В концевом холодильнике воздух охлаждается обычно до 40 – 50 °С. При таких температурах в большинстве случаев выпадения влаги из воздуха не происходит.

Рассмотрим случай, наиболее характерный для самого неблагоприятного периода эксплуатации системы: t_нар =+10 ¸ -10 °С.

При параметрах атмосферного воздуха: P_ва=0,1 МПа; t_ва=10 °С и j=70 %, его влагосодержание составляет d_ва = 5,5 г/кг.

При давлении сжатого воздуха в концевом холодильнике P_ВОК = 0,8 МПа и температуре t_ВОК=40-50 °С насыщающее влагосодержание равно d_н=6-10 г/кг. В обоих случаях j < 1 и выпадения влаги не происходит.

Таким образом, ВОК осушает воздух только в кратковременный летний период. Стабильную и надежную осушку воздуха можно осуществить с помощью холодильной машины.

Принципиальная схема такой воздухоосушительной установки приведена на рис. 12.1.

Работает установка следующим образом.

Теплый влажный воздух из концевого холодильника поступает в РТО, где он охлаждается и частично осушается встречным холодным воздухом. Сконденсировавшаяся капельная влага отделяется во влагоотделителе (ВО). Окончательная осушка воздуха происходит в охладителе-осушителе, в трубное пространство которого подается либо хладагент, либо хладноситель от холодильной машины. Сухой холодный воздух после ВО поступает в РТО, где нагревается до температуры потребления.

Рис. 12.1. Схема осушки сжатого воздуха охлаждением:

КУ – компрессорная установка; ВОК – воздухоохладитель концевой (концевой холодильник); ВО – влагоотделитель; РТО – регенеративный теплообменник; ООВ – охладитель-осушитель воздуха; ХМ – холодильная машина

В серийных воздухоосушительных установках, которыми комплектуются воздушные турбокомпрессорные машины К-250 и К-500, воздух охлаждают до 3 – 5 °С. Это соответствует влагосодержанию d = 0,65 – 0,7 г/кг (при атмосферном давлении это соответствует точке росы приблизительно -20 °С). Более низкие температуры охлаждения приводят к обмерзанию теплообменных поверхностей. Это приводит к затруднениям в эксплуатации, так как необходимо предусмотреть периодическое оттаивание теплообменников.

Более подробное описание серийных воздухоосушительных установок можно найти в [1] и [6].

В КГЭУ на кафедре промышленной теплоэнергетики разработан экономный способ осушки воздуха с рекуперацией холода намерзшей ледяной шубы в охладителях-осушителях [7]. Схема установки, реализующей такой способ, приведена на рис. 12.2.

Установка состоит из контура осушаемого воздуха и холодильной машины. Контур осушаемого воздуха содержит рекуперативный теплообменник (РТО), влагоотделитель (ВО), переключатель потока (ПП), последовательно подключенные воздухоохладители (ООВ1 и ООВ2) и сепаратор (С).

Влажный теплый воздух поступает в РТО, где охлаждается обратным потоком сухого холодного воздуха. После РТО осушаемый воздух поступает во влагоотделитель ВО, в котором происходит отделение капельной влаги, и, пройдя переключатель потока воздуха (ПП), он направляется в воздухоохладитель ООВ1. В ООВ1 воздух охлаждается и частично осушается в результате таяния ледяной шубы, образовавшейся на теплообменной поверхности аппарата в предыдущем цикле. При этом охлаждающая среда (хладагент или хладоноситель) в ООВ1 не подается. Из ООВ1 воздух поступает в ООВ2, где окончательно охлаждается до заданной точки росы за счет подаваемой в аппарат охлаждающей среды.

Рис. 12.2. Схема осушки воздуха с рекуперацией холода льдообразования: РТО – рекуперативный теплообменник (воздух-воздух); ВО - влагоотделитель; ПП – переключатель потока воздуха; ООВ – охладитель-осушитель воздуха; С – сепаратор; ЭГК – электрогидроклапан; ОК – обратный клапан

Осушенный воздух из ООВ2, пройдя переключатель потока и сепаратор С, где улавливается капельная влага и снежная пыль, поступает в РТО. Здесь он нагревается до заданной температуры и подается потребителю.

При достижении заданного значения перепада давления на ООВ1 происходит автоматическое переключение потоков воздуха в ПП (поворотом заслонки на 90°) и охлаждающей среды в ЭГК. Рабочий процесс повторяется, но воздух поступает уже с ООВ2 в ООВ1.

Значение точки росы осушенного воздуха должно быть обосновано технико-экономическим расчетом.