9.8. Сорбційні осушники повітря і обладнання для утилізації теплоти

9.8.1. Процеси адсорбції

Для виробничих приміщень у випадках, коли вимагається повітря з низьким вологовмістом і відносною вологістю, можна застосувати осушення за допомогою адсорбентів. Найбільше розповсюджені адсорбенти – силікагель і активований алюміній.

Рис. 9.35. Схема адсорбційного осушника повітряного потоку:

1,8 – вентилятори з електродвигунами; 2 – повітряний клапан (З – закритий, В – відкритий);

3 – трубопровід для витікання (викидання) повітряного потоку в атмосферу; 4 – задіяний

осушник; 5 – реактивований осушник; 6 – трубопровід осушеного повітряного потоку;

7 – повітропідігрівник; 9 – трубопровід засмоктування повітря для реактивації адсорбента; суцільними лініями вказаний рух осушеного повітряного потоку, а пунктирними –

рух повітряного потоку, який використовується для реактивації осушників

Осушувальний апарат (рис. 9.35) складається із поличок для адсорбента, вентилятора для спонукання руху вологого повітряного потоку через верству адсорбента і джерела теплоти для реактивації (видалення поглинутої вологи і повторного використання) адсорбента. Полички з адсорбентом дублюють одна одну: одна працює в режимі осушення, а друга – в режимі реактивації (потім охолоджується для повторного використання).

9.8.2. Процеси абсорбції [1]

При розприскуванні водних розчинів хльористого літію або триетиленгліколю волога із повітря вилучається (навіть, якщо його температура вища за температуру точки роси). Це відбувається тому, що парціальний тиск водяної пари над поверхнею розчину менший, ніж над поверхнею чистої води.

9.8.3. Тепло- і холодоутилізаційні апарати

В сумі експлуатаційних витрат СВ (СК) енергія складає найбільший відсоток. Вилучене із приміщення забруднене внутрішнє (витікальне) повітря має високу ентальпію, тобто містить в собі значну кількість внутрішньої енергії. В енергоутилізаційному блоці притікально-витікальної СВ відбувається відбирання і передавання цієї енергії готованому повітряному потоку, який призначений для притікання в приміщення. Навпаки, за високих температур зовнішнього і нижчої температури внутрішнього повітря, можна охолоджувати притікальне повітря, відбираючи його теплову енергію і віддаючи її вилученому із приміщення витікальному (викидному) повітрю, тобто підвищити температуру викидного повітря.

• Переваги утилізації енергії

Хоча повітроготувальник з теплоутилізатором коштує дорожче, ніж без нього, різниця в коштах може бути повернена протягом 8-16 місяція експлуатації СВ (СК) (залежно від вартості енергії). Після цього періоду настає значна економія енергії в тепловому оброблянні потоку готованого (притікального) повітря. Не треба забувати, що зменшення витрат теплоти (застосування джерела теплоти меншої продуктивності) дозволяє знизити початкові (інвенстаційні) витрати.

При утилізації холоду значну економію (до 40%) інвестиційних витрат можна отримати за рахунок: застосування холодильної устави меншої продуктивності; зниження потужності трансформаторних електропідстанцій; зниження вартості трубопроводів, електромереж, засобів автоматизації.

Економія коштів від тепло- і холодоутилізації забезпечується і при експлуатації СВ. Крім цього застосування в СВ притікально-витікальних агрегатів з блоками енергоутилізації спричиняє зниження теплового забруднення довкілля, а захист довкілля – це інвестиції в майбутнє людства.

Для утилізації енергії (теплоти або холоду) витікального (викидного) повітря і використання її для часткового підігрівання або охолодження готованого (притікального) повітря використовують обертальні, перехреснотечійні і гліколеві теплообмінники.

В корпусі обертального теплообмінника на вальницях (підшипниках) встановлений ротор, який заповнений хвилястою алюмінієвою фольгою, що накопичує або віддає теплоту при обертанні ротора. Можливі два конструкційні типи цих теплообмінників: з негігроскопічним ротором для перенесення теплоти; з гігроскопічним ротором зі спеціальною вбиральною верствою на ньому для перенесення теплоти і вологи.

Кожен ротор передбачений з приводом від електродвигуна і регулятором колової швидкості (швидкості обертання). При загрозі замерзання конденсату на вбиральній верстві ротора система керування знижує швидкість обертання ротора і таким чином, дозволяє збільшити інтенсивність нагрівання ротора потоком теплого витікального (викидного) повітря. Технічні характеристики обертального теплообмінника: висока ефективність і компактність конструкції; ефективність енергоутилізації – до 90 % для теплообмінників категорії А по EN 13053, - до 80 % (залежить від співвідношення витрат потоків готованого і витікального повітря і може регулюватись швидкістю обертання ротора), - до 70 %, для теплообмінників категорії В по EN 13053 (залежить від різниці температур повітряних потоків, співвідношення їх витрат і вологості повітря); максимальна допускна швидкість повітряних потоків 4,5 м/с; рекомендована швидкість обертання ротора 3...11 об/хв. Недоліком обертальних теплообмінників є можливість перетікання частини потоку витікального повітря (до 3...5 % для деяких конструкцій) в потік готованого (притікального) повітря.

Перехреснотечійний теплообмінник виготовляють із оребрених алюмінієвих пластин, між якими перехреснотечійно протікають два повністю розділені повітряні потоки (витікального і готованого повітря). В теплообміннику передбачений обвідний трубопровід (байпас), через який скеровується потік готованого повітря, якщо відпадає потреба його підігрівання або за небезпеки випадання конденсату із потоку витікального повітря і його замерзання. Сепаратор-краплиноуловник служить для уловлювання краплин води із повітряного потоку, а ванна – піддон для накопичення (збирання) конденсату. Технічні характеристики теплообмінника: два повітряні потоки повністю розділені; відсутні рухливі частини, компактна конструкція; ефективність енергоутилізації – до 70 % згідно EN 13053 залежно від різниці температур повітряних потоків, співвідношення їх витрат, вологості; максимальна різниця тисків між повітряними потоками – 1800 Па; максимальна допускна швидкість визначається аеродинамічним опором.

Гліколеві теплоутилізатори складаються із двох теплообмінників – охолодника і підігрівника. Один із них знаходиться в потоці витікального (викидного) повітря і відбирає від нього теплоту, а другий віддає цю теплоту потоку готованого (притікального) повітря. Теплообмінники виготовляються аналогічно як водо-повітряні підігрівники (калорифери) і поєднуються системою трубопроводів з циркуляційним насосом. Теплоносієм найчастіше є суміш 35 % етиленгліколю і 65 % дистильованої води, яка замерзає при температурі нижче – 21 ^оС. Призначені для притікального і витікального повітря частини устави (установки), можуть розміщуватись довільно і на значній відстані одна від другої. Технічні характеристики теплоутилізатора: два повітряні потоки повністю розділені; готувальна і витікальна частини знаходяться на відстані; ефективність енергоутилізації – до 45 % згідно EN 13053; максимальна швидкість повітряних потоків така ж, як і в водяних повітронагрівниках і повітроохолодниках; мінімальна температура теплоносія залежить від кількості гліколю в розчині; максимальний робочий тиск теплоносія 1,6 МПа (16 бар), а максимальний випробний тиск 2,1 МПа; опір теплообмінника і витрата теплоносія вказуються в технічних даних підприємств-виробників.

• Процеси зміни стану готованого (притікального) і витікального повітря при утилізації енергії

Якщо температура готованого повітря перед теплообмінником вища від температури точки роси витікального із приміщення повітря, то в будь-якому типі теплообмінників для теплоутилізації не відбувається конденсація вологи із витікального (викидного) повітря. При цьому від нього забирається тільки явна теплота (рис. 9.36, а).

c d

Рис. 9.36. Схеми термодинамічних процесів зміни стану готованого (притікального)

і витікального (викидного) повітря при утилізації теплової енергії з останнього:

1 - 2 – процеу підігрівання потоку готованого повітря;

3 - 4 – процес охолодження потоку витікального (викидного) повітря

У випадку, якщо температура готованого повітря перед теплоутилізатором нижча від температури точки роси витікального із приміщення повітря, то можлива конденсація вологи із теплого (витікального) повітря. При цьому у всіх типах теплообмінників відбувається передача до потоку готованого повітря не тільки явної, але і прихованої теплоти, яка виділяється при конденсації водяної пари (рис. 9.36, b).

В обертальному теплообміннику з негігроскопічним ротором потоку притікального повітря передається не тільки явна і прихована теплота, але при цьому готоване повітря ще й зволожується, вбираючи сконденсовану на роторі вологу (рис. 9.36, с).

При використанні гігроскопічного ротора осушення витікального і зволоження готованого повітря відбувається за любих температур (рис. 9.36, d).

Повна ефективність енергоутилізації – це частка теплової енергії, яка передана від витікального (викидного) до готованого (притікального) повітря в утилізаційному теплообміннику, від тої енергії, що могла би бути передана теоретично,

. (9.9).

Температурну ефективність енергоутилізації визначають за формулою

, (9.10)

де [кДж/кг], [^oC] – ентальпія і температура готованого (притікального) повітряного потоку перед теплообмінником; , – те ж, за теплообмінником; , – ентальпія і температура витікального із приміщення (викидного) повітряного потоку перед теплообмінником; , – те ж, за теплообмінником.