Nowoczesne rozwiązania w technologiach wież chłodniczych i dry-coolerów

Nowe trendy w konstrukcji wież chłodniczych i dry-coolerów opierają się m.in. na zmodyfikowanych przepływach powietrza z wykorzystaniem pośredniego chłodzenia wyparnego. Przedstawiono także najbardziej efektywne schematy przepływu powietrza, których wykorzystanie jest planowane w amerykańskich koncernach energetycznych.

Zadaniem wież chłodniczych i dry-coolerów jest schładzanie wody wykorzystywanej w procesach technologicznych. Zazwyczaj jednostki chłodnicze tego typu obniżają temperaturę wody wykorzystywanej w systemach klimatyzacji oraz podczas procesu produkcji energii elektrycznej. Zasada działania dry-coolera (rys. 1) opiera się na obniżeniu temperatury wody technologicznej w przeponowym wymienniku ciepła (1) za pomocą pędu powietrza wywołanego przez zamontowane na obudowie wentylatory. Zasadniczą częścią dry-coolera jest chłodnica, przez którą przepływa ochładzane medium. Ruch powietrza wymuszany jest przez wentylatory umieszczone w taki sposób, aby strumień przepływał jednostajnie przez całą powierzchnię wymiennika ciepła. Standardowo chłodnice mają budowę horyzontalną, pionową lub wykonywane są w układzie V. Ponadto dry-coolery mogą być dodatkowo zraszane cieczą, w celu poprawy efektywności ich pracy.

Wieża chłodnicza działa na podobnych zasadach jak dry-cooler, jednakże przepływająca przez nią woda technologiczna kontaktuje się z powietrzem. Ochłodzona wyparnie ciecz gromadzi się w basenie, z którego odprowadzana jest do instalacji. Głównym czynnikiem określającym efektywność rozpatrywanych urządzeń jest uzyskana temperatura końcowa wody. Zimniejsza woda pozwala na skuteczniejszą pracę agregatów chłodniczych w systemach klimatyzacyjnych, a także na bardziej efektywną i energooszczędną pracę turbin w elektrowniach.

Ponadto, niższa temperatura cieczy pozwala na skuteczniejszą kondensację w skraplaczach, a zatem może w znaczący sposób obniżyć koszty eksploatacyjne układów chłodniczych. Typowa konstrukcja wieży opiera się na technologii bezpośredniego wyparnego chłodzenia, dlatego jej efektywność ograniczona jest temperaturą termometru mokrego dostarczonego powietrza. Zatem największą skuteczność omawiane jednostki osiągają w suchych warunkach klimatycznych. Niestety, kraje takie jak Polska (a także większa część UE i USA) leżą w strefie względnie wilgotnego klimatu, który negatywnie wpływa na efektywność bezpośredniego chłodzenia wyparnego. Badania podjęte przez wiele instytucji naukowych [1-3] wykazały, że można znacząco poprawić efektywność wież chłodniczych oraz zraszanych dry-coolerów poprzez wykorzystanie technologii pośredniego ochładzania wyparnego.


Wieże chłodnicze - Obieg Maisotsenki

Obieg Miasotsenki (M-obieg, ang. M-cycle) jest jednym z najbardziej skutecznych termodynamicznie cyklów stosowanych w pośrednim chłodzeniu wyparnym. Jego unikalne właściwości pozwalają na obniżenie temperatury powietrza ochładzanego wyparnie poniżej temperatury termometru mokrego –w warunkach idealnych umożliwia on osiągnięcie temperatury punktu rosy [5-11]. Wymienniki wykorzystujące M-obieg zyskały popularność w Stanach Zjednoczonych, gdzie wykorzystywane są, jako część central klimatyzacyjnych oraz jako samodzielne jednostki chłodnicze [7]. Od niedawna trwają badania nad możliwością wykorzystania obiegu Maisotsenki w wieżach chłodniczych i dry-coolerach. Obieg Maisotsenki w pośrednim wyparnym cyklu chłodniczym opiera się na wstępnym obniżeniu temperatury powietrza odpowiedzialnego za realizację procesów wymiany ciepła i masy w mokrym kanale rekuperatora. Dzięki temu proces obniżania temperatury powietrza dostarczanego użytkownikom pomieszczeń przebiega bardziej efektywnie (rys. 5). Skuteczność M-obiegu w systemach klimatyzacyjnych została wielokrotnie potwierdzona [6-10], dlatego istnieje wysokie prawdopodobieństwo, że zastosowanie obiegu Maisotsenki w technologiach wież chłodniczych znacząco wpłynie na poprawę ich efektywności. Praca wieży chłodniczej z obiegiem Maisotsenki Wieże chłodnicze z obiegiem Maisotsenki nie są jeszcze wprowadzone do seryjnej produkcji, prototypy są obecnie testowane przez Instytut Technologii Gazowych (Gas Technology Institute) w USA. Poniżej przedstawione zostaną wyniki analizy teoretycznej [1].

(…)

W artykule przeczytasz również:

  • Praca wieży chłodniczej z obiegiem Maisotsenki
  • Dry-coolery

Autor: Sergey ANISIMOV, Demis PANDELIDIS

Pełna treść artykułu w wydaniu 11/2012 Chłodnictwa i Klimatyzacji