Разработка адиабатного увлажнителя воздуха для зерноперерабатывающих предприятии

На зерноперерабатывающих объединениях и элеваторах основным, главным веществом, загрязняющим атмосферный воздух является зерновая, мучная пыль и пыль. Образование высококонцентрированной пыли усугубляет санитарные условия труда обслуживающего персонала, повышает взрывоопасность, наращивает неучтенные потери соответствующего продукта. Загрязненый воздух в целом больше пыльный, ведь в нем повисает мельчайшая пыль, которая в обыкновенном состоянии «связана» влажностью. Постоянно идет непрерывное уничтожение влаги с системами просеивания и дозирования зерна, вальцовыми мельницами, сушильными установками, что приводит к осушиванию воздушной среды рабочих мест и обезвоживанию организма работников в производственных условиях. Поддержание оптимальной относительной влажности воздуха для рабочих и операторов - это актуальная потребность и залог здоровья и охраны труда.

Учитывая значительные влияние физико-химических свойств пыли на эффективность эксплуатации техники очистки выбросов, а также на обеспечение взрыво-пожаробезопасности, мы провели анализ систем пылеподавления неприятных запахов, пыли, дезинфекция и поддержание микроклимата на зерноперерабатывающих и комбикормовых предприятиях.

В этих условиях для специалистов по вентиляции, кондиционированию воздуха, тепло- и холодоснабжению требуются методики и рекомендации по выбору энергоэффективных схем систем вентиляции и кондиционирования воздуха на базе испарительного охлаждения и адиабатного ув-лажнениния.

Анализ и классификация энергоэффективных увлажнителей воздуха

На рынке оборудования и установок микроклимата, присутствуют различные системы кондиционирования и вентиляции (СКВ). Нами произведен анализ, с целью выбора по критерию энергоэффективности и надежности.

Известна классификация СКВ, данная д-р техн. наук А.А. Рымкевич [1]: «Анализ иерархической структуры и конструкции самих СКВ прежде всего требует их классификации и только затем их декомпозиции на подсистемы. Однако для СКВ, решения которых базируются на учете большого числа данных, разработать такую классификацию всегда непросто. Не случайно в литературе нет единого мнения по данному вопросу, и поэтому многие известные авторы рекомендуют различные способы классификации».

Действующие на данный момент на рынке СКВ значительно энергоемки и материалоемки, установлено, что расходы на обслуживание СКВ с сопоставимы с затра- тами тепла и электрической энергии для отопления в зимний период.

Нами на рисунке 1 предложена упрощенная классификация СКВ с целью выявления энергоэффективных установок.

Рис. 1. Упрощенная классификация СКВ

Условно по отношению к обслуживаемым помещениям СКВ разделяют на центральные и местные, которые нами разделены на два уровня по энергоемкости:

• - высокоэнергоемкие процессы обеспечиваются за счет крупных затрат электрической энергии, которым относятся: фэ-нойлы, моноблоки, сплит-системы, эжек-ционные доводчики, VRV и VRF с воздушным и водяным охлаждением конденсатора;

• - низкоэнергоемкие процессы, которые обеспечиваются за счет малых потреблении, это в основном увлажнители воздуха, которые делятся по принципу работы: паровые, ультразвуковые, распылительные, испарительные.

Увлажнители с форсунками и дисковыми распылителями, классически используемые в аппаратах для адиабатического увлажнения, очень чувствительны к содержанию в распыливаемой воде солей и минералов. Образование известковых наслоений на поверхности диска или форсунки ведет к увеличению доли крупных капель в факеле распыла и увеличивает вероятность их выброса в обслуживаемые помещения. Известковые отложения на диске также нарушают его динамическую балансировку, приводя к увеличению уровня шума от работы таких систем. Из-за низкого качества воды периодичность очистки указанных распылителей может составлять менее 1 раза в неделю.

Форсунки и диски не обеспечивают равномерности и монодисперсности распыла. Механизм каплеобразования у них основан на распаде турбулентных струй и плёнок жидкости под действием нерегулярных (случайных) возмущений. Подобный способ распыливания всегда приводит к образованию полидисперсной системы капель со значительным содержанием крупных фракций.

Наиболее перспективным является увлажнители роторного типа, т.к. создается равномерный каплеобразующий поток, а покрытие дисков серебреным слоем обеспечивает эффект обеззараживания воздушной среды.

С учетом вышеизложенного, нами про-ведёен анализ рынка энергоэфективных увлажнителей воздуха (УВ), а также рассмотрены для сравнения технические ха- рактеристики УВ различных фирм, на основе среднестатистической площади 70 кв. м. помещения.

Рис. 2. Графики сравнительных технических характеристик увлажнителей воздуха различных фирм

УВ находится в диапазоне от 50 до 200 Вт, расход воды на увлажнение от 400 до 600 мл/ч., производительность по очистке и увлажнению воздуха составляет от 450 до 620 куб.м / ч, стоимость в пределах от 4 тыс. до 41 тыс. рублей.

В результате анализа и отзыва потребителей, нами сгруппированы основные недостатки:

– заявленная мощность не соответствует номинальной теплопроизводительно-сти;

– УВ требует предварительной очистки воды, в основном требуется очищенная вода;

– при работе УВ, шум превышает заявленные децибелы;

– ёмкости для подачи воды покрываются зеленным налетом.

Как показал анализ, при выборе распылителей для системы увлажнения воздуха обычно принимают во внимание три основных фактора. Во-первых, качество рас- пыливаемой воды. Во-вторых, стоимость приобретения и обслуживания распылителей. В-третьих, качество распыла, его равномерность, тонкость и дисперсность, которые должны регулироваться в зависимости от изменений параметров воздуха.

Из графика рисунка 2 видно, что низкой стоимостью обладают увлажнители воздуха NeoClima NHL-075, производства Китай и Гонконг, самые надежные УВ по условию эксплуатаций это – Leberg LH-85, Норвегия и Boneco U350, Швейцария.

На основе вышеизложенного анализа нами, предлагается новое техническое решение увлажнителя с роторными дисками, покрытием из серебра для обеззараживания воды.

Разработка роторного увлажнителя

На основе анализа установок роторного пластинчатого тепломассообменника (РПТМ) [4, 5] и для исследования энергоэффективности адиабатного увлажнителя в системах кондиционирования воздуха была нами сконструирована экспериментальный аппарат адиабатного увлажнителя с обвязкой РПТМ (рис. 3). РПТМ содержит корпус 1, поддон 2, входной и выходной воздушные патрубки 3 и 4 и размещённый в корпусе вращающийся по ходу воздуха ротор, собранный из параллельно размещенных лазерных дисков 5, закреплённых с зазором на горизонтальном валу 6 с помощью шайб 7. Ротор вращается с помощью электродвигателя 9 через редуктор 8. Для сохранения необходимого зазора между дисками по периметру ротора установлены шпильки 13 с шайбами такой же толщины, что и шайбы 7. Уровень воды в поддоне РПТМ поддерживается с помощью вертикальных перегородок 10, подпитка испаряющейся воды и её подача и удаление осуществляется через патрубки 12 и 11.

Роторный адиабатный увлажнитель воздуха исполнен в виде корпуса с входным и выходным воздушными патрубками. Внутри корпуса установлены: поддон с водой, ротор, состоящий из установленных на горизонтальном валу вертикально плоских осеребренных дисков, и вентилятор, предназначенный для перемещения, поступающего на увлажнение воздуха в адиабатном увлажнителе.

Роторный пластинчатый тепломассооб-менник работает следующим образом. Обрабатываемый воздух поступает через входной патрубок в корпус к вращающимся и обеззараживающимся дискам и проходит в щелевых каналах между дисками к выходному патрубку. При вращении дисков их нижняя часть находится в поддоне с водой и при выходе диска в поток воздуха за счёт сил поверхностного натяжения на поверхности диска образуется плёнка осеребренной воды, которая размывается воздухом по всей поверхности диска и с этой плёнкой взаимодействует обрабатываемый воздух [5].

Роторный пластинчатый тепломассооб-менник установлен на нагнетательной стороне сети, в качестве местного адиабатного увлажнителя.

На рисунке 3 показан РПТМ с диаметром дисков 120 мм, с зазором между ними 2 мм. В качестве дисков использованы лазерные диски толщиной 1,2 мм, все элементы корпуса и поддон – из оргстекла. Роторный увлажнитель работает без каплеуловителя, а скорость воздуха во входном сечении значительно выше, чем для воздухоохладителей, за счет куллеров.

Рис. 3. Принципиальная схема роторного пластинчатого тепломассообменника

1 – корпус, 2 – поддон, 3, 4 – входной и выходной воздушные патрубки, 5 – диски, 6 – вал, 7 – шайба, 8 – редуктор, 9 – электродвигатель, 10 – перегородка, 11, 12 – патрубки, 13 – шпильки, 14, 15 – подвижный и неподвижный козырьки, 16 – горизонтальные пластины, 17, 18 – боковые козырьки

Сравнение работы адиабатных увлажнителей

Адиабатное увлажнение считается экономным, т.к. процесс парообразования в этом случае происходит за счёт внутреннего перераспределения энергии, а внешнее энергопотребление связано с реализацией различного рода механизмов значительно менее затратных [4, 5].

Для сравнительной оценки были проведены лабораторные исследования адиабатных увлажнителей воздуха AIR-O-SWISS (Швейцария) и VENTA (Германия), а также разработанной экспериментальной установки адиабатного увлажнителя с обвязкой РПТМ (рис. 4).

В обоих зарубежных и предлагаемом установке диски выполнены из несмaчиваемой пластмассы и зазор между дисками составляет соответственно 4 и 5 мм. Частота оборотов дисков находится в пределах от 1 до 1,5 об./мин.

Общий вид бытового увлажнителя фирмы «VENTA» (Германия) показан на рисунке 4.

Результаты сравнительных тестировании увлажнителей VENTA, Molino и лабораторного макета адиабатного увлажнителя приведены на рисунке 5.

Бытовой увлажнитель

Venta

Увлажнитель «Molino»

(Италия)

Роторный пластинчатый тепломассообменник

Рис. 4. Общий вид бытового увлажнителя фирмы «VENTA», AIR-O-SWISS (Швейцария) и экспериментального роторного пластинчатого тепломассообменника

Коэффициент эффективности увлажнения в адиабатном увлажнителе (роторном пластинчатом тепломассообменнике) намного выше, чем у зарубежных увлажнителей.

Сравнительный график эффективности бытовых увлажнителей приведен на рисунке 5.

Рис. 5. График эффективности бытовых увлажнителей

Установка адиабатного увлажнителя (роторного пластинчатого увлажнителя) для систем КВ производительностью от L = 275 м3/ч до L = 750 м3/ч, можно использовать как автономный бытовой увлажнитель в системах кондиционирования воздуха. На основании эксперимента установлено, что вместо лазерных дисков, можно применить абразивные диски.

Выводы:

• 1.    Разработан лабораторный макет, где в качестве адиабатного увлажнителя применен роторный пластинчатый тепломас-

• сообменник. Установка местного адиабатного увлажнителя легко монтируется, как в обслуживаемом помещении, так и вне помещения.

• 2.    Проведены лабораторные испытания бытовых увлажнителей воздуха Venta, Molino, лабораторного образца и выполнена сравнительная оценка коэффициента эффективности у адиабатных увлажнителей, позволяющая определить, что максимальный коэффициент эффективности у экспериментального увлажнителя РПТМ.