В мире промышленных технологий системы охлаждения играют ключевую роль в обеспечении бесперебойной работы различных производственных процессов. Одним из инновационных решений, сочетающих в себе эффективность и энергосбережение, является чиллер с драйкулером. Эта технология основана на использовании сухой градирни в сочетании с возможностью фрикулинга, что позволяет оптимизировать процессы охлаждения в зависимости от изменяющихся климатических условий и потребностей производства.
В данной статье мы рассмотрим не только принцип работы чиллера с драйкулером, но и его различные разновидности, преимущества и недостатки, а также области применения. Глубокое понимание этой инновационной системы охлаждения позволит предприятиям выбирать наиболее подходящие технологические решения для обеспечения эффективного и экологически безопасного производства.
Общие сведения
Dry Cooler, также известный как Драйкулер, сухой охладитель, сухая градирня или система естественного охлаждения, представляет собой устройство, используемое для охлаждения жидкости без применения воды. В буквальном переводе «Dry Cooler» можно определить как «сухое охлаждение».
Все системы кондиционирования воздуха рассчитываются с учетом максимальной температуры воздуха в летний период, обычно до +35 ℃. Эта температура соответствует температуре конденсации приблизительно +50 ℃, и она является основой для проектирования и расчетов систем кондиционирования, включая чиллеры. В некоторых южных регионах летняя температура может превысить +35 ℃, что создает трудности для чиллеров, так как конденсация может не завершиться полностью, а последующее дросселирование может ухудшить ситуацию.
Однако в некоторых регионах температура воздуха может снижаться до низких значений в течение года. В таких случаях применяют чиллеры с водяным конденсатором и сухим охладителем.
Добавив опцию фрикулинга к чиллеру, можно полностью отключить холодильный контур в зимний период, что существенно повышает энергоэффективность устройства. Давайте рассмотрим состав и принцип работы такого чиллера.
Отличия между чиллером и драйкулером
Драйкулер представляет собой тип теплообменного устройства, в котором тепло от жидкого хладоносителя передается в окружающий воздух.
Чиллер — это холодильный агрегат, предназначенный для охлаждения теплоносителя и отвода тепла за счет изменения агрегатного состояния промежуточного рабочего вещества.
Драйкулер полностью зависит от климатических условий и эффективен только при определенной температуре наружного воздуха. Чиллер, напротив, способен поддерживать постоянный температурный режим.
Объединение этих устройств позволяет достичь высокой энергоэффективности. Использование естественного процесса охлаждения в зимний и переходный периоды снижает энергопотребление для работы чиллера, что улучшает общую эффективность холодильной системы.
Конструкция и принцип работы
Принцип работы сухой градирни довольно прост, и для лучшего понимания процесса давайте рассмотрим устройство этого устройства.
Основными компонентами охладителя являются:
- Стальная оцинкованная рама.
- Оребренный водо-воздушный теплообменник.
- Осевой или центробежный вентилятор.
Теплообменник представляет собой змеевик из медной трубки с большой площадью поверхности. Площадь теплообмена создается множеством алюминиевых или стальных пластин, которые крепятся на стальную раму. Блок с вентиляторами устанавливается на теплообменник через демпфирующие пластины.
Принцип работы драйкулера следующий: Охлаждаемая вода или гликолевый раствор циркулирует в медной трубе змеевика. Благодаря большой поверхности тепло от жидкости передается воздуху. Осевой вентилятор обеспечивает движение воздуха и отвод избыточной теплоты.
Три фактора влияют на производительность теплосъема: площадь оребрения, равномерность и скорость воздушного потока. Для равномерного обдува вентиляторный блок чаще всего устанавливается по направлению движения воздуха за теплообменником.
Поток лучше распределяется между пластинами при втягивании воздуха, чем при его нагнетании под давлением. Когда температура охлаждающей жидкости превышает 60 °C, вентиляторы могут быть установлены перед теплообменниками, чтобы предотвратить перегрев двигателей.
Скорость воздушного потока регулируется контроллером, который управляет последовательным подключением вентиляторов или изменением скорости их вращения. Это позволяет снизить потребление электроэнергии, которое уже и так невелико.
Область применения драйкулера
Драйкулеры находят широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как пищевая, химическая, машиностроительная, атомная, деревообрабатывающая и др. Особенно актуальны эти устройства в местах с ограниченным доступом к воде и длительными периодами холодной погоды.
Их замкнутая система предотвращает распространение вредных загрязнений, что соответствует строгим санитарно-техническим стандартам.
Драйкулеры могут использоваться как автономные устройства для охлаждения, так и в сочетании с чиллерами. Первый вариант является приемлемым, если требуется поддерживать температуру в пределах +20…+30 ºC.
Типы драйкулеров
Существует несколько типов сухих градирен в зависимости от их конструкции:
- Вертикальные.
- Горизонтальные.
- V-образные.
Все они основаны на одном и том же принципе работы, отличаясь лишь расположением элементов.
Виды чиллеров с драйкулером
Если в чиллер включить функцию фрикулинга, то в зимний период можно полностью выключить холодильный контур, что существенно увеличит энергоэффективность данного устройства. Давайте рассмотрим компоновку и принцип работы такого чиллера.
Чиллер с драйкулером без фрикулинга
Режим работы чиллера с драйкулером, исключая фрикулинг, предполагает обязательное включение холодильного контура. В этом режиме парообразный холодильный агент сжимается компрессором и направляется в конденсатор с температурой от 60 до 110°C. Обычно используются конденсаторы водяного охлаждения пластинчатого типа, где происходит теплообмен между холодильным агентом и охлаждающей жидкостью. После этого охлажденная жидкость поступает в сухую градирню, где, проходя через теплообменник под воздействием вентилятора, подвергается охлаждению. Затем жидкость возвращается в конденсатор, и цикл повторяется. Жидкий холодильный агент после конденсатора дросселируется в ТРВ, затем поступает в испаритель, где охлаждает воду для потребителя.
В большинстве случаев потребителем выступают фанкойлы. Теплая вода от фанкойла через промежуточный теплообменник возвращается для повторного охлаждения. Холодильный агент в испарителе кипит, переходя в парообразное состояние, и поступает в компрессор. Так закрывается цикл. Преимуществом этой работы чиллера является его бесперебойная работа независимо от температуры окружающего воздуха.
Однако есть и отрицательные моменты. Промежуточный теплообменник, предназначенный для фрикулинга, вносит дополнительные гидравлические сопротивления, которые требуют увеличения мощности насосов, что, в свою очередь, приводит к увеличению энергопотребления. Кроме того, возникают дополнительные элементы, усложняющие общую схему чиллера.
Чиллер с драйкулером и фрикулингом
Чиллер с драйкулером и фрикулингом предоставляет интересную схему работы. Когда температура окружающего воздуха опускается ниже температуры холодильного агента, поступающего в испаритель, холодильный контур становится необязательным. Компрессор останавливается, и холодильный контур выходит из строя. Тем не менее, требуется поддержание работы фанкойлов и охлаждение воды для них.
Для этого происходит перераспределение потоков жидкостей через трехходовой клапан. Насос продолжает функционировать, но охлажденная рабочая жидкость из сухой градирни направляется не в конденсатор, а в промежуточный теплообменник, где она охлаждает воду. Эта вода затем проходит через испаритель для потребителей. В этом режиме работы испарителе не происходит никаких процессов.
Одним из главных преимуществ такой схемы является увеличение срока службы компрессора, поскольку он отключается в режиме фрикулинга. Кроме того, в режиме фрикулинга энергопотребление чиллера существенно уменьшается.
Негативным моментом является ограниченная применимость режима фрикулинга в некоторых регионах. Эффективность использования такого чиллера сильно зависит от длительности и интенсивности сезона с низкими температурами воздуха.
Достоинства и недостатки
Основным недостатком драйкулера является то, что он охлаждает теплоноситель на 5-6 °C выше, чем температура окружающей среды. В условиях жаркой погоды этот недостаток компенсируется путем распыления воды перед теплообменным радиатором, используя так называемое адиабатическое охлаждение. Этот принцип основан на теплоемкости фазового перехода воды в пар, аналогично традиционным градирням испарительного типа. Применение адиабатического охлаждения позволяет увеличить производительность драйкулера на 10-15%.
Преимущества драйкулера следующие:
- Эффективное использование воды: Почти не требует подпиточной воды, так как жидкость циркулирует в замкнутой системе. Это особенно ценно при применении гликолевых растворов, и срок службы теплоносителя ограничен только заводскими характеристиками.
- Простота конструкции: Простая конструкция драйкулера увеличивает интервалы между обслуживанием и снижает затраты на техническое обслуживание.
- Компактность и маневренность: Компактные размеры и вес устройства позволяют его установку в труднодоступных местах, где традиционные испарительные градирни не могут быть установлены.
- Легкость увеличения мощности: Возможность легко увеличивать мощность охладительной системы, добавляя дополнительные блоки в уже работающую установку.
- Низкая стоимость и экономия расходов: Относительно низкая стоимость оборудования и эксплуатационные расходы содействуют быстрой окупаемости драйкулера.
- Антифризы для зимнего использования: Применение антифризов предотвращает замерзание теплообменников зимой, когда производственные процессы, требующие охлаждения, замедляются или простаивают.
Расчет и выбор драйкулера
Расчет и выбор подходящего драйкулера оказывают влияние на несколько ключевых аспектов, таких как окончательная стоимость оборудования, эффективность охлаждения технологической воды и потребление электроэнергии. Хотя расчет в целом не является сложным, необходимо учесть несколько важных параметров:
- Требуемая температура водно-гликолевого раствора, поступающего к технологическому оборудованию.
- Разница (дельта) температур между охлажденным потоком и возвращающимся горячим теплоносителем.
- Массовый расход жидкости (поток), необходимый для охлаждения производственных процессов.
- Климатические особенности региона, где будет работать драйкулер.
- Местоположение сухой градирни для оптимальной конфигурации.
Чтобы удовлетворить все эти требования, ответственные производители и поставщики драйкулеров предлагают клиентам заполнить опросный лист. На основе этих данных специалисты компании подбирают охладитель с соответствующей мощностью и характеристиками.
При выборе драйкулера исключительно на основе его мощности потребитель рискует переплатить за оборудование или получить недостаточно удовлетворительный результат по охлаждению.
Заключение
В заключении статьи о чиллере с драйкулером можно отметить, что данная система представляет собой эффективное и разностороннее решение для обеспечения охлаждения в промышленных процессах. Описанный принцип работы, основанный на использовании сухой градирни и дополнительного режима фрикулинга, позволяет оптимально управлять энергопотреблением и повышать эффективность в зимний период.
Разнообразие разновидностей сухих градирен, включая вертикальные, горизонтальные и V-образные, предоставляет пользователю выбор оптимального варианта в зависимости от конкретных потребностей и условий эксплуатации. Преимущества в виде экономии воды, простоты конструкции и низких эксплуатационных расходов делают чиллеры с драйкулером привлекательным решением для различных отраслей, включая пищевую, химическую и деревообрабатывающую промышленность.
Вместе с тем, важно учесть ограничения данной системы, такие как относительная зависимость от климатических условий и дополнительные элементы, усложняющие схему работы. В целом, чиллер с драйкулером является перспективным и эффективным решением для обеспечения надежного и энергоэффективного охлаждения в различных промышленных приложениях.
