Файл: Конспект лекций для студентов специальности 5В071700 Теплоэнергетика Алматы 2014 алматинский университет.pdf

65 предприятия в условном топливе. В приходной части устанавливается ассортимент топлива, определяется необходимое количество натурального топлива по видам и маркам.
13 Лекция №13. Системы производства и распределения холода
План лекционного занятия: системы хладоснабжения промышленных предприятий. Способы получения холода и классификация холодильных установок. Рабочий процесс паровой компрессорной холодильной машины.
Характеристика потребителей искусственного холода на промышленных предприятиях по расходам и температурным уровням.
Цель лекции: ознакомление с работойхолодильных установок.
13.1 Системы хладоснабжения промышленных предприятий
Холодильная установка (станция) представляет собой комплекс машин и аппаратов, используемых для получения и стабилизации в охлаждаемых объектах температур ниже, чем в окружающей среде. Установка состоит из одной или нескольких холодильных машин, оборудования для отвода теплоты в окружающую среду, системы распределения и использования холода. В таком сочетании холодильная установка представляет систему хладоснабжения.
Остановимся на промышленных технологиях, применяющих холод.
Холодильная технология пищевых продуктов охватывает сельское хозяйство, перерабатывающую мясную и молочную, рыбную промышленность, торговлю и транспорт. С целью обеспечения длительного сохранения высокого качества продуктов холодильные установки должны поддерживать необходимый технологии температурный режим среды: для охлаждения – 5 0
С, для замораживания -35 0
С÷-40, хранения продуктов в охлажденном виде 0÷ -2 0
С.
Холодильные станции пищевой технологии используют различные холодильные установки: одно- и двухступенчатого сжатия.
В технологических процессах в нефтяной, газовой и химической промышленности применяют искусственный холод в диапазоне умеренных температур (примерно до -100 0
С). В нефтяной промышленности искусственное охлаждение используют в технологических процессах, где применяют в основном системы непосредственного кипения холодильного агента в поверхностных аппаратах. выбор холодильного агента определяется условиями работы предприятий.
В газовой промышленности искусственный холод применяют при подготовке газа к транспортированию и переработке нефтяных природных газов газоконденсатных месторождений. При этом используют как внешние, так и внутренние холодильные циклы, в которых холод получают в процессе

66 переработки газа (дросселирование жидкостей или расширение газа), а также комбинированные циклы. Температура транспортируемого газа (-5÷-25ºС), давление - 5,5 МПа. Потребность в холоде исчисляется десятками тысяч киловатт и требует высокопроизводительного турбокомпрессорного оборудования с газовыми и паровыми приводами компрессоров.
В химической промышленности системы холодоснабжения применяются при получении этилена, в азотном производстве и получении синтетического каучука, хлора и т.д. В азотном производстве для синтеза аммиака требуется уровень холода при температурах кипения хладагента
(-10÷ -12ºС) , для этилена используется искусственный холод от 6 до -
100 ºС.
13.2 Способы получения холода и классификация холодильных
установок
Холодильная машинаобеспечивает понижение температуры в ограниченном пространстве (в холодильной камере) ниже температуры окружающей среды и поддерживает там требуемый температурный уровень в течение определенного времени. Принципиальная возможность работы холодильной машины, связанная с непрерывным переносом теплоты от менее нагретого тела (охлаждаемого), находящегося в холодильной камере, к более нагретому – окружающей среде, согласно второму закону термодинамики может быть реализована затратой внешней энергии.
Теплоту, передаваемую при температуре ниже температуры окружающей среды, называют холодом.
Работу холодильной машины можно осуществить, используя в качестве внешней энергии механическую, тепловую или электрическую.
Машины двух последних типов называют соответственно теплоиспользующими и термоэлектрическими. Одним из основных процессов в непрерывно действующей холодильной машине с затратой механической или тепловой энергии является процесс сжатия рабочего тела. Машины, в которых такой процесс осуществляют механическими агрегатами, компрессорами, называют компрессорными: при использовании для сжатия струйных аппаратов (эжекторов) - эжекторными; при использовании термохимических компрессоров, работающих по принципу химической абсорбции, - абсорбционными.
Непрерывное действие холодильной машины обеспечивает круговой термодинамический процесс изменения состояния рабочего тела, называемый обратным или холодильным циклом. Баланс энергии такого цикла:
Q
0
+ L
ц
= Q
1
, (13.1) где Q
0
- теплота, отводимая от рабочего тела в процессе охлаждения
(холодопроизводительность машины);

67
L
ц
- внешняя энергия, затрачиваемая на совершение цикла;
Q
1
- теплота, передаваемая окружающей среде.
Термодинамическую эффективность холодильного цикла оценивают холодильным коэффициентом:
ε = Q
0
/L
ц
. (13.2)
Холодильный коэффициент определяет удельную холодопроизводи- тельность(работоспособность) машины, т.е. количество теплоты, отводимой в процессе охлаждения на единицу затрачиваемойэнергии. Холодильный коэффициент и удельная холодопроизводительность
- основные энергетические показатели работы холодильной машины.
13.3 Рабочий процесс паровой компрессорной холодильной
машины
Рабочий процесс паровой компрессорной холодильной машины осуществляется с участием обратного термодинамического цикла Карно.
Обратный цикл Карно может быть реализован в паровой компрессорной машине с детандером (расширительная машина), работающей в области влажного пара. В этом случае изотермические процессы теплообмена обеспечивают эндотермическими фазовыми переходами (парообразованием
— кипением и конденсацией). Однако осуществить такой цикл в машине трудно из-за низкой удельной холодопроизводительности и вследствие необходимости сжатия в компрессорном агрегате влажного пара.
Принципиальная схема (см.рисунок 13.1),положенная в основу работы современных паровых компрессорных машин, включает агрегат сжатия –
Рисунок 13.1- Принципиальная схема паровой компрессионной холодильной машины компрессор К, теплообменный аппарат - конденсатор КС, который обеспечивает процесс передачи теплоты окружающей среде, теплообменный аппарат-испаритель И, осуществляющий отвод теплоты от охлаждаемых

68 объектов, чтобы поддерживать в холодильной камере температуру ниже температуры окружающей среды, а также дроссельный вентиль Д.
Замена в схеме машины агрегата расширения (детандера) дроссельным вентилем и, следовательно, обратимого процесса расширения на необратимый процесс дросселирования связана с тем, что работа расширения жидкого рабочего тела в цикле паровой холодильной машины мала, а упрощение конструкции в результате такой замены существенно.
Работа машины по приведенной схеме теоретически протекает следующим образом. Компрессор засасывает из испарителя рабочее тело в виде сухого насыщенного пара с параметрами Р
0
, T
0
, х = 1 и изоэнтропно сжимает его до давления Р
к
, обеспечивающего требуемую температуру конденсации Т
к
, при которой осуществляют отвод теплоты в конденсаторе, охлаждаемом наружным воздухом или водой.
Перегретый в процессе сжатия пар рабочего тела охлаждают в конденсаторе при постоянном давлении, превращая его в жидкость (х=0). При этом в конденсаторе рабочее тело последовательно отдает теплоту перегрева и парообразования. В дроссельном вентиле в процессе дросселирования, т.е. при h = const, давление жидкости снижается до давления парообразования, с которым жидкое рабочее тело поступает в испаритель. В результате подвода теплоты от охлаждаемых объектов, которые находятся в холодильной камере, рабочее тело в испарителе закипает и испаряется до состояния сухого насыщенного пара.
Термодинамический цикл, которому соответствует работа подобной машины, можно считать эталонным для паровых компрессорных машин; его изображение в диаграммах Т—S и Р-h приведено на рисунке 13.2. Площадки, заштрихованные на Т—S диаграмме (см.рисунок 12.3 а), соответствуют удельной холодопроизводительности машины q
0 и удельной энергии l
ц
, затрачиваемой на совершение цикла.
Рисунок 13.2- Термодинамический цикл паровой компрессионной холодильной машины

69
Необратимый процесс дросселирования показан штриховой линией.
Использование диаграммы Р-h или lgp-h (см.рисунок 12.3, б) при анализе и расчете холодильных машин существенно упрощает определение показателей их работы. Так как представляет теплоту изобарных процессов теплообмена и изоэнтропную механическую работу в виде разности координат, т.е. в виде отрезков, а не площадей, как это имеет место при пользовании Т—S
диаграммой.
Эталонный цикл отличается от обратного цикла Карно наличием необратимых потерь от перегрева паров. Необратимые потери определяет величина, пропорциональная площадке 2'-2-3'-2' на рисунке 12.3 а,б, на которую возрастает удельная энергия. Также необратимые потери энергии происходят из-за дросселирования жидкого рабочего тела. Это приводит к снижению удельной холодопроизводительности на величину
Δ q
0
=h
4
– h
4΄
. (13.3)
Улучшить показатели эталонного цикла можно перегревом паров в испарителе и переохлаждения жидкости перед дроссельным вентилем.
Все типы холодильных установок можно классифицировать по ряду сходных признаков.
По назначению: стационарные и передвижные с централизованными и децентрализованным охлаждением для холодоснабжения.
По производительности: крупные – производительностью свыше 3,0
МВт; средние – до 1,0 МВт, мелкие до - 60 кВт.
По температурному режиму: высокотемпературные (10÷ -10ºС), среднетемпературные (5÷ -20ºС) и низкотемпературные (-20ºС÷ -120 ºС).
По режиму работы: стационарные, нестационарные, непрерывные или цикличные, нестационарные с аккумулятором тепловой энергии.
По виду охлаждения: с непосредственным, промежуточным охлаждением.
По виду холодильного агента: аммиачные, фреоновые, этановые, пропановые, углекислотные, на смесях холодильных агентов.
По виду потребляемой энергии: с приводом от электродвигателя или от газовой турбины, работающие на вторичных энергоресурсах (абсорбционные холодильные установки), использующие естественный холод (тепловые трубы и гелиоустановки.
Стационарные холодильные установки с централизованным охлаждением используют для различных технологических процессов химической промышленности, на некоторых типах холодильников, т.е. в основном там, где необходимо создавать локальные температурные условия или где применяют агрегатированные холодильные машины в блоке с испарителями для создания требуемого технологического режима.

70