|
Автоматизированные безрассольные
оросительные и отчасти погружные льдогенераторы трубчатого и пластинчатого
льда получили распространение, особенно в США и Западной Европе, после второй
мировой войны.
Их достоинство — гигиенические условия производства,
готового к употреблению пищевого прозрачного льда в мелких кусках с насыпной
массой от 400 до 600 кг/м3.
По сравнению с наиболее распространенными рассольными
льдогенераторами блочного льда у них меньше металлоемкость, общий расход
энергии и занимаемая площадь, а интенсивность льдообразованйя почти в 10 раз
больше, себестоимость льда ниЖе примерно на 30—40%- В то же время расход
холода довольно велик (670— 840 кДж/кг) в связи с периодическим нагреванием
испарителей и большой поверхностью оттаивания льда.
Малая толщина слоя образующегося льда (5—25 мм) делает
оросительные льдогенераторы пластинчатого и трубчатого, в частности
скорлупного, льда более производительными, чем погружные льдогенераторы
трубчато-блочного льда с толщиной льда между трубами 30—40'мм (см. выше). Все
оросительные льдогенераторы имеют 30—50-кратную циркуляцию воды.
Трубчатый лед производится в льдогенераторах с трубчатыми
испарителями, в частности кожухотрубного типа. В ГДР, например, применяются
такие льдогенераторы производства предприятия «Нема», в Швеции — фирмы
«Стал».
Принципиальная схема автоматического кожухотрубного
льдогенератора ЗТЛ-10,' разработанного ВНИИхолодмашем при участии ВНИХИ [88],
приведена на 62. Этот льдогенератор, эксплуатируемый на Московском
холодильнике № 9, имеет производительность 10 т/сут и в основном состоит из
трех вертикальных теплоизолированных кожухотрубных испарителей, в каждом по
53 трубы с внутренним диаметром 51 мм и длиной 2000 мм. Лед, образующийся в орошаемых водой трубах, оттаивается в каждом испарителе поочередно с
использованием теплоты льдообразования из двух других испарителей. Испарители
работают со сдвигом во времени на одну
треть цикла, длящегося 45 мин. Стаявшие на 2 мм ледяные трубы диаметром 10—15 мм и 48 мм опускаются на специальный стол, на котором вращающиеся
ножи раскалывают их на куски в виде трубок или скорлуп длиной около 100 мм с насыпной массой примерно 500 кг/м3.
Намораживание и оттаивание льда производится по команде
реле времени аммиачным холодильным компрессором со стандартной
производительностью около 87 тыс. Вт. В испытаниях для температур кипения и
конденсации аммиака около —15 и 20° С и температуры воды 10° С
была-достигнута производительность 420 кг/ч при потреблении холода 780 кДж/кг
и расходе электроэнергии 230 кДж/кг.
Ниже приведен расчет льдогенератора ЗТЛ-10 (в основном по
материалам СКБХМ — ВНИИхолодмаш).
Заданная производительность—10 т/сут; приняты три
испарителя по 3,34 т/сут.
Для намораживания льда при t0=—15° С приняты стальные
трубы 55/51 мм. С целью сокращения длительности процесса производится
замораживание не всей внутренней части ледяной трубки, а только до диаметра 15 мм. Это при малой потере массы льда значительно сокращает время намораживания.
Съем льда с 1 м принятой в расчете трубы составит 1,53 кг. При этом принимается, что будет оттаивать по наружному диаметру ледяной трубки слой льда
толщиной 1 мм (принятая величина превышает обычное отклонение от нормы для
холоднотянутых труб из нержавеющей стали), а масса намораживаемого льда на 1 м трубы составит 1,67 кг.
Цикл работы льдогенератора состоит из трех фаз: заполнение
испарителя аммиаком и намораживание льда; выдавливание аммиака из испарителя
и оттаивание льда; выгрузка и резание льда.
На основании проведенных Ткачевым [103] испытаний
предварительной модели принято общее время заполнения и намораживания льда
при —15° С равным 33 мин, время на оттаивание льда — 10 мин и время на
резание льда — 1 МИБ, а всего с округлением — 45 мин.
Часовая нагрузка трех испарителей 10 000:24=420 кг/ч. Все
три испарителя за 1 ч проходят четыре цикла. Следовательно, нагрузка одного
цикла 420:4 = 105 кг. Число циклов работы всех льдогенераторов за сутки 10
000: 105=95.
Приняты: диаметр кожухотрубного испарителя льдогенератора 600 мм, число труб в льдогенераторе 53; необходимая активная высота труб 1,6 м (с запасом). Соответствующая теплопередающая поверхность одного испарителя будет 14,7 м2.
Холодопроизводительность компрессора складывается из
расчета затрат холода на изготовление выдаваемого льда, образование льда, подлежащего
растаиванию, охлаждение испарителей после их подогрева в процессе оттаивания,
потерь, холода в окружающую среду и прочих потерь.
Холод на охлаждение металла системы подсчитан следующим
образом.
1. Охлаждение кожуха испарителя. Принимается
нагрев кожуха до 15° С и охлаждение до —15° С. Диаметр кожуха 600 мм, толщина стенок 8 мм, высота 2000 мм; масса кожуха 234 кг. Количество холода, потребное на охлаждение кожуха составит 4300 кДж.
2. Охлаждение труб испарителя. Принимается
подогрев труб до 15вС при оттаивании и охлаждении до —15°С при
льдообразовании. Число труб 53, полная высота труб 2000 мм, их диаметры 55/51 мм (6=2 мм), масса 273 кг. Количество холода, потребное на охлаждение
труб, будет 3760 кДж.
3. Охлаждение трубных решеток. В среднем трубные
решетки нагреваются до 15° С и охлаждаются до —15° С. Количество холода на
охлаждение решеток составит 1200 кДж.
Суммарные потери холода на охлаждение одного испарителя:
4300+3760+1200=9260 кДж. Так как за 1 ч три испарителя в сумме успевают
провести четыре цикла, общая затрата холода на охлаждение системы в час
составит 37 000 кДж. В час льлогенеоа- тор выпускает 420 кг льда, следовательно, (75=37 000:420 = =88 кДж/кг. Приняв равными 30% внешние и прочие потери,
получим общее <7=1,3 (392+4+88) =630 кДж/кг. что близко к лучшим
зарубежным данным (670 кДж/кг), но на 20% меньше опытных данных для этого
льдогенератора.
Потребная холодопроизводительность компрессора для расчета
630X420=265 000 кДж/ч,. что соответствует 0,278X265 000 = =74 000 Вт.
Расчетный расход холода для льдогенератора ЗТЛ-10 вполне
может быть достигнут на практике при уменьшении стаивания льда до нормы в
0,5—1 мм.
Необходимо заметить, что только при ориентировочных
расчетах льдогенераторов с рециркуляцией воды можно исходить из температуры
поступающей водопроводной воды, при более точных расчетах принимают во
внимание тепловыделения насоса для циркуляции воды, а также охлаждение
поступающей водопроводной воды при смешивании с рециркулирующей водой в баке
и последующее доохлаж- дение ее до околонулевой температуры на поверхности
образующегося на испарителе льда.
В одноиспарителыюм кожухотрубном льдогенераторе ( 63)
периодическое намораживание и оттаивание льда происходят внутри труб
вертикального кожухотрубного испарителя, работающего от холодильного
компрессора и горизонтального кожухотрубного конденсатора с поплавковым
регулирующим вентилем.
Принудительная циркуляция воды в трубах обеспечивает намораживание
цельных или полых ледяных цилиндров, которые после
оттаивания разрубаются льдорезкой на куски или (при
небольшой толщине цилиндров) измельчаются в скорлупный лед. На период
оттаивания льда жидкий аммиак перепускается в ресивер, а в коЖу> хотрубный
испаритель подается горячий пар аммиака непосредственно из компрессора.
Холодильная машина льдогенератора начинает работать как тепловой насос, при
этом испаритель выполняет роль конденсатора, а конденсатор — испарителя.
Автоматичность работы льдогенератора обеспечивается часовым реле, управляющим
пятью соленоидными вентилями. При замораживании открыты только
соленоидные вентили СВХ и СВ2, а при оттаивании — вентили
СВ3, CBi и СВ5.
Если подобный льдогенератор имеет несколько секций
испарителей, то они должны работать одновременно.
Из числа импортных кожухотрубных льдогенераторов
представляет интерес автоматизированный льдогенератор производительностью 12
т/сут ( 64), установленный итальянской фирмой «Термомеханика» на
Новороссийском рыбозаводе. Как видно из схемы, намораживание и оттаивание
трубчатого льда производится одновременно в трех испарителях, причем
оттаивание осуществляется методом теплового насоса — за счет тепла
водопроводной воды.
Исследования Шмитта [156] показывают достаточно высокую
эффективность ( 65) лучших зарубежных кожухотрубных льдогенераторов. Съем
льда с 1 м испарительной трубы диаметром 50 мм при толщине слоя льда 5 мм составляет СР,6 кг, при толщине 25 мм-т-1,7 кг. Потери льда при оттаивании соответственно 4,5 и 2%. Удельный расход холода равен 670—700
кДж/кг льда. При толщине льда 6—7 мм достигается максимум удельной льдопроиз-
водительности и минимум расхода электроэнергии. Расход циркулирующей воды 50 м3 на 1 т льда. Средняя температура намораживания —15° С, а давление при оттаивании 1,0—1,2 МПа.
Большая высота применяемых в США и Западной Европе
кожухотрубных льдогенераторов позволяет достигать производительности 60 т/сут
и более на один испаритель из труб длиной 6—7 м и тем экономить занимаемую
площадь. Для уменьшения ам- миакоемкости кожухотрубных испарителей в них
размещают вытеснители. В целях снижения потерь при оттаивании длинных
цилиндров льда трубы калибруются, а нижнюю обогреваемую трубную решетку
оснащают прокладками из красной меди. В южных странах высокие кожухо- трубные
льдогенераторы располагают под открытым небом.
Подвесные трубчатые льдогенераторы отличаются от
кожухотрубных тем, что лед в них намораживается внутри или снаружи висящих
двойных труб — в одностороннем варианте и снаружи и внутри двойных труб — в
двустороннем варианте. Намораживание льда в висящих трубах используется в
льдогенераторах типа «труба в трубе». Известны технологически простые
двухтрубные льдогенераторы внутреннего намораживания фирмы «Нема» (ГДР) марок
RE-16, RE-32 и RE-48 с часовой производительностью соответственно 160, 320 и 480 кг дробленого трубчатого льда.
Принцип оросительного намораживания льда на трубах
испарителя, а не внутри их был осуществлен в СССР еще в 1950 г. Ткачевым [102] в трубчато-ребристом льдогенераторе — в варианте для производства льда в виде
плит (см. выше). Следует заметить, что
съем льда при намораживании На трубе больше, чем в трубе,
хотя линейная скорость льдообразования в последнем случае выше. Целесообразно
в принципе и сочетание внешнего льдонамораживания с внутренним.
В СССР трубчатые льдогенераторы с односторонним наружным
льдонамораживанием сейчас применяются в виде малых агрегатных льдогенераторов
OJI-25/35 (в кг/ч) со встроенными холодильными машинами (см. ниже).
Двусторонние трубчатые льдогенераторы обычно имеют большую производительность,
они мало металлоемки и не требуют много хладагента.
В них лед намораживается на орошаемых водой, близко
расположенных испарительных панелях, собранных в пакет, развитый в высоту.
Это позволяет изготовлять экономичные, компактные одно- модульные
льдогенераторы с широким диапазоном производительности.
Для дробления получаемых пластин льда толщиной от 6 до 18 мм используют располагаемую под испарителями скребковую конвейерную дробилку или несколько
шнековых дробилок. По данным исследований [10, 156], оптимальная толщина льда
и в случае производства скорлупного льда равна в среднем 6 мм. Насыпная масса пластинчатого льда составляет примерно 600 кг/м3 против 500 для обычного
скорлупного льда и 400—600 кг/м3 для трубчатого льда с разной толщиной
ледяной стенки.
Применяемые за рубежом пакетно-панельные льдогенераторы
пластинчатого льда обычно рассчитаны на производительность от 1 до 100 т/сут.
Подобные льдогенераторы на 30 т/сут имеют габариты 2,4X2,7X2,4 м, что
соответствует занимаемому удельному объему только 0,5 м3/(т-сут).
В качестве холодильного агента для оросительных
льдогенераторов рекомендуется фреон-22, а при большой производительности их
также и аммиак.
За рубежом используются оросительные льдогенераторы
автоматизированного типа производительностью от 0,5 до 100 т/сут.
Практика показывает, что производительность 4200—4400 кг/ч
(100—105 т/сут) сейчас должна быть предельной для серийно выпускаемых
оросительных льдогенераторов разных типов. На средних и больших льдозаводах
может быть установлено несколько льдогенераторов. В отдельных случаях
целесообразно изготовлять льдогенераторы производительностью и более 100
т/сут.
Льдогенераторы типоразмеров 1, 2 и 3 (см. 23)
производительностью от 25 до 80 кг/ч удобно выпускать в виде шкафных
агрегатов со встроенными компрессорно-конденсаторными установками и одним
испарителем для фреона-22 (или 12). Остальные льдогенераторы должны иметь
отдельные компрессорно-конденсаторные установки и 3—4 испарителя для
фреона-22 (или аммиака).
|