ZASADA DZIAŁANIA MASZYNY KLIMATYZACYJNEJ CHŁODZĄCEJ WODĘ.

3.1. Sposób klimatyzacji z trójkomorowym podajnikiem rurowym

A. Agregaty chłodzące wodę na dole kopalni

Z dotychczas stosowanych systemów klimatyzacji, sposób z zastosowaniem trójkomorowego podajnika rurowego wykazuje najwyższą sprawność w przekazywaniu.

Urządzenia stosowane w tym sposobie klimatyzacji, to:

• wieżowe chłodnice wody, na powierzchni kopalni,

• urządzenia obiegu wysokiego ciśnienia wody w szybie,

• trójkomorowy podajnik rurowy na dole kopalni,

• agregaty chłodzące wodę KM na dole kopalni,

• urządzenie obiegu niskiego ciśnienia wody na dole kopalni,

• urządzenia chłodzące powietrze GK 250 oraz EWK 350 w wyrobiskach,

• pompy obiegu wysokiego i niskiego ciśnienia wody.

Charakterystyczne dla tego rodzaju klimatyzacji jest to, że ochłodzona na powierzchni woda jest doprowadzona rurociągiem szybowym, bez pośrednictwa wymiennika ciepła, do skraplaczy agregatów KM. Tego rodzaju transport wody - a wraz z nią "zimna" - podwyższa zdolność chłodniczą systemu klimatyzacji ale do redukcji ciśnienia wody winien być użyty trójkomorowy podajnik rurowy.

Zasada działania podajnika w odniesieniu do jednej z komór przedstawiona została na rys. 6.

• Krok 0 - wszystkie zawory zamknięte. Pozycja neutralna

• Krok 1 - na skutek otwarcia zaworów głównych 2 i 4 następuje napełnienie komory wodą ciepłą pod niskim ciśnieniem (pochodzącą z chłodnic powietrza), a zalegająca w komorze woda zimna pod niskim ciśnieniem tłoczona, jest do skraplaczy agregatów KM.

Rys. 6. Zasada działania trójkomorowego podajnika rurowego

• Krok 2 - główne zawory 2 i 4 zostały zamknięte. Na skutek otwarcia zaworu ciśnieniowo- wyrównawczego 6 w komorze powstaje wysokie ciśnienie.

• Krok 3 - po otwarciu zaworów głównych 1 i 3 komora napełniana jest z rurociągu zimną wodą pod wysokim ciśnieniem, a zalegająca w komorze woda ciepła pod wysokim ciśnieniem (w poprzednim cyklu dostarczona z chłodnic powietrza) tłoczona jest równocześnie do wieży chłodniczej znajdującej się na powierzchni kopalni.

• Krok 4 - po zamknięciu zaworów głównych 1 i 3 oraz otwarciu zaworu ciśnieniowo-wyrównawczego 5 w komorze powstaje niskie ciśnienie.

• Krok 5 - krok 5 odpowiada sytuacji przedstawionej w kroku 1.

Na skutek odpowiedniego sterowania zaworami wszystkich trzech komór podajnika, uzyskuje się nieprzerwany proces wymiany wody i ciepła.

Rysunek 7 przedstawia schemat przepływowy takiego sposobu klimatyzacji. Powracający z urządzeń chłodniczych rejonów roboczych strumień wody wpływa przy temperaturze około 26°C do płaszcza parowaczy agregatów KM. Odparowujący w rurkach skraplaczach freon odbiera ciepło wodzie powodując jej ochłodzenie do temperatury 3 °C. Następnie strumień wody za pośrednictwem stacji pomp i filtrów kierowany jest rurociągami izolowanymi z powrotem do urządzeń chłodzących powietrze, znajdujących się w rejonach roboczych.

Ciepło, które wraz z wodą dostarczane jest do parowaczy agregatów KM, zostaje przez sprężarki podniesione do wyższego poziomu temperaturowego i przez strumień wody chłodzącej kierowane jest z rurek skraplaczy tych urządzeń do jednej z komór podajnika rurowego, skąd następnie wypierane jest z rurociągu szybowego do wież chłodniczych znajdujących się na, powierzchni kopalni. Tutaj zostaje ono bezpośrednio odprowadzone do powietrza atmosferycznego. Ochłodzony w ten sposób strumień wody trafia z powrotem do jednej z komór podajnika rurowego.

Rys. 7. Schemat klimatyzacji z trójkomorowym podajnikiem rurowym i agregatami chłodzącymi wodę na dole kopalni

B. agregaty chłodzące wodę na powierzchni kopalni

Jeżeli umieszczenie agregatów chłodniczych pod ziemią jest mało korzystne, a na powierzchni kopalni istnieje pomieszczenie, w którym można te agregaty usytuować, sposób klimatyzacji centralnej będzie odbywał się wg. schematu zamieszczonego na rys.8

Należy nadmienić, że sposób ten wymaga zainstalowania izolowanego rurociągu wody zim­nej z powierzchni kopalni do przodków wyrobisk, co podraża koszty inwestycyjne tego rozwiązania.

Z wieży chłodniczej woda o wydatku 280 m³/h i temperaturze 22.0 °C rurociągiem nieizolowa­nym wpływa do rurek skraplacza agregatu KM 3000 (agregat 1). W wyniku odebrania ciepła skraplania freonu temperatura wody wzrasta do 34.2 °C. Z taką temperaturą woda wpływa do skraplacza agregatu KM 2000 (agregat 2). W wyniku przepływu przez drugi skraplacz temperatura wody wzrasta do 40.9 °C i z tą wartością jest kierowana do wieży chłodniczej.

Rys. 8. Schemat klimatyzacji z agregatami chłodzącymi wodę na powierzchni – wariant 2 dla KWK „Pniówek”

Powracająca, z umieszczonych w wyrobiskach chłodnic, woda o wydatku 245 m³/h i temper­aturze 21.0 °C wpływa do jednej z komór podajnika rurowego. Po przejściu komory woda z temperaturą o pół stopnia niższą nieizolowanym rurociągiem szybowym wprowadzana jest do płaszcza parownika agregatu KM 3000. Odparowujący w rurkach parownika freon odbiera ciepło wodzie, powodując obniżenie jej temperatury do 8.9 °C. Z taką temperaturą woda wpływa do parownika agregatu KM 2000. W wyniku przepływu przez drugi parownik tem­peratura wody obniża się do 3.0 °C i z tą wartością jest kierowana izolowanym rurociągiem szybowym do znajdującego się na poziomie kopalni trójkomorowego podajnika rurowego. Z podajnika woda z temperaturą o pół stopnia wyższą rurociągami izolowanymi kierowana jest do chłodnic powietrza w wyrobiskach.

MASZYNA CHŁODNICZA WODY WKM

o mocach jednostkowych od 200 kW do 4000 kW

Zastosowanie:

Maszyny chłodnicze wody wytwarzają wodę zimną w zamkniętych układach, z chłodnicami powietrza, zapewniając klimatyzację całych rejonów kopalni.

Celem zapewnienia efektywnego działania chłodnic powietrza i zmniejszenia strat energetycznych wody zimnej stosuje się zwykle izolowane rurociągi wody dopływającej do chłodnic. W miarę potrzeb izolowane są też rurociągi wody powrotnej. Maszyny te budowane są jako pojedyncze, czasem łączone w grupy, w zależności od potrzeb kopalni.

Ruchome maszyny chłodnicze wody zimnej ze sprężarkami tłokowymi mają moc od 200 kW do 600 kW. Przy większych mocach stosuje się sprężarki śrubowe o płynnej regulacji mocy. Nośnikiem zimna jest zwykle woda, czasem stosuje się solanki. Na ogół woda schładzana jest do +3°C, ale przy zastosowaniu parownika płytowego możliwe jest uzyskanie temperatury wody poniżej 1°C. Umożliwia to z kolei stosowanie mniejszych przekrojów rur, mniejszych pomp i zwiększenie efektywności chłodnic przodkowych.

Zastosowanie parowników płytowych w istniejących instalacjach umożliwia wzrost ich wydajności.

Część aparatowa ze skraplaczem, parownikiem, chłodnicą oleju, stacją pomp wody zimnej.

Wykonanie:

Maszyny te - w zależności od warunków transportu i zabudowy - produkowane są jako jedno lub dwuczęściowe. W wykonaniu dwuczęściowym skła­dają się z agregatu sprężarkowego oraz części apa­ratowej, w skład której wchodzą parownik i skraplacz. W razie stosowania sprężarek śrubowych dodatko­wymi elementami są oddzielacz oleju i chłodnica ole­ju.

Olej jest chłodzony zwykle w bezobsługowej chło­dnicy zasilanej czynnikiem chłodzącym. Ciepło ze skraplacza rurowego lub płytowego odprowadzane jest do obiegu wodnego.

Skraplacze rurowe budowane są dla ciśnienia 160 bar celem umożliwienia zasilania ich wodą bez­pośrednio z powierzchni. Inną możliwością odpro­wadzenia ciepła ze skraplacza jest zastosowanie skraplaczy parownikowych. Parownik jest budowa­ny jako parownik wtryskowy, celem zmniejszenia ilo­ści potrzebnego czynnika chłodniczego, a w zależ­ności od rodzaju czynnika chłodniczego i tempera­tury wody zimnej, może być w wykonaniu rurowym lub płytowym.

Agregat maszynowy na stabilnej, łatwo ustawnej ramie.

Maszyna chłodnicza wody zimnej ze sprężarką śrubową. Moc 1400 kW, czynnik chłodniczy R22, temperatura wody + 3°C

MASZYNA CHŁODNICZA WODY WKM

Maszyna chłodnicza wody WKM 2-300 ÷ 620

WYPOSAŻENIE WKM:

• Sprężarka

• Silnik napędowy

• Skraplacz

• Parownik

• Elektroniczne sterowanie i regulacja pompy

6.5. Chłodnie wody obiegowej

6.5.1. Wiadomości wstępne

W zakładach przemysłowych woda służy do różnych celów, ale najwięcej zużywa się jej do chłodzenia aparatów i urządzeń przemysłowych. Zastosowanie wody jako czynnika chłodzącego jest związane bądź z samym procesem technologicznym (skrapla­niem w skraplaczu pary odlotowej z turbin, skraplaniem otrzy­manych podczas reakcji chemicznych produktów), bądź to z za­bezpieczeniem pewnych elementów konstrukcji przed zniszczeniem wskutek wysokich temperatur, np. cylindrów silników spa­linowych.

Temperatura i ilość domieszek w wodzie chłodzącej zależą od jej przeznaczenia. W większości wypadków woda chłodząca nie powinna zawierać domieszek osiadających na elementach ochła­dzanych lub powodować ich korozji, a temperatura jej nie powin­na przekraczać wartości dopuszczalnej dla przyjętego sposobu chłodzenia. Wynika to z przebiegu procesów technologicznych, a także z warunków zapewniających niezawodność i ekonomiczność pracy urządzenia. Tak więc podwyższenie temperatury wo­dy chłodzącej powoduje w elektrowniach parowych wzrost zu­życia paliwa, w urządzeniach chłodniczych zmniejszenie wydaj­ności chłodniczej itp. Wymianę ciepła utrudnia osiadanie na chło­dzonych powierzchniach zawartych w wodzie domieszek pocho­dzenia mineralnego lub organicznego.

Jeżeli jest do dyspozycji wystarczająco pojemne źródło wody, np. jeziora, rzeka, zazwyczaj stosuje się przepływowy (otwarty układ chłodzenia, w którym woda chłodząca, czerpana ze źródła po jednokrotnym wykorzystaniu wraca do niego. Gdy zastosowanie otwartego układu chłodzenia jest niemożliwe lub ze wzglę­dów ekonomicznych niecelowe, wówczas stosuje się zamknięty układ chłodzenia. Polega on na tym, że wodę raz zaczerpniętą ze źródła wykorzystuje się wielokrotnie do chłodzenia. Wodę ogrza­ną w urządzeniu ochładzającym następnie chłodzi się powie­trzem, dzięki czemu może ona wrócić do obiegu. Wodę przepły­wającą w układzie zamkniętym nazywa się wodą obiegową. Za­leżnie od sposobu chłodzenia wodą obiegową urządzenia chłodzące dzieli się na:

• stawy ochładzające,

• baseny rozpryskowe,

• chłodnie.

6.5.2. Stawy ochładzające

Stawy ochładzające są zbiornikami wodnymi naturalny­mi lub sztucznymi. W pierwszym wypadku wodę chłodzi się w stawie lub jeziorze; czasami w kilku jeziorach połączonych ze sobą. W zbiornikach sztucznych do chłodzenia buduje się ba­seny sztuczne lub stawy utworzone przez przegrodzenie groblą koryta rzeki. Baseny sztuczne stosuje się do odprowadzania od wody obiegowej stosunkowo niewielkich ilości ciepła, tj. do 836 000 kJ w ciągu godziny. Dla odprowadzenia tej ilości ciepła powierzchnia lustra wody powinna wynosić 800÷1000 m². Chło­dzenie wody w stawie odbywa się wskutek parowania po­wierzchni wody i odpływu ciepła przez konwekcję do otaczają­cego powietrza.

Miejsca pobierania i odprowadzania wody do stawu tak się sytuuje, aby woda pobierana ze stawu zdążyła się ochłodzić.

6.5.3. Baseny rozpryskowe

Podobnie jak stawy ochładzające, baseny rozpryskowe, są na­turalnymi lub sztucznymi otwartymi zbiornikami wody; jednak wodę odprowadza się do nich nie bezpośrednio (jak do stawów), lecz przez system dysz rozpryskowych usytuowanych nad lu­strem wody w basenie (rys. 6-25). Rozpylanie wody dyszami po­woduje znacznie lepsze jej ochłodzenie. Ciepło jest pobierane od rozpylonych kropel wody przez otaczające powietrze. Ochłodze­nie wody w samym basenie jest w tym wypadku mniej istotne.

Niekiedy dysze rozpryskowe sytuuje się bezpośrednio nad po­wierzchnią sztucznego stawu i czynne są one tylko latem, kiedy powierzchnia stawu nie gwarantuje dostatecznego ochłodzenia wody.

Rys. 6-25. Przekrój basenu rozpryskowego (13)

1 - płyty betonowe, 2 - piasek, 2a - żwir, 3 - glina, 4 - stalowa konstrukcja wsporcza, 5 - podpory rolkowe, 6 - przewody rozdzielcze wody, 7 - rury łączące dysze z przewodami, 8 - dysze

6.5.4. Chłodnie wody obiegowej

Chłodnie wody obiegowej zależnie od konstrukcji oraz spo­sobu chłodzenia mogą być otwarte i zamknięte.

Chłodnie otwarte bywają zasadniczo dwóch typów: rozprysko­we i zraszające.

Chłodnie rozpryskowe (rys. 6-26) są małymi base­nami rozpryskowymi otoczonymi ze wszystkich stron żaluzjami drewnianymi. Żaluzje uniemożliwiają przedostawanie się na ze­wnątrz kropel wody porywanych przez powietrze ochładzające. Dysze rozpryskowe są umieszczone wysoko ponad lustrem wody zbiornika tworzącego dno chłodni. Rozpylona przez dysze ciepła woda w postaci kropel częściowo opada na dół, częściowo ścieka po zewnętrznej stronie żaluzji. Po drodze krople ochładzają się powietrzem zewnętrznym dopływającym przez żaluzje. Ochło­dzona w ten sposób woda gromadzi się w zbiorniku wodnym, skąd pompuje się ją z powrotem do urządzeń lub aparatów ochładzanych. Chłodnię rozpryskową o małej wydajności przed­stawiono na rys. 6-26.

Chłodnie zraszające (rys. 6-27) stosuje się do chło­dzenia większych ilości wody niż w wypadku chłodni rozpryskowych. Składają się z urządzenia zraszającego (zraszacza), urzą­dzenia rozprowadzającego wodę do poszczególnych zraszaczy, ża­luzji i zbiornika wodnego. Najprostszą chłodnię tego typu przed­stawiono na rys. 6-27. W pionowo ustawionej ramie drewnianej znajdują się co 0,5÷0,6 m poziome kraty wykonane z prętów stalowych. Na kratach ułożono warstwy słomy. Krata, wraz z uło­żoną na niej warstwą słomy, jest w tym typie chłodni urządze­niem zraszającym. Woda ciepła napływa na zraszacze z góry przez dysze zraszające. Woda ochłodzona gromadzi się w zbiorniku, skąd pompą jest przetłaczana z powrotem do urządzenia ochła­dzanego.

Rys. 6-28. Krata otwartej chłodni zraszającej

W większych chłodniach urządzenie zraszające stanowią kra­ty zbite z listew drewnianych (rys. 6-28). W celu lepszego roz­prowadzenia wody listwy są nieco wygięte.

Chłodzenie wody obiegowej osiąga się przez przepływ powie­trza zewnętrznego w kierunku poziomym, między kratami urzą­dzeń zraszających. Aby zapobiec porywaniu kropel ochłodzonej wody przez powietrze, chłodnie obudowuje się żaluzjami drew­nianymi, jak w wypadku chłodni otwartej rozpryskowej (patrz rys. 6-26). Otwarte chłodnie zraszające mają wysokość 6÷14 m.

Chłodnie zamknięte (wieżowe) dzielą się na rozpryskowe, zraszające i ociekowe. Charakterystyczną cechą chłodni zamknię­tych jest wysoka wieża wyciągowa, wykonana z drewna lub żel­betu. Umożliwia ona ciąg powietrza powstający wskutek różnicy gęstości bardziej chłodnego i suchego powietrza ochładza­jącego (zewnętrznego) oraz o­cieplonego i nawilżonego po­wietrza w wieży. Zależnie od typu i wydajności chłodni wysokość wieży licząc od poziomu terenu wynosi 15÷60 m, a w razie zastosowania żelbetu na­wet 120 m.

W wieżowej chłod­ni rozpryskowej (rys. 6-29) urządzeniem zraszającym jest jeden lub kilka rzędów dysz rozpryskowych umieszczo­nych wewnątrz drewnianej wieży wyciągowej, o przekro­ju kwadratowym lub prosto­kątnym. Dysze znajdują się na wysokości 1,5÷2 m od lustra wody w zbiorniku wody i są skierowane wylotami ku górze.

Wieża, począwszy mniej więcej od poziomu otworu dysz do sa­mej góry, ma ściany zbite z desek. Między dolnymi krawędziami ściany a górną powierzchnią zbiornika wody pozostawia się otwory wlotowe do przepływu powietrza ochładzającego (zewnętrznego).

W wieżowych chłodniach zraszających ogrzana woda napływa z góry; spływając w dół zrasza po dro­dze różnorodnie ukształtowane kraty zraszające, usytuowane w wieży tak jak w chłodniach otwartych zraszających. Przepływa­jąc między listwami powietrze ochładzane odbiera wodzie cie­pło.

Jeżeli zraszacze są zbudowane nie z poziomych listew, jak w wypadku chłodni zraszających, lecz z ustawionych w bardzo małych odstępach płyt, to chłodnia nazywa się chłodnią ociekową, gdyż woda ochładzana ocieka cienką warstwą po powierzchni płyt. Taki przepływ zwiększa skuteczność chłodzenia.

Do zalet chłodni wieżowych należą:

1) niezależność chłodzenia od sił i kierunku wiatru, co ze­zwala na zlokalizowanie chłodni na obszarach zabudowanych,

2) mniejsze powierzchnie w porównaniu z basenami rozpryskowymi,

3) odprowadzenie ocieplonego powietrza na większą wysokość niż w chłodniach otwartych,

4) znaczne zmniejszenie ilości unoszonej przez powietrze wo­dy w postaci kropel w porównaniu z chłodniami otwartymi, a zwłaszcza z basenami rozpryskowymi.

Do wad chłodni wieżowych zalicza się:

1) stosunkowo duży koszt w porównaniu z basenami rozpryskowymi i chłodniami otwartymi,

2) skomplikowana eksploatacja zimą wskutek oblodzenia chłodni,

3) zakwitanie wody.

Oblodzenia zewnętrznych powierzchni chłodni unika się przez ciągłe zwilżanie ich strumieniem ciepłej wody. Latem wskutek sprzyjających warunków cieplnych woda zakwita tworząc na powierzchniach stosunkowo znaczne nawarstwienia i powodując tym samym zarastanie chłodni. Wówczas należy wyłączyć chłod­nię i oczyścić ją.

W celu uniknięcia zakwitania wody dodaje się chloru do wo­dy obiegowej.

Rys. 6-29. Wieżowa chłodnia rozpryskowa