Общие рекомендации по проектированию

Глава 1

Проектирование промышленных систем хладоснабжения с аккумуляторами холода

Общие рекомендации по проектированию

Отказ от использования для целей технологического охлаждения водопроводной и артезианской воды (исходя из требований экологии) привел к тому, что расход электроэнергии на выработку холода на предприятиях АПК (молкомбинаты, мясокомбинаты) достигает 40 - 50% общего расхода электроэнергии.

В регионах с продолжительными периодами сохранения температур наружного воздуха от 4-8°С и ниже, для отвода теплоты от технологических объектов (камеры, системы кондиционирования воздуха и продуктов) используют непосредственное и косвенное использование холодного наружного воздуха.

Наибольшее распространение получили системы хладоснабжения открытого типа - с вентиляторной градирней. Степень охлаждения воды в ней зависит от конструктивных характеристик, психрометрической разности температур и температуры воздуха по смочен­ному термометру.

Разность температур наружного воздуха по смоченному термометру Т_м и средней температурой воды Т_в.ср. определяется как

(1)

где А, С - эмпирические коэффициенты: А=85÷89;С=(3,63-3,66)х10^-2;

В - численный коэффициент, равный 0,64÷0,84.

Q, Q_н- расчетная и номинальная тепловая нагрузка на градирню, кВт;

Вентиляторная градирня охлаждает воду в режимах с работающим вентилятором и при его отключении, что зависит от термодинамического состояния наружного воздуха и опасности замерзания воды и намораживания льда на насадке градирни.

В закрытых системах, где наружным воздухом охлаждается вода в воздушно-жидкостных теплообменниках, замерзание воды предотвращают путем повышения ее скорости, автоматическим отключением вентиляторов, и при снижении температуры воды до 3°С, автоматическим включением аварийного электронагревателя.

Как показано в /27/, путем аккумуляции холода и регенерации тепла можно значительно сократить пиковые нагрузки и увеличить продолжительность эксплуатации системы хладоснабжения. Использование дешевого ночного тарифа на электроэнергию снижает общие затраты на энергопотребление, и в целом на эксплуатацию, что повышает КПД системы за отчетный период времени.

Анализ графика тепловых нагрузок не по среднему суточному значению, а по часам суток, и определение потребности в холоде путем «среза пика» и отнесения этой нагрузки на аккумуляционную позволяет, в схеме хладоснабжения с параллельно размещенными испарителем и льдогенератором, снизить оплату за энергопотребление на 30% и более.

Конструкция жидкостных АКХ проста: это заполненная хладоносителем емкость, подключенная к холодильной установке /4, 5/ . Аккумулирующую способность таких аппаратов определяет вместимость бака и перепад температур хладоносителя в нем в процессе зарядки или разрядки. Их основной недостаток - большие габариты баков.

Так как температура выходящей из них воды, как правило, не ниже 3 °С, то это не позволяет охладить молоко до 1-2 °С. Такие аккумуляторы целесообразно включать в системы хладоснабжения небольшой производительности (особенно если хладоноситель - рассол).

В установках большой холодопроизводительности используют аппараты рекуперативного типа, аккумулирующая способность которых в расчете на единицу объема на порядок выше, чем у жидкостных.

В системах с температурой хладоносителя значительно выше (или ниже) 0°С предпочтительнее устанавливать контактные аккумуляторы вместо рекуперативных. Так, для систем кондиционирования воздуха (СКВ) предложены аппараты, температура плавления рабочих веществ в которых составляет 3-4°С, а температура кипения выше 0 °С (в водоледяном аккумуляторе температура кипения t₀ была бы -5...-10°С). Применение контактных аккумуляторов также оправдано и для систем, где требуется хладоноситель с температурой ниже 0°С, что невозможно осуществить в водоледяном аккумуляторе.

Для «ледяной» воды (основного хладоносителя систем хладоснабжения предприятий молочной промышленности) преимущества контактного аккумулятора по сравнению с водоледяным сказываются в повышении температуры кипения на 3-5 °С и снижении расхода электроэнергии на 9-15%, из-за отсутствия в этом аппарате термического сопротивления теплопередающей поверхности между хладагентом и льдом. Однако сложности, возникающие при создании и эксплуатации систем с такими аккумуляторами, весьма значительны и едва ли оправдывают указанную экономию электроэнергии. Кроме того, применять подобные аккумуляторы с водой (или водными растворами солей) в аммиачных системах хладоснабжения невозможно из-за взаимной растворимости воды и аммиака.

Таким образом, для аммиачных систем, работающих на хладоносителе с температурой 0°С, наиболее целесообразен аккумулятор с намораживанием водного льда на теплопередающей поверхности, изготовляемой из труб или панелей.

Характеристики трубчатых и панельных АКХ существенно различаются.

При одинаковых теплопередающей поверхности и толщине слоя льда масса льда, намороженного в трубчатом аккумуляторе, больше, чем в панельном. Вследствие этого удельная металлоемкость (масса теплообменника, необходимого для намораживания 1 т льда) трубчатого аккумулятора меньше в среднем на 15 %, чем панельного. Кроме того, в трубчатом АКХ процесс таяния льда протекает более эффективно вследствие увеличенной, по сравнению с панельным АКХ, поверхности намороженного льда. Так, при таянии льда с начальной толщиной 30 мм, намороженного на трубах диаметром 42 мм, в среднем за цикл отводится теплоты в 1,2 раза больше, чем в панельном аккумуляторе.

В таблице 1 приведена сравнительная характеристика указанных аккумуляторов по металлоемкости С и площади F, необходимой для намораживания 1 т льда. Как видно из таблицы 1, для намораживания 1 т льда требуется от 100 до 200 пог.м труб в зависимости от наружного диаметра труб d_H и толщины слоя льда . С учетом меньшей стоимости листа по сравнению с трубами панельный АКХ оказывается вдвое дешевле трубчатого. Поэтому несмотря на несколько более высокую эффективность трубчатого аккумулятора более рациональным представляется изготовление аккумуляторов холода панельного типа.

Ряд разработанных панельных АКХ включает восемь типоразмеров: АКХ-30, 2АКХ-30, АКХ-45, 2АКХ-45, АКХ-120, 2АКХ-120, АКХ-160, 2АКХ-160 /10, 17/.

Основной элемент аккумулятора - бак с пропеллерной мешалкой и испарителем.

Испаритель составлен из панелей, соединенных в единый блок коллекторами для подачи жидкого аммиака и отсоса его паров, сбора и удаления масла. Относительно боковых стенок бака и друг друга панели расположены на расстоянии, позволяющем намораживать слой льда толщиной до 35-40 мм (паспортная характеристика предусматривает намораживание 30 мм льда).

Мешалкой вода перемещается вдоль панелей.

Аккумулятор снабжен автоматической системой управления. Основной регулируемый параметр - толщина слоя льда. При достижении максимальной толщины слоя льда механический датчик подает сигнал, по которому прекращается подача аммиака в испаритель или останавливается компрессор, обслуживающий аккумулятор. Когда в процессе таяния толщина льда снижается до минимально допустимого значения, другой датчик подает сигнал на подачу аммиака в испаритель или на включение компрессора.

Уровень аммиака в панелях поддерживается с помощью датчика уровня типа ПРУ, по сигналу которого срабатывает магнитоуправляемый вентиль, установленный на линии подачи аммиака в испаритель.

Для потребителей с постоянной по времени тепловой нагрузкой предусмотрена возможность поддержания постоянной температуры воды на выходе из аккумулятора. Это достигается тем, что в начальный период обеспечивают таяние накопленного льда только с нижней половины панелей. Затем уровень воды повышают до номинального значения и происходит окончательное использование накопленного холода. Для регулирования уровня воды установлен перепускной клапан.

В 1997г. освоен серийный выпуск аммиачных горизонтально-трубчатых испарителей пленочного типа ИПТ /24/. Испарители предназначены для охлаждения воды до температуры, близкой к 0°С («ледяная» вода). Их рекомендуется использовать для

замены панельных испарителей типов НП, И ПП. Охлаждение воды осуществляется путем пленочного орошения всей поверхности пучка испарительных труб через низконапорные сопла. Жидкостной бак герметично соединен с корпусом аппарата, снабжен штуцерами для отвода, слива и перелива воды, имеет съемные бо­ковые ограждения для контроля работы оросительного устройства и съемную верхнюю крышку.

Технические характеристики аммиачных испарителей типа ИПТ приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты испытаний системы с АКХ показали, что в зависи­мости от объемной плотности орошения водой и интервала времени между пиковыми тепловыми нагрузками льдогенератор отводит 60÷90% этих нагрузок, т.е. установленная мощность холодильных ма­шин может составлять от 10 до 40% от пиковой нагрузки.

В мировой практике широко распространены емкостные (обыч­но водяные) АКХ. Из их резервуаров «ледяная» вода либо вытесняет­ся, либо сливается, причем в последнем случае внутренние потери меньше на ~20%, при температуре «ледяной» воды в АКХ около 1±0,5^ºС.

АКХ с использованием фазового перехода воды имеют мень­шие габариты, но намораживание льда толщиной 20...30 мм при тем­пературе t₀ от -18ºС до -20ºС приводит к перерасходу электроэнергии до 20÷35%, против получения в испарителе «ледяной» воды при t₀=-5º...-7ºС. В льдогенераторах чешуйчатого льда, при его толщине 2...Э мм на теплообменной поверхности, коэффициент теплопередачи в ап­паратах выше, что позволяет намораживать лед при более высоких температурах кипения t₀=-15...-17ºС.

Показатель неравномерности нагрузки предприятия по холо­ду оценивается как

Где - максимальная часовая нагрузка, кВт;

- средняя часовая нагрузка, отнесенная к суммарной суточной, кВт;

и составляет от 1,5 до 1,8 (за рубежом), 2 и более - в отечествен­ных производствах /26/. Так в Дании 60% систем хладоснабжения молочных заводов снабжены АКХ-ЛГ /35/.

При отсутствии многоставочных тарифов на электроэнергию, и нескольких пиков тепловой нагрузки необходим анализ различных вариантов схем хладоснабжения с аккумуляторами «ледяной» воды (АКХ) и с АКХ-ЛГ. Возможны к использованию четыре принципиаль­ные схемы, с использованием АКХ и АКХ-ЛГ. В первой схеме исполь­зуются панельные испарители; во второй - только АКХ-ЛГ. где лед намораживается в ночные часы, а в дневные используется для охлаж­дения воды; третья схема содержит панельные испарители и АКХ, оснащенные собственными компрессорами, причем охлаждение воды осуществляют последовательно - сначала в АКХ, потом в испарителе; в четвертой схеме использованы АКХ-ЛГ, в которых одновременно охлаждают воду, намораживают или оттаивают лед.

Выбор той или иной схемы обуславливается величинами Q₀, τ_р и характером изменения суточного графика тепловой нагрузки, с учетом нестационарности процессов намораживания и таяния льда. Рассмотрение работы системы хладоснабжения со стационарным режи­мом работы АКХ-ЛГ вносит погрешность в определение Q₀ не более 15%.

Для расчета используются значения заданной тепловой нагруз­ки Q_К на систему «ледяной» воды, температуры: наружного воздуха по влажному термометру t_ВЛ, воды t_W1 на входе и t_W2 на выходе из техно­логического

аппарата-охладителя, температуры кипения t₀ и конден­сации t_К хладагента.

Расход оборотной воды на конденсаторы принимается по пас­портным данным аппаратов, расход «ледяной» воды в охладителях из условия обеспечения перепада температур , равного 4ºC

Температуру t₀ рассчитывают по уравнениям теплового балан­са в испарителях и АКХ, соответственно по формуле

(3)

где - соответственно перепад температур воды на входе и выходе из испарителя (или АКХ) и температурный напор в них, ºС

Температуру находят методом последовательных приближе­ний при совместном решении уравнений баланса энергии, подводи­мой к испарителю и компрессору и отводимой в конденсаторе:

, (4)

где - тепловая нагрузка конденсатора, кВт;

- холодопроизводительность установки, кВт;

- индикаторная мощность комперссора, кВт.

Мощность компрессоров и теплопередачу в теплообменных аппаратах рассчитывают по общепринятым методикам /10, 25/.

Расчет теплопередачи в АКХ рекомендуется /26/ проводить по формуле

, (5)

где - холодопроизводительность ХМ и количество тепла, отводимое тающим льдом, кВт;

k - коэффициент теплопередачи от воды к хладагенту с уче­том слоя льда, кВт/(м·К);

F- площадь теплообменной поверхности АКХ, m²;

- коэффициент теплоотдачи от воды к тающему льду, порядка 0,35 кВт/(м·К);

- среднелогарифмический температурный напор соответственно между водой и хладагентом, и между средней темпе­ратурой «ледяной» воды в баке и температурой поверхности льда t_Л, принимаемой (по опытным данным) равной -1°С.

При оценке вариантов и при выборе схемы хладоснабжения не­обходимо учитывать: возможности снижения расхода электроэнергии в условиях работы в ночное время при низких значениях t_К и особо - при наличии мкогоставочных (двух, трех) тарифов, использование раз­личной численности оборудования, снижение расхода запорной арма­туры и протяженности трубопроводов, простоту технологической схе­мы и систем автоматики, место размещения и условия монтажа обору­дования , емкость по хладагенту и охлаждающей воде (хладоносителю).

Целесообразность применения АКХ ориентировочно можно оце­ним, по суточному почасовому графику тепловых нагрузок: максималь­ная часовая нагрузка должна превышать среднечасовую более чем на 50%, а продолжительность пиковой нагрузки составить не более 4 ч при двух резко выраженных пиках нагрузки.

Для оценки системы хладоснабжения с АКХ, помимо нестацио­нарности тепловой нагрузки, имеют место нестационарности t₀ и t_К.

Технико-экономическая оценка таких систем может быть выполне­на на основе метода, предложенного в /10/. Площади поверхностей тепло­обмена можно выразить через основные параметры следующим образом:

, (6)

(7)

где , - площадь поверхности теплообмена соответ­ственно испарителя и конденсатора, м2;

- суточная холодопроизводительность установки, кДж/сутки;

r - теплота плавления льда, кДж/кг;

ρ - плотность льда, кг/м³;

δ - толщина слоя льда, м;

ε - холодильный коэффициент;

t₀ - время работы установки, с/сутки;

k - коэффициент теплопередачи, кВт/(м²К);

- средний температурный напор в конденсаторе, К;

(8)

где - суточное производство продукта, поступающего на охлаждение, кг/сутки;

- теплоемкость продукта, кДж/(кг К);

- начальная и конечная температуры продукта при ох­лаждении «ледяной» водой, К.

Толщину слоя льда δ можно ориентировочно оценить, для квазистационарного режима, по зависимости

,

где - температура замерзания воды, К;

λ - теплопроводность льда, Вт/(м К);

R - суммарное термическое сопротивление стенки испари­теля и загрязнений, (м²К)/Вт.

Поданным /31/ для аммиачных компрессоров П110, при t_К = 30ºС и в интервале температур t₀ от -5 до -30°С, с учетом всех потерь, холо­дильный коэффициент ε_e равен

(10)

и расход энергии на привод компрессора при выработке 1 т льда:

кВт·ч (11)

Оптимальная температура кипения t₀ при заданных толщинах слоя намораживаемого льда δ определяется по условию минимально­го значения суммарных затрат R_δ на производство льда:

(12)

где - стоимость электроэнергии, отчисления от стоимости компрессоров и льдогенератора, руб./т льда.

В уравнении (12) стоимость электроэнергии на замораживание 1т льда

где - стоимость электроэнергии, руб./(кВт-ч).

Отчисления от стоимости компрессоров в расчете на 1 т льда

где - стоимость компрессора , py6./(м³/с);

- амортизационные отчисления;

- объемная холодопроизводительность аммиака в диапа­зоне t₀=-5...-30ºС и t_К=ЗОºС; определяемая по выражению

λ - коэффициент подачи компрессора в том же диапазоне, и равный

, (16)

- число дней работы льдогенератора в году, сут/год.

Отчисления от стоимости льдогенератора

где - масса плит льдогенератора, кг;

- стоимость 1 т аппарата, руб./к.

Минимум затрат будет соответствовать первой производ­ной Проведя кривую по этим точкам, получаем минимум кривой толщины льда δ, которая является в рассматриваемом случае оптимальной. Ей соответствует оптимальное значение температуры t_{0 opt}. Результаты приведены на рисунке 2.

В зимнее время охлажденный хладоноситель из АВО поступает непосредственно к потребителю холода. Если наружный воздух не обеспечивает охлаждение хладоносителя до необходимой темпера­туры, то АВО используют для охлаждения воды после конденсатора. Охлаждение хладоноситель осуществляется в испарителе 4 с помо­щью насоса 6.

Рисунок 14 - Схема использования АВО :

1 - АВО; 2 - конденсатор; 3 - регулирующий вентиль; 4 - испари­тель для охлаждения хладоносителя; 5 - потребитель холода (техно­логический аппарат); 6,8 - насос для хладоносителя и воды; 7 - запор­ный вентиль; I - паровой трубопровод после компрессора.

Если влажность воздуха не является определяющим парамет­ром, то для охлаждения камер экономичнее использовать непосред­ственно наружный воздух. Тогда с помощью осевых вентиляторов наружный воздух подается по воздуховодам в камеру. В этом случае необходимо предусматривать автоматическую систему регулирова­ния температуры в камере.

Для камер хранения неупакованной продукции предложен ряд технических решений /12/, выполнение которых не требует значи­тельных капитальных затрат, но обеспечивает достаточный экономи­ческий эффект. Так, в камере хранения (рисунок 15) устанавливают в стене фильтр очистки воздуха от пыли и микроорганизмов 2, мон тируют площадку 3 с центро-

бежным вентилятором 4. Под потолком камеры прокладывают воздуховоды 5 с регулируемыми окнами 6, которые должны автоматически закрываться при остановке вентиля­тора 4. На противоположной вентилятору стенке камеры размещают воздуховод 7 для вывода из камеры отепленного воздуха, на котором устанавливают обратный клапан 8. Заданную температуру в камере поддерживают автоматически с помощью двухпозиционных реле тем­пературы, включающих или отключающих электродвигатель венти­лятора.

Рисунок 15 - Схема хладоснабжения камеры хранения неупа­кованного пищевого продукта

1 - металлическая сетка; 2 - фильтр; 3 -площадка; 4 - вентилятор центробежный, 5 - воздуховоды; 6 - регулируемые окна; 7 - выводной воздуховод; 8 - обратный клапан; 9 - штабель продукта

Для камер с упакованной продукцией наличие фильтра-очис­тителя от микроорганизмов не обязательно, для камер с площадью менее 70 м² допускается установка осевого вентилятора.

Камеры хранения, оборудованные подвесными воздухоохлади­телями типа ВОП, оборудуют (рисунок 16) воздуховодами 5, которые подсоединяют к воздухоохладителям 4 съемными переходными элементами 3, изготавливаемы-

Во второй схеме (рисунок 20) аккумулирование холода осу­ществляют при циркуляции ХН по контуру «градирня - баки -испаритель - насос 1», затем осуществляют охлаждение наружным воздухом при циркуляции ХН по контуру «объект охлаждения -бак с отепленным ХН - испаритель (без подачи в последний хлада­гента) - насос 1 - градирня - баки - насос 2». При смешанном ох­лаждении - подача хладагента в испаритель и использование ак­кумулированного холода - ХН циркулирует по контуру «бак с ох­лажденным ХН - насос 2 - объект охлаждения - бак с отепленным хладоносителем - испаритель - насос 1».

Для получения воды как ХН с температурой 1...4 °С при сред­ней температуре наружного воздуха Е_{ю ср} = - 4,5 °С и (р_{м ср} = 85 % мож­но использовать стандартные вентиляторные градирни, которые при указанных режимах и коэффициенте эффективности 0,8 имеют тепловую производительность порядка 50 % расчетной. Учитывая, что в зимний период внешние теплопритоки существенно снижа­ются, использование существующих градирен обеспечивает эф­фективную работу систем хладоснабжения без установки допол­нительного оборудования.

При использовании в качестве ХН рассола в систему хладос­набжения вводят утилизатор естественного холода (рисунок 21), ко­торый выполняют на базе рассольных воздухоохладителей и разме­щают на открытой площадке. Утилизатор 6 подключают к теплоизо­лированному баку - аккумулятору 3 И дополнительному баку 7, кото­рый предназначен для регулирования суточных и сглаживания пи­ковых тепловых нагрузок. Бак 7 устанавливают на открытой площад­ке и используют в зимний период. В летний период используется ак­кумулятор 3, размещенный в компрессорном цехе.

Все системы хладоснабжения с использованием естественно­го холода базируются на серийных аппаратах и автоматических устройствах, необходимые баки и системы воздуховодов трубопро­водов изготовляются непосредственно на месте эксплуатации. Тем самым, непосредственное использование и аккумуляция естествен­ного холода упрощает эксплуатацию систем хладоснабжения в зимний период и даёт ощутимый экономический эффект.

2.2. Системы хладоснабжения для жидких пищевых продуктов

Молоко является специфическим пищевым продуктом, при­менительно к которому охлаждение должно проводиться непос­редственно на фермах, так как только при этом может быть обес­печено сохранение первоначального качества продукта.

Системы хладоснабжения необходимы для животноводчес­ких ферм и комплексов, где используется индустриальная техно­логия доения и обработки молока. Охлаждение молока до темпе­ратур 1...6°С стабилизируется путем совместного использования искусственного и естественного холода, в технологических лини­ях (см. рисунки 21-24), следующих /13/ типов:

I - доение в переносные емкости (фляга); предварительное ох­лаждение молока грунтовой водой и доохлаждение с помощью ак­кумулятора естественного холода или автоматизированного льдох­ранилища;

II - охлаждение в резервуарах - охладителях естественным хо-
лодом и доохлаждение в теплое время искусственным холодом;

III - доение в молокопровод, предварительное охлаждение грунтовой водой, доохлаждение с помощью автоматизированно­го льдохранилища;

IV- доение в молокопровод, предварительное охлаждение грунтовой водой, доохлаждение с помощью комбинированных ак­кумуляторов естественного и искусственного холода.

Система хладоснабжения I типа (рисунок 22) предназначе­на для малых ферм и отдельно стоящих коровников (до 200 го­лов). Молоко из фляг перекачивают в емкость, откуда оно перехо­дит в проточный теплообменник, где последовательно охлаждает­ся в двух секциях - предварительного и окончательного охлажде­ния и далее: поступает в резервуар - охладитель (или резервуар -термос). Охлажденное молоко из резервуара перекачивается в мо­локовоз, который отводит холодное молоко на молочный завод.

Грунтовая вода поступает в систему водоснабжения, охлаж­дает молоко и в дальнейшем отепленную воду дают пить живот­ным или используют на технологические нужды. Окончательное охлаждение молока осуществляют холодной водой, которая посту­пает в теплообменник из аккумулятора естественного холода в зимнее время, где она охлаждается наружным воздухом и из авто­матизированного льдохранилища в теплое время года.

Для намораживания льда в льдохранилище используют извес­тные технические рекомендации и решения /3, 9/, используя воду ИЗ системы водоснабжения фермы или после теплообменника. При намораживании льда особое внимание необходимо уделить однород­ности массива намораживаемого льда, теплоизоляции льдохранили­ща и организации использования потенциала накопленного холода вследствие сокращения потерь аккумулированного льда.

Система хладоснабжения III тина (рисунок 23) предназначена для крупных ферм, оснащенных резервуарами-охладителями моло­ка. В холодное время года поток воды, охлажденный наружным воздухом в аккумуляторе естественного холода, а также поток воды из системы охлаждения поступают в охлаждающую рубашку резервуа­ра - охладителя. Отепленная вода откачивается насосом и подается снова в аккумулятор и в систему охлаждения. Затем цикл повторяет­ся. Соотношение потоков воды, направляемых в систему охлаждения и в аккумулятор холода, регулируется вентилями. Автоматизирован­ная система управления регулирует температуру воды, поступающей из аккумулятора естественного холода.

Рисунок 23. Технологическая схема охлаждения молока П типа: 1 - аккумулятор естественного холода; 2 - водяной насос; 3 - ре­зервуар - охладитель молока; 4 - холодильная машина.

Если аккумулятор естественного холода не обеспечивает под­держания требуемой температуры молока, система управления авто­матически включает систему охлаждения (компрессор и вентилятор конденсатора).

В системе хладоснабжения III типа для крупных ферм при дое­нии в молокопровод охлаждение осуществляют без применения ис­кусственного холода, используя грунтовую воду и доохлаждение молока «ледяной» водой (рисунок 24). При возможности используется аккумулятор естественного холода (в зимнее время года), а в теплое время - вода из холодной зоны льдохранилища. В системе хладо­снабжения IV типа (рисунок 25) в теплое время года для охлажде­ния воды в аккумуляторе холода используется автоматизирован­ная холодильная установка, причем подзарядку аккумулятора хо­лода осуществляют в любое время суток, в том числе ночью, когда отсутствует нагрузка на охладитель молока.

Система хладоснабжения (по рисунку 30) для конкретного кон­сервного завода /22/ включала автоматизированную холодильную

Система хладоснабжения работает следующим образом. После перекачивания насосом артезианской воды из бака, где она накапли­вается, в одну из двух емкостей для «ледяной» воды, включается хо­лодильная машина на режим «охлаждение». При достижении задан­ной температуры воды в этой емкости реле температуры останавли­вает холодильную машину. Насос переключается на заполнение артезианской

водой другой емкости, и холодильная машина снова вклю­чается в работу. В это время насос «ледяной» воды перекачивает её в емкость № 1 для зеленого горошка. По принятой технологии зеле­ный горошек хранят в емкости с «ледяной» (2. ,.3°С) водой, меняя её на 3...4 раза и поддерживая температуру продукта не выше 5°С. Для четырехкратной заливки зеленого горошка в одну емкость необхо­димо было для конкретных условий около 12 м³ «ледяной» воды. Про­должительность охлаждения артезианской воды до уровня «ледяной» (с 15 до 2°С) составляет около 8 ч. Поэтому подготовку начинали за 10 ... 14 часов до поступления продукта на кратковременное хране­ние. При продолжительности охлаждения его «ледяной» водой в од­ном цикле от 4,5 до 8 мин и наличии запаса аккумулированной «ле­дяной» воды, время заливки ею горошка составило 15 мин, охлажде­ние за цикл - 5 мин и слив отепленной воды - 40 мин, общая продол­жительность холодильной обработки от 18 до 4,5'°С составила 210 мин.

Таким образом, цикличная работа системы охлаждения при непрерывной работе холодильной машины позволяет снять пиковые поступления продукта в сезон массового созревания и характеризу­ется высокой эффективностью использования «ледяной» воды для кратковременного хранения зеленого горошка. Благодаря увеличе­нию выпуска консервированного горошка высшим сортом срок оку­паемости системы хладоснабжения составил не более двух лет.

Применительно к крупным молочным и сыродельным за­водам, оснащенным рассольной системой охлаждения технологи­ческих аппаратов, может быть использована система хладоснабже­ния с АКХ, приведенная на рисунке 31. В системе используют ра­створ хлористого кальция с плотностью 1,21 кг/л, при средней температуре рассола - 7°С. Емкости для хранения молока охлаж­дают водой с температурой 1°С, которую получают в теплообмен­нике - охладителе 11, охлаждаемом холодным рассолом. АКХ вы­полнен в виде двух круглых теплоизолированных металлических емкостей, заполненных рассолом. Верхняя часть одной емкости соединена трубопроводом с нижней частью другой емкости (по направлению движения охлаждаемого рассола). В часы, когда теп­ловая нагрузка Q_Ti. меньше установленной холодопроизводитель-ности Q_o холодильной установки, АКХ заряжается, а в часы, когда тепловая нагрузка Q_Ti больше Q - разряжается, покрывая макси­мальные тепловые нагрузки Q_Timax При зарядке АКХ охлаждается до температуры ниже рабочих параметров, что способствует умень­шению необходимой вместимости баков АКХ. Температура холодного рас­сола принимается порядка - 14°С и отепленного рассола - не выше - 3°С.

Для обеспечения подачи в технологические аппараты рассола с требуемой температурой - 7 °С предусматривается автоматическое регулирование температуры, путем смешивания отепленного и хо­лодного рассолов. Массовый расход подаваемого на аппараты ХН в соответствии с изменением тепловой нагрузки регулируется ступен­чатым включением ( отключением ) насосов 6 путем контроля пере­пада температур ХН в подающей и обратной магистралях, обеспечи­вая поддержание AT = 4°С. При повышении перепада температур ХН в подающей и обратной магистралях на 1°С последовательно вклю­чаются насосы, при понижении на 1°С - отключаются. При пониже­нии температуры рассола, подаваемого на технологические аппара­ты, ниже -10°С все насосы 6 останавливаются, и включается аварий­ная сигнализация. Наличие АКХ позволяет вводить в технологичес­кую схему производства продукта новые интенсивные аппараты, на­ращивать их производительность без дополнительных капитальных затрат на приобретение холодильного оборудования.

3.2. Системы хладоснабжения с льдоаккумуляторами

Введенные в системы хладоснабжения панельные АКХ (таблица 1) могут обеспечить не только получение «ледяной» воды с температу­рой 0,5...2°С, но и позволяют осуществить наморозку льда на панелях. АКХ автоматизированы: система автоматики обеспечивает их работу в «режимах зарядки - намораживания льда» и «разрядки - оттаивания». При зарядке баки АКХ наполняются водой до полного затопления ис­парительных секций; лед намораживается слоем до 30 мм. Датчик тол­щины льда при достижении заданной толщины отключает подачу ам­миака в испарительные секции. В период повышенной тепловой нагруз­ки потребителя происходит разрядка АКХ. Из технологических аппа­ратов в баки АКХ подаётся отепленная вода, которая охлаждается таю­щим льдом. «Ледяная» вода подаётся насосом к потребителю, там она вновь отепляется и возвращается в баки АКХ.

АКХ типа АКХ-И выпускаются только одноярусными, с меньшим, чем в АКХ, расстоянием между панелями. Соответственно их способ­ность меньше. За цикл намораживается слой льда толщиной 20 см.

Наряду с панельными АКХ проводились исследования по исполь­зованию специализированных аппаратов - льдогенераторов для произ­водства льда, последующего хранения льда в баках и расплавления при производстве «ледяной» воды, АКХ с льдогенераторами (АКХ-ЛГ) че­шуйчатого льда /2,7/ по сравнению с панельными АКХ имеют более высокие теплотехнические показатели, компактнее и проще в эксплуа­тации.

В процессе наморозки льда в бак 2 заливают воду, включают насос 5 и льдогенератор 1. Намороженный в льдогенераторе 1 лед удаляется скребковыми ножами и подаётся в бак 2. После максималь­но возможного заполнения бака льдом и прекращения подачи воды насосом 5 льдогенератор 1 останавливается. В процессе разрядки че­рез оросительное устройство 3 технологическая вода разбрызгивает­ся форсунками 4 на поверхность льда и насосом 6 подаётся в техно­логические аппараты 7.

Известные льдогенераторы при работе в составе АКХ-ЛГ харак­теризуются следующими показателями (табл. 2).

Таблица 2.

Характеристики АКХ-ЛГ (по/3,7/)

Опыт использования АКХ-ЛГ показал /15,21,22/ особую целесо­образность использования льдоаккумуляторов для потребителей холо­да с небольшой холодильной мощностью.

Так, на небольшом молочном заводе, где возможности увели­чения мощности компрессорного цеха были ограничены из-за недо­статка строительных площадей и невозможности увеличить мощность электроподстанции и теплообменные поверхности для охлаждения оборотной воды, применили схему (рисунок 34), в которой использо­вали все имеющееся холодильное оборудование для получения «ле­дяной» воды. Система хладоснабжения (рисунок 34) действует следу­ющим образом. В начале смены включается испаритель 4 вместе с насосом 5. Работа холодильной машины в заданном режиме продол­жается до тех пор, пока температура воды в испарителе 4 не повысит­ся на 2-3°С. При дальнейшем росте температуры включается насос 6, которым «ледяную» воду из льдоаккумулятора подают в общий тру­бопровод, где она смешивается с водой, поступающей из испарителя 4. Излишек воды сливается в льдоаккумулятор 3 через расширитель­ный бак 7. Насос 6 работает до тех пор, пока температура воды, выхо­дящей из льдоаккумулятора 3, не сравняется с температурой воды, поступающей в него из расширительного бака 7.

При дальнейшем увеличении тепловой нагрузки всю «ледяную» воду подают через расширительный бак 7, льдоаккумулятор 3 и на­сос 5 в испаритель 4 для облегчения работы холодильной машины и уменьшения опасности влажного хода, так как льдоаккумулятор 3 увеличивает тепловую инерционность системы хладоснабжения.

Для лучшего сохранения качества плодов и овощей важно пос­ле сбора охладить их возможно быстрее. Хорошо отводит теплоту от плодов система так называемого «влажного» охлаждения, которая основана на интенсивном контакте циркулирующего воздуха с ох­лажденной водой. Отепленный воздух быстро охлаждается и увлаж­няется в воздухоохладителе влажного типа, что способствует макси­мальному теплообмену между ним и продуктом. В системе холодоснабжения, по /27/, холодный влажный воздух из воздухоохлади­теля 1 (см. рисунок 35) направляется в продухи 2, образуемые че­редующимися рядами ящиков 3; так что воздух проходит через весь штабель продуктов. Отепленный воздух, выходящий из про­духов 3, вновь поступает в воздухоохладитель, где охлаждается холодной водой, подаваемой из поддона 4 льдоаккумулятора 5. Для увеличения охлаждающего эффекта холодная вода распыляется форсунками 8 над верхней секцией 9 воздухоохладителя в проти­воток поднимающемуся воздуху.

Рисунок 35. Схема системы хладоснабжения «влажного» охлаждения