Процессы в адиабатических увлажнителях воздуха

Требования ГОСТ 30494–96 к параметрам микроклимата помещений жилых и общественных зданий ограничивают нижний предел допустимой относительной влажности в 30 %, что предполагает необходимость увлажнения воздуха в зимний период. В цехах предприятий бумажного, табачного, кожевенного производства, в типографиях и теплицах, где большой дефицит влаги, широко используются местные и централизованные увлажнительные установки большой производительности.

Анализ показывает, что из-за высокого потребления энергии (около 700 Вт на 1 кг влаги в час) гигиеничные, бесшумные и простые по конструкции паровые увлажнители заметно уступают на рынке менее энергоемким (40–70 Вт на 1 кг влаги в час) аппаратам распылительного типа. Кроме того, у последних процесс испарения сопровождается адиабатическим охлаждением воздуха. В отдельных случаях это позволяет одновременно с увлажнением проводить ассимиляцию теплоизбытков без использования искусственного холода.

В современных распылительных аппаратах, работающих на основе гидравлических форсунок и вращающихся дисков, размер образующихся капель составляет 10–100 мкм, из которых до 90 % испаряется в пределах камеры орошения. Лишь незначительная часть наиболее крупных капель осаждается в поддоне, а мелкие капли, не успевшие испариться в камере, задерживаются в каплеуловителе.

Эффективность увлажнения в аппаратах распылительного типа существенно зависит от возможности регулирования тонкости и качества распыления, под которым понимают степень дисперсности факела капель. Наиболее высокие показатели монодисперсности имеют дисковые вращающиеся распылители. При разных соотношениях расхода и скорости вращения механизм каплеобразования и степень монодисперсности у них различны (рис. 1).

Рисунок 1. Режимы распыливания вращающимися гладкими дисками: а) режим жидкого валика; б) струйный; в) пленочный

При малых расходах (до 0,1 л/ч) и небольшой скорости вращения (до 1 000 об/мин) распыление с кромки диска происходит в виде крупных «основных» монокапель (рис. 1а). Из-за низкой производительности этот режим практически не используется.

С увеличением скорости до 3 000 об/мин с кромки диска вытягиваются длинные струи, распадающиеся на более мелкие «вторичные» капли приблизительно одинакового размера (рис. 1б). Струйный режим более производителен (до 1,0 л/ч), но очень неустойчив. При ухудшении динамической балансировки (например, в результате известковых отложений), при нарушении сплошности течения по поверхности диска, при воздействии обдувающего потока воздуха и т. п. происходит срыв воды в виде пленки, разрушающейся на полидисперсную систему капель (рис. 1в).

По указанным причинам диапазон устойчивой работы дисков очень небольшой. Узок и капельный факел, что уменьшает время контакта воды с обрабатываемым воздухом. Увеличение количества дисков на оси электродвигателя увеличивает объемность факела и время контакта, но при этом существенно растет и стоимость увлажнителя.

Механизм каплеобразования у гидравлических форсунок высокого давления основан на нерегулярном распаде пленки воды, формирующейся на выходе из сопла диаметром 0,15–0,2 мм. При этом образуется крайне полидисперсная система капель с большим содержанием крупных фракций (рис. 2). Регулирование производительности увлажнительной установки обычно достигается изменением количества попеременно включаемых форсунок и требует затрат на блок управления.

Рисунок 2. Картина разрушения водяной пленки на выходе из форсунки и формирование зон с пересечением факелов в камере орошения

Получаемый на выходе из форсунок факел имеет форму полого конуса. При совместной работе нескольких распылителей неизбежно происходит пересечение факелов и столкновение капель друг с другом. В результате еще больше увеличивается полидисперсность распыла, в контактной камере образуются зоны с неодинаковыми показателями степени орошения. Все это дополнительно усложняет регулирование процесса увлажнения и снижает его эффективность.

Эксплуатация современных форсунок с малым размером сопла, подчас изготовленного с использованием лазерных технологий, требует применения деминерализованной воды для избежания его закупоривания солевыми отложениями.

Стоимость форсунок высокого давления и арматуры для подачи воды также высока. Это во многом объясняется требуемой прочностью всех элементов системы высокого давления. Несмотря на применение высокопрочных материалов, форсунки и различного рода управляющие элементы (клапаны, вентили и т. п.) часто изнашиваются и в процессе эксплуатации требуют замены. Запасные части стоят дорого. Монтаж систем высокого давления также дорог.