Утилизация вторичных энергоресурсов при использовании абсорбционных трансформаторов тепла



Рисунок 2.6 Двухступенчатая абсорбционная холодильная машина.

I, XI- абсорберы; II, XII - насосы раствора; III, XIII - регулирующие вентили раствора; IV, XIV- теплообменники раствора; V,XV - генераторы; VI - конденсатор, VII, IX - регулирующие вентили хладагента; VIII - отделитель жидкости; X - испаритель.

Схема абсорбционной холодильной машины с материальной регенерацией показана на рис.2.7. В ней происходит многократное дросселирование слабого раствора на пути от генератора до абсорбера сначала до промежуточных давлений, а затем до давления кипения, а также многоступенчатое нагнетание крепкого раствора на пути от абсорбера до генератора. Образовавшийся при дросселировании пар отделяется от слабого раствора в жидкоотделителях и поглощается в концентраторах крепким раствором. Таким образом, при многократном дросселировании концентрация слабого раствора понижается, а концентрация крепкого раствора по мере повышения давления возрастает. Такая материальная регенерация приводит к расширению зоны дегазации раствора и возможности осуществления прямого совмещенного цикла при более низкой температуре греющего источника.



Рис.2.7 Абсорбционная холодильная машина с материальной регенерацией.

I - абсорбер; II, III - насосы раствора; IV, VII - регулирующие вентили раствора; V - отделитель жидкости; VI - конденсатор; VIII - теплообменник растворов; IX - генератор; X - конденсатор; XI - регулирующий вентиль хладагента; XII - испаритель.

Расширить зону дегазации можно также включением в схему одноступенчатой машины поджимающего компрессора, который устанавливается на паровой линии либо между испарителем и абсорбером, либо между генератором и конденсатором [7].

Осуществление прямого цикла при низкой температуре греющего источника возможно также применением схемы машины со ступенчатым абсорбером. В отличие от обычной абсорбционной холодильной машины в абсорбционно - резорбционной машине конденсатор заменен абсорбером, а испаритель - генератором низкого давления.



Рис.2.8 Абсорбционная холодильная машина со ступенчатым абсорбером.

I,VI - абсорберы; II - регулирующий вентиль раствора; III - теплообменник; IV - генератор; V - конденсатор; VII, X - регулирующие вентили хладагента; VIII - отделитель жидкости; IX, XII - насосы раствора; XI - испаритель.

Положительным качеством одноступенчатых абсорбционно- резорбционных машин является возможность использования более низких температур греющего источника, более низких давлений в резорбере и генераторе и возможность большего, по сравнению с конденсатором, подогрева воды в резорбере.

Большими возможностями располагает двухступенчатая абсорбиионно- резорбционная машина. В ней холод получается на двух температурных уровнях: в испарителе и дегазаторе, причем в последнем температура кипения определяется концентрацией кипящего раствора и может меняться в широком Диапазоне [7].



2.2 Применение абсорбционних холодильных машин в качестве тепловых насосов

Значительной выгоды можно ожидать при использовании в качестве тепловых насосов АБХМ.

Режим абсорбционного теплового насоса (АТН) характеризуется отводом теплоты абсорбции на уровне температур более высоком , чем окружающая среда. При этом АТН может осуществлять трансформацию теплоты на более низкий температурный уровень (понижающий АТН) или более высокий температурный уровень (повышающей АТН).

Энергетической характеристикой АТН служит его отопительный коэффициент (коэффициент трансформации), представляющий собой отношение теплопроизводительности к количеству теплоты, израсходованной в процессе работы.

Рис.2.9 Схема АТН.

,, - температуры греющей среды, отводимой теплоты, источника низкопотенциальной теплоты;1-генератор,2-конденсатор,3-испаритель,4-абсорбер,5-теплообменник.

Если > > - понижающий ТН; если < > - повышающий ТН.

Теплопроизводительность понижающего АТН составляют нагрузки абсорбера и конденсатора , которые отводятся при температуре более низкой,чем расходуемая теплота греющего источника [12].

Применение понижающего АТН связано с необходимостью использования в качестве греющей среды высокотемпературного источника теплоты(пар давления =0,6-0,8 МПа, горячая воды =160-180^оС). В этом случае на единицу затраченной высокопотенциальной теплоты приходится большее количество теплоты меньшего потенциала:

, (2.7)

где , , - тепловые нагрузки на конденсатор, абсорбер и генератор соответственно, - тепловой коэффициент.

Коэффициент трансформации понижающего АТН может быть представлен в виде:

, (2.8)

где , , - соответственно температуры высокопотенциального источника, средняя температура нагрева воды в абсорбере и конденсаторе, температура окружающей среды, з_д - степень термодинамического совершенства (общий эксергитический КПД).

В режиме понижающего трансформатора вода последовательно подогревается в абсорбере и конденсаторе от 40^оС до 70 ^оС и пользуется для отопления и горячего водоснабжения. Источниками низкопотенциальной теплоты может быть оборотная воды предприятий, которая подается в испаритель, где охлаждается от 35 ^оС до 25 ^оС [13].

Действительные процесс понижающего абсорбционного бромистолитиевого термотрансформатора (АБТ) осуществляются таким же образом, как и АБХМ [7].

В пределах температур кипения в испарителе 25…30 ^оС и конденсации 60 ^оС коэффициент трансформации равен 1,6-1,7.

Второй тип АТН - повышающий термотрансформатор, представляет собой абсорбционную холодильную систему, в которой давление в конденсаторе ниже давления в испарителе. Для осуществления режима повышающего трансформатора требуется источник низкой температуры (4-18 ^оС), который позволяет бы получить низкую температуру конденсации. В этом случае источником греющей среды для выпаривания раствора в генераторе может быть низкопотенциального бросовая теплота- горячая воды =50-70 ^оС. Теплота того же источника подводится в испаритель, что позволяет получить высокое давление и температуру в абсорбере и отвести теплоту абсорбции при =70-90 ^оС[13].

Коэффициент преобразования (трансформации)

(2.9)

где - тепловая нагрузка на испаритель.

Следует отметить, что повышающий термотрансформатор имеет тем больший коэффициент преобразования, чем ниже температура окружающей среды, т.е произведет тем больше теплоты для нужд отопления ,чем ниже эта температура. В абсорбционном бромистолитиевом повышающем термотрансформаторе коэффициент трансформации выше, чем в водоаммиачном. К недостатку бромистолитиевого повышающего термотрансформатора следует отнести невозможность осуществления процессов конденсации при отрицательных температурах [7].

АБХМ, предназначенный для хладо- и теплоснабжения промышленных предприятий, получили широкое применение в нефтехимии, электронной промышленности и на АЭС. Эти машины могут быть использованы для работы в холодильном режиме (ХМ) и в режиме ТН. Они являются экологически чистым оборудованием и позволяют получить существенную экономию топливно-энергитических ресурсов. Значительное энергосбережение достигается в результате использования вторичных тепловых ресурсов. В этом случае полностью экономится топливо ,которое затрачивалось бы для выработки электрической энергии на привод компрессора компрессионных холодильных машин. Наиболее широкое применение получили АБХМ холодопроизолительностью 1000кВт и 3000кВт. В мировой практике широко распространены ТН для теплоснабжения. На базе холодильной машин АБХМ-1000 и АБХМ-3000 разработаны термотрансформаторы, предназначенные для получения теплоты:

- более низкого температурного уровня относительно греющего источника (понижающий термотрансформатор с коэффициентом трансформации 1,65);

- более высокого температурного уровня относительно греющего источника (повышающий термотрансформатор с коэффициентом трансформации 0,5);

- двух различных уровней при комплексной выработке охлажденной и горячей воды (термотрансформатор для холодоснабжения).

2.3 Особенности абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин

В домашних холодильниках и кондиционерах широко используются безнасосный абсорбционные холодильные машины малой холодопроизводительности. Основной особенностью этих машин является отсутствие насоса для подачи раствора из абсорбера в генератор. Это делает машины более надежными в эксплуатации и долговечными. Различают два типа безнасосных машин: периодического и непрерывного действия. В свою очередь машины периодического действия могут быть с жидким или твердым абсорбентом.

Машины непрерывного действия применятся в основном в бытовых холодильниках. Они бесшумны в работе, надежны в эксплуатации. Широкое применение получили водоаммиачные и бромистолитиевые безнасосные машины непрерывного действия. Холодильная машина для создания микроклимата в жилых зданиях типа "коттедж", небольших складах и производственных помещениях должна обладать высокой надежностью, экономичностью, простой в эксплуатации и, по возможности, не требовать высококвалифицированного обслуживания. Такими качествами обладает безнасосная абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина(АБХМ). Холодопроизводительность таких машин невелика и составляет 5…10 кВт. В холодное время эти машины могут служить для подогрева воздуха, работая в режимах понижающего термотрансформатора или калорифера [11]. Для обогрева АБХМ обычно применяется природный газ.

Рис.2.10 Схема реальной абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины



Рис.2.11 Процесс работы АБХМ в h-о-диаграмме.

I-конденсатор,II-генератор,III-испаритель,IV-абсорбер,V-регенеративный теплообменник,VI-насос рециркулируемой воды,VII-насос смешанного раствора,VIII-насос слабого раствора

На рис.2.10 показана принципиальная схема АБХМ, широко используемой в СКВ, и на рис 2.11 процесс ее работы в h-о-диаграмме.

1-2-7-5-4-8-9-10-2-процесс работы схемы с генератором затопленного типа.

1-2-7-11-4-8-12-2- процесс работы схемы с генератором оросительного типа.

Принцип работы АБХМ с генератором затопленного типа.

За счет тепла технологической воды (хладоносителя), поступающей в трубное пространство испарителя III, в межтрубном пространстве кипит холодильный агент (точка 1) при остаточном давлении ( ? 5-8 мм.рт.ст.).

Водяные пары проходят через жалюзийную решетку, где отбивается капельная влага, и в состоянии поступает в межтрубное пространство абсорбера IV. В блоке абсорбер - испаритель из-за высокого значения удельного объема пара скорость его движения значительна (?40-50 мм.рт.ст), вследствие чего необходимо учитывать суммарные гидравлические сопротивления на всех участках движения пара из испарителя в абсорбер, и давление в абсорбере:В абсорбере раствор абсорбирует водяные пары и приближается к своему равновесному состоянию. В результате конечной скорости процесса абсорбции, ограниченных поверхностей и времени контакта пара и абсорбера возможно недосыщение раствора в абсорбере . В процессе абсорбции выделяется тепло, которое отводится охлаждающей водой, протекающей в трубном пространстве аппарата.

Количество раствора, поступающего на абсорбцию недостаточно для создания необходимой плотности орошения поверхности и отвода тепла абсорбции. Поэтому часть отработавшего слабого раствора из емкости абсорбера подмешивается крепкому раствору насосом VII и смесь промежуточной концентрации распыляется форсунками над поверхностью абсорбера.

Слабый раствор в состоянии 2 из абсорбера направляется через теплообменник V, где нагревается встречным потомком горячего крепкого раствора до состояния 7, в генератор II. За счет тепла греющей среды(горячая вода или пар) раствор подогревается до состояния 5 и кипит при остаточном давлении (?35-55 мм.рт.ст.),которое определяется температурой охлаждающей воды, направленной в конденсатор I.В генераторе II процесс кипения идет при переменном давлении, вследствие чего наблюдается недовыпаривание раствора на (где -концентрация бромистого лития при протекании процесса при постоянном давлении, - концентрация бромистого лития при протекании действительного процесса).

В связи с большой разностью температур кипения воды и соли бромистого лития из раствора выпариваются практически чистые водные пары, что исключает необходимость их ректификации. Через жалюзийную решетку, ограждающего паровое пространство генератора, пары в состоянии 3^, поступают в конденсатор I, давление в котором . Тепло конденсатора отводится охлаждающей водой, а конденсат по гидрозатвору сливается в испаритель (точка 3).

Объема конденсата недостаточно, чтобы обеспечить необходимую плотность орошения трубного пучка оросительного испарителя. В связи с этим вводится рециркуляция жидкости через испаритель III: из емкости испарителя рецируляционным насосом VI жидкий холодильный агент подается к форсункам и распыляется над поверхностью теплообмена.

Горячий крепкий раствор с концентрацией , полученный после отгона водяных паров, выходящих из генератора II в состоянии 4, направляется в абсорбер через регенеративный теплообменник V. В теплообменнике горячий крепкий раствор охлаждается до состоянии 8 холодным слабым раствором [9,6].

Удельные тепловые потоки в аппаратах АБХМ таковы:

В испарителе: (2.10)

в конденсаторе: (2.11)

в абсорбере: (2.12)

в генераторе: , (2.13)

где (2.14)

тепловой коэффициент машины (2.15)

Рабочим агентом в этих установках служит вода, а абсорбентом -бромистый литий Br-Li [10]. Такие установки применятся обычно для охлаждения воздуха в области температур от 0 до 9-10 ^оС за счет использования в качестве источников энергии пара давлением 0,11-0,13 МПа или перегретой воды с температурой 85-130^оС.

Цикл АБХМ ограничен максимальной концентрацией крепкого раствора бромистого лития 64,5%. При охлаждении водой температурой 30-32 ^оС эта концентрация достигается при относительно низких параметрах греющей среды становится выше указанных значений, необратимые потери в генераторе в процессе теплообмена увеличиваются [3].

В холодильном режиме осуществляется охлаждение воды до 6…7 ^оС в результате использования низкопотенциальной теплоты пара p=0,15 МПа или горячей воды с t=90-120 ^оС либо высокопотенциальной теплоты пара p=0,70,8 МПа или природного газа при газовом обогреве [13].

Преимуществами АБХМ являются: пожаровзрывобезопасность, нетаксичность рабочих тел, надежность, стабильность в работе, бесшумность, широкий диапазон регулирования производительности, достаточно высокие энергетические показатели.

Для увеличения срока службы АБХМ в раствору Br-Li добавляются ингибиторы - литий хромоволокнистый чистый ( Li₂CrO₄) гидроокись лития (LiOH),которые препятствуют процессу коррозии во время работы аппарата [9].

На основе 30-летнего опыта производства создано новое поколение машин повышенной надежности и коррозионностойкости материалов. Конструкционный материал теплообменных поверхностей абсорбера, испарителя и конденсатора - тонкостенная медная трубка.



3. Оценка эффективности работы абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин

Для оценки эффективности работы абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины рассмотрим АБХМ-1000.

Для расчетов выбрана АБХМ-1000[1].

Показатели машины:

Холодопроизводительность………..1163 кДж/с

Температура испарения…………….........7^оС

Температура охлаждающей воды……………….20 ^оС

Расход греющей воды…………….80м³/ч

Температура греющей воды………….100 ^оС

Расход охлаждающей воды………….250м³/ч

Расход греющего пара…………..2,8т/ч

Холодильный коэффициент………………….0,7

Завод изготовитель………Пензенский завод химического машиностроения.

3.1 Расчет действительных циклов абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины

Расчет тепловых потоков бромистолитиевой абсорбционной холодильной машины с учетом основных необратимых потерь термодинамических процессов.

Схема машины- с генератором затопленного типа и рециркуляцией воды через испаритель и рециркуляцией слабого раствора через абсорбер. Подача охлаждающей воды в абсорбер и конденсатор последовательная : сначала в абсорбер, а затем в конденсатор.

Исходные данный:

Температура воды, ^оС:

Греющей =100

Охлаждающей =20

Охлажденной =7

Принятые значения температур и давлений следующие.Высшая температура в конце процесса кипения раствора в генераторе:

_, (3.1)

=10-20 ^оС зависит от типа генератора [2],принимаем =20 ^оС.

=100-20=80 ^оС.

Температура конденсации при условии параллельной подачи воды в абсорбер и конденсатор:

(3.2)

Разность температур =8-10 ^оС [2], принимаем =8 ^оС, подогрев воды в абсорбере принимаем =5 ^оС [2],тогда температура конденсации составит :

=20+5+8=33 ^оС.

Давление конденсации определяют с помощью диаграммы (рис. 3.1.) при о=0, =33 ^оС: =40 мм.рт.ст.

Так как давление конденсации пара рабочего тела значительно выше давления его кипения, удельный объем пара в конденсаторе при данных условиях почти в шесть раз ниже удельного объема пара в испарителе. В связи с этим в блоке генератор- конденсатор скорость движения пара из генератора в конденсатор будет низкой и гидравлическими сопротивлениями прохождению пара между указанными аппаратами можно пренебречь УД=0 и принять давление кипения раствора p_h равным давлению конденсации пара , т.е. = =40 мм.рт.ст.

Низшая температура раствора в конце процесса абсорбции:

(3.3)

Разность температур принимается в пределах 8-15 ^оС [2], принимаем =8 ^оС. Тогда:

=20+8=28 ^оС

Температура кипения воды в испарителе:

(3.4)

Разность температур принимаем в пределах 2-5 ^оС [2],принимаем =3 ^оС. Тогда:

=7-3=4 ^оС.

Давление кипения воды в испарителе (при о=0, =4 ^оС) по рис.3.1.

=6 мм.рт.ст.

Суммарные гидравлические сопротивления прохождению газа из испарителя в абсорбер по опытным данным величина УДр достигает в промышленных типах машин примерно 1 мм.рт.ст. Тогда давление пара в абсорбере составит:



- УДр=6-1=5 мм.рт.ст.

Теоретическое значения концентрацией слабого раствора и крепкого раствора:

=56%,

=62%.

По опытным данным в генераторах затопленного типа недовыпаривание крепкого раствора составляет 2,5-3,5% [2]. Принимаем =2,5%.

Действительная концентрация крепкого раствора :

(3.5)

=62-2,5=59,5%

Действительная концентрация крепкого раствора из-за опасности его кристаллизации в аппаратах, трубопроводах и других элементах не должна превышать 64,5%. Это условие соблюдается, т.е ? 64,5%. Если >64,5%, то необходимо изменить температуру крепкого раствора или давления его кипения путем увеличения соответственно величины Д или температуры конденсации. Можно одновременно изменять и до тех пор, пока не будет выполнено условие < 64,5%.

Действительная концентрация слабого раствора в абсорбере выше теоретического значения концентрации на величину недосыщения раствора . Величина зависит от параметров машины и может изменятся в пределах 0,5-2,5%,принимаем =1,5%. Тогда:



(3.6)

=56+1,5=57,5%

При наличии конечной разности температура на "холодной" стороне теплообменника температура крепкого раствора на выходе из него:

(3.7)

Разность температур принимается в пределах температур 15-20 ^оС [2]. Принимаем =15 ^оС. Тогда:

=28+15=43 ^оC.

Параметры узловых точек циклов приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Параметры узловых точек

Состоящие вещества	t, оC	P, мм.рт.ст.	,%	,кДж/кг
Жидкость Вода после конденсатора Раствор: крепкий после генератора слабый после абсорбера крепкий после теплообменника Вода в испарителе	=33 =80 =28 =43 =4	=40 =40 =5 =40 =6	=0 =59,5 =57.5 =59,5 =0	=552 =341 =248 =270 =435
Пар После испарителя	=4	=6	=0	=2915

Кратность циркуляции раствора по (2.14):



=59,5/(59,5-57,5)=29,75 кг/кг.

Теплота теплообменника:

(3.8)

=(29,75-1)*(341-270)=2041,25 кДж/кг.

Энтальпия слабого раствора после теплообменника:

(3.9)

=248+2041,25/29,75=316,61 кДж/кг.

При =316,61 кДж/кг и =57,5% температура слабого раствора =65 ^оC.

В связи с тем что слабый раствор на входе в генератор недогрет до состояния равновесия, в оросительном генераторе с момента распыления и форсунках он абсорбирует пар, вследствие чего концентрация раствора снижается, а температура его повышается практически до равновесного значения. Процесс 7-5 -абсорбция пара, а процесс 5-4-кипение раствора в генераторе затопленного типа.

Температуру находим по диаграмме (рис. 3.1.) по известным давлении =40 мм.рт.ст. и =57,5%: =68 ^оC.

Средняя температура раствора, кипящего в генераторе:

(3.10)

=(80+68)/2=74 ^оC.



Концентрация раствора, соответствующая температуре =74 ^оC(точка 6): =58%.

Энтальпия перегретого пара на выходе из генератора определяется по h-о диаграмме при известных =40 мм.рт.ст. и =58%:

=3060 кДж/кг.

Теплота генератора определяется по (2.13):

=3060+(29,75-1)*341-29,75*316,61=3444.6 кДж/кг.

Теплота испарителя определяется по (2.10):

=2915-552=2363 кДж/кг.

Теплота конденсатора) определяется по (2.11:

=3060-552=2508 кДж/кг.

Теплота абсорбера) определяется по (2.12:

=2915+(29,75-1)*270-29,75*248=3299,5 кДж/кг.

Теплота подведения :



(3.11)

=3444,6+2363=5807,6 кДж/кг.

Теплота отведения :

(3.12)

=2508+3299,5=5807,5 кДж/кг

Тепловой баланс:

5807,6?5807,5 кДж/кг.

Тепловой коэффициент определяется по (2.15):

=2364/3444,6=0,686.



Рис.3.1. h-о диаграмма для раствора вода- бромистый литий.

3.2 Расчет абсорбционного понижающего термотрансформатора

Расчет тепловых потоков абсорбционного бромистолитиевого понижающего термотрансформатора с учетом основных необратимых потерь термодинамических процессов. Определение температуры горячей воды на выходе из конденсатора.

Схема термотрансформатора - с генератором затопленного типа, с рециркуляцией слабого раствора и воды соответственно через абсорбер и испаритель; подача нагреваемой воды последовательная : сначала в абсорбер, а затем в конденсатор.

Исходные данные:

Температура источника, ^оC:

Греющего (сухого насыщенного пара), подаваемого в генератор: =100

Охлаждаемого (воды), подаваемого в испаритель (от источника низкопотенциальной теплоты: =35

Высшая температура в конце процесса кипения раствора в генераторе определяется по (3.1):

.

Принимаем =20 ^оC,тогда:

=100-20=80 ^оC.

Температура кипения воды в испарителе по (3.4):

.

Величину принимают в пределах 8-10 ^оC,возьмем =8 ^оC. Тогда:

=35-8=27 ^оC.

Давление кипения воды в испарителе определяем по диаграмме (рис.3.2.) при о=0 и =27 ^оC: =28 мм.рт.ст. Из-за достаточно высокого давления кипения воды в испарителе гидравлическими сопротивлениями прохождению пара из абсорбера в испаритель можно пренебречь. Тогда давление пара в абсорбере =28 мм.рт.ст. На основании указанного можно принять давление p_h кипения раствора в генераторе равным давлению конденсатора , т.е . Подогрев воды в абсорбере принимаем равным =5 ^оC, а в конденсаторе из-за меньшей его тепловой нагрузки, =4 ^оC [2]. Суммарный нагрев воды в абсорбере и конденсаторе:



(3.13)

=5+4=9 ^оC

Температура воды, нагретой в абсорбере:

^оC (3.14)

Температура слабого раствора на выходе из абсорбера:

, (3.15)

а воды на входе в абсорбер:

(3.16)

Величина принимается в пределах 8-15 ^оC, возьмем =8 ^оC. Тогда:

^оC.

Температура воды на входе в конденсатор при последовательной ее подаче через абсорбер и конденсатор и неизменном расходе будет равна температуре воды на выходе из абсорбера, т.е.

(3.17)

Температура конденсации пара в конденсаторе:



(3.18)

Величину принимают в пределах 8-10 ^оC, возьмем =8^оC. Тогда температура конденсации согласно формулам (3.17)и (3.18):

^оC

На основании опытных данных недосыщение и недовыпаривание раствора соответственно в абсорбере и генераторе (затопленного типа) ниже, чем в абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины, и составляют =0,5-0,8%, =1-1,5%. В расчете принимаем:

=0,8%,

=1,5%.

Тогда согласно формулам (3.5) и (3.6):

,

.

Дальнейший расчет осуществляем в следующей последовательности:

задаемся температурой слабого раствора на выходе из абсорбера, причем начальное значение обычно принимается выше на 5-10 ^оC. Принимаем :

=35+10=45^оC.

По =28 мм.рт.ст. и =45 ^оC определяем концентрацию (рис. 3.2.):



=46,2%,

=46,2+0,8=47%.

Температура конденсации:

=45+5=50 ^оC.

Соответствующее температуре давление конденсации:

=95 мм.рт.ст.

=95 мм.рт.ст.

По =95 мм.рт.ст. и =80 ^оC определяем концентрацию :

=52,7%

=52,7-1,5=51,2%

Зона дегазации раствора :

(3.19)

=51,2-47=4,2%

Так как зона дегазации не превышает 3-5%, то значение остается тем же, если бы зона дегазации превышала допустимое значение , то пришлось бы изменять до допустимого значения дегазации 3-5% .

Таблица 3.2. Результаты расчета.

Параметр	Единицы измерения	Величина
	оC	27
	оC	80
	мм.рт.ст.	28
	оC	45
	%	46,2
	%	47
	оC	50
	мм.рт.ст.	95
	%	52,7
	%	51,2
	%	4,2

На основании результатов расчетов для дальнейшего рассмотрения принимаем режим работы трансформатора с температурой конденсации =50 ^оC и зоной дегазации =4,2%. При таких значениях и До циркуляция раствора в цикле является сравнительно небольшой при достаточно высоком значении ,а следовательно и . Температура крепкого раствора на выходе из теплообменника:

(3.20)

=45+15=60 ^оC.

Параметры узловых точек понижающего трансформатора приведены в табл.3.3.

Таблица 3.3. Параметры узловых точек.

Состояние вещества	, оC	,мм.рт.ст.	,%	,кДж/кг
Жидкость: Вода после конденсатора	=50	=95	=0	=630
Раствор: Крепкий раствор после генератора	=80	=95	=51,2	=355
Слабый раствор после абсорбера	=45	=28	=47	=295
Крепкий раствор после теплообменника	=60	-	=51,2	=310
Вода в испарителе	=27	=28	=0	=540
Пар после испарителя	=27	=28	=0	=2976

Кратность циркуляции раствора по (2.14):



=51.2/(51.2-47)=12.19 кг/кг.

Теплота теплообменника определяется по (3.8):

=(12.19-1)*(355-310)=503.55 кДж/кг.

Энтальпия слабого раствора на выходе из теплообменника по (3.9):

=295+503.55/12.19=336.3 кДж/кг.

При=336.3 кДж/кг и =47% температура слабого раствора: =62 ^оC.

В начале процесса кипения в генераторе при =47% и =95 мм.рт.ст. температура слабого раствора : =69 ^оC.

Средняя температура раствора в генераторе определяем по (3.10):

=(80+69)/2=74,5 ^оC.

Концентрация раствора в генераторе, соответствующая температуре (точка 6), =50%. Энтальпия перегретого пара на выходе из генератора (при известных и ) 3065 кДж/кг.

Концентрация смешанного раствора :



=47+1=48%.

Теплота генератора по (2.13):

=3065+(12.19-1)*355-12.19*336.5=2935.514 кДж/кг.

Теплота испарителя по (2.10):

=2976-630=2346 кДж/кг.

Теплота конденсатора по (2.11) :

=3065-630=2435 кДж/кг.

Теплота абсорбера по (2.12) :

=2976+(12,19-1)*310-12,19*295=2848,85 кДж/кг.

Теплота подведения :

=2935,514 +2346=5281,5 кДж/кг.



Теплота отведения :

=2435+2848,85=5283,35 кДж/кг.

Тепловой баланс:

5281,5 кДж/кг?5283,35 кДж/кг.

Коэффициент трансформации высокопотенциальной теплоты:

(3.22)

=(2848.85+2435)/2935.514 =1.799.

Температура нагреваемой воды на входе в абсорбер по (3.16):

=45-8=37 ^оC.

Температура нагретой воды на выходе из абсорбера и входе ее в конденсатор:

(3.23)

=37+5=42 ^оC.

^оC.



Температура нагретой воды на выходе из конденсатора при одинаковом расходе воды через абсорбер и конденсатор:

^оC

Рис.3.2. h-о диаграмма для раствора вода- бромистый литий.



3.3 Расчет экономии топлива в абсорбционном тепловом насосе по сравнению с котельной

Определение экономии топлива при использовании теплонаносной установки для отопления вместо котельной.

Количество топлива, необходимое для котельной для теплопроизводительности Q[3]:

(3.25)

Где - теплопроизводительность котельной; -тепловая способность топлвиа; - коэффициент использования топлива, для котельной равняет КПД котельной.

Количество топлива, необходимое для АТН, для теплопроизводительности :

, (3.26)

Где --теплопроизводительность АТН, - коэффициент использования топлива АТН,

_, (3.27)

где М_АТН- коэффициент трансформации АТН.

Для АТН рассмотренной в пункте 3.2. М_АТН=1.799.

Относительная экономия топлива( по сравнению с котельной )



(3.28)

(3.29)

=1-1/1,799=0,444

Удельная экономия условного топлива

(3.30)

=29.308 МДж/кг - тепловая способность условного топлива [8].

=0.444/29.308=15.149 кг у.т/ГДж. Т.о при использовании АБХМ в качестве теплового насоса получаем экономию условного топлива =15.149 кг у.т/ГДж по сравнению с кательной.



4. Экологические аспекты применения абсорбционных холодильных машин

Проблемы энергосбережения в настоящее время имеют важное значение в первую очередь в связи с ограниченностью природных ресурсов, неравномерным их распределением, а так же в связи с все возрастающим техногенным загрязнением окружающей среды, частью которого являются тепловые сбросы холодильных машин.

Уменьшение вредного влияния на окружающую среду может быть достигнуто повышением эффективности холодильных систем как при их создании так и а процессе эксплуатации.

В области холодильной техники к энергосберегающим системам относятся теплоиспользующие абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы.

Абсорбционные холодильные машины работают, потребляя энергию виде теплоты, причем в ряде случаев используются так называемые вторичные тепловые ресурсы, такие, как тепловые сбросы ТЭЦ, тепловые отходы химических предприятий и др. При выработке холода абсорбционными холодильными машинами, работающими с использованием вторичных энергоресурсов полностью сберегается тепло, которое в противном случае было бы затрачено на производство электроэнергии, необходимо для привода электродвигателей компрессоров.

Одним из назначений абсорбционной холодильной машины при этом является получение холодной воды в режиме кондиционирования воздуха.

Анализ работы компрессионной и абсорбционной холодильных машин показал, что в данных условиях абсорбционная холодильная машина работе более эффективно.

Эксплуатационные показатели абсорбционной холодильной машины, связанные с надежностью и уровнем автоматизации выше, чем у компрессионной , т.к. надежность компрессионной холодильной машины в значительной степени определяется надежностью механического компрессора. Степень отрицательного влияния абсорбционной холодильной машины на окружающую среду выявляется в результате анализа факторов, оказывающих вредное воздействие на природу со стороны холодильной техники в целом. К числу этих факторов относятся: тепловые сбросы, шум и вибрация, загрязнение воды, утечки холодильного агента и масла. Рассмотрим эти факторы подробнее.

Тепловые сбросы - это тепло, которое, по второму закону термодинамики, отводится в конденсаторе холодильной машины, причем та часть тепла конденсации , которая связана с затратами энергии на сжатие холодильного агента, составляет долю техногенной теплоты, поступающей в биосферу. При строгом экологическом анализе требуется решать оптимизационную задачу с учетом таких факторов, как уменьшение теплового сброса за счет сокращения разности температур в аппаратах, но при одновременном увеличении тепловых сбросов при изготовлении холодильных машин большой материалоемкости; улучшение качества теплоизоляции охлаждаемых объектов, но при увеличении ее стоимости. Дальнейшее совершенствование абсорбционных холодильных машин, обеспечение возможности их работы от источников теплоты всё более низкого потенциала может в перспективе привести к значительному снижению теплового загрязнения окружающей среды[14].

Шум и вибрация- распространение в окружающую среду механических колебаний, возникающих при работе холодильной машины. С энергетической точки зрения вибрация и шум переходят в конце концов в теплоту ,и, хотя это тепло крайне незначительно, виброшумовые загрязнения окружающей среды нельзя исключать из числа факторов, вредно влияющих на организм человека. Исходя из принципа, заложенного в основу работы абсорбционной холодильной машины, можно утверждать, что она обладает наиболее благоприятными виброаккустическим характеристиками.

Загрязнение воды -фактор, связанный с прямоточным водоснабжением, которое еще находит применение ввиду наименьшей стоимости, однако ведет к ухудшению качества воды . на практике в подавляющем большинстве случаев осуществление мероприятий , позволяющих пользоваться водой для охлаждения элементов холодильной машины без ухудшения ее качества, требует больших экономических затрат. При возрастании ценности водных ресурсов в дальнейшем эти экономические затраты будут оправданы обеспечением сохранности потребительских свойств воды. Утечки холодильного агента и смазочного масла при правильном исполнении и грамотной эксплуатации холодильной установки могут быть устранены, за исключением тех, которые связаны с конструктивными особенностями ее элементов. В целом загрязнение рабочими веществами окружающей среды со стороны холодильной техники невелико, особенно по сравнению с другими промышленными отраслями. Однако в настоящее время экологами серьезно ставится вопрос о попадании в атмосферу хлорсодержащих фреонов, что связано с риском уменьшения плотности жизненно важной для планеты озонового слоя в стратосфере. В соответствии со скорректированной версией Монреальского протокола с 1 января 1996г. запрещено применение озоноопасного хладогента R12. Проблема альтернативных хладогентов рассматривается не только с точки зрения озоноопасности, но и с точки зрения влияния на глобальное потепление климата. В качестве альтернативных "натуральных" хладогентов на одном из первых мест стоит аммиак для использования в холодильных установках мощностью более 20 кВт. Ожидается применение аммиака в перспективе в малых холодильных машинах для коммерческих установок, в том числе абсорбционных. Таким образом, на основании проведенного анализа можно сделать заключение , что абсорбционные холодильные машины по ряду перечисленных факторов являются более совершенными и могут быть признаны экономически и экологически перспективными.[14].



Заключение

В представленной работе рассмотрена актуальная задача выбора установки для утилизации вторичных энергоресурсов. В первой главе дана характеристика и виды основных вторичных энергоресурсов, их значение и применение на производстве. Во второй главе приведены различные схемы абсорбционных холодильных машин, направленные на повышение эффективности их использования. При выборе установки для утилизации ВЭР предпочтение отдано абсорбционной бромистолитиевой холодильной установки, как наиболее экономичной и экологически чистой установке. Помимо холодильной технике данная машина может быть использована в качестве тепловых насосов (понижающего и повышающего термотрансформатора), которые в настоящее время получили широкое применение там, где имеются дешевые источники низкопотенциальной теплоты. В третьей главе выполнен термодинамический расчет действительных процессов абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины. В результате расчета получили тепловой коэффициент, равный - достаточно высокий энергетический показатель. Так же показано эффективное применение данной машины в качестве понижающего термотрансформатора. В результате расчета тепловых потоков абсорбционного бромистолитиевого понижающего термотрансформатора определен коэффициент трансформации =1.799 и значение температуры горячей воды на выходе из конденсатора Т?46 ^оC.Показана экономия топлива при использовании абсорбционной теплонасосной установки для отопления вместо котельной. Экономия условного топлива составляет 15.149 кг у.т/ГДж по сравнению с котельной. В четвертой главе рассмотрена экологическая сторона данных установок, рассмотрено их влияние на окружающую среду и человека.



Список литературы

1.Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник / А.М. Бакластов, В.М. Бродянский, Б.П. Голубков и др.; Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат,1983.

2.Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин: учебн. пособие для вузов по специальности "Холодильные и компрессионные машины и установки"/ Е.М. Бамбушек, Е.Н. Герасимов и др.; Под общ. ред. И.А. Сакуна. Л.: Машиностроение. Ленингр.отделение,1997.

3.Быков А.В. и др. Холодильные машины и тепловые насосы( повышение эффективности) /А.В. Быков. И. М. Калнинь, А.С.Крузе. М.: Агропромиздат,1988

4.Энергосиловое оборудование промышленных предприятий: Быстрицкий Г. Ф. - М.: Издательский центр "Академия", 2003

5.Визерешвили О.Ш., Меледзе Н.В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. М.: Издательство МЭИ,1994

6.Энергосбережение: Эффективное использование низкопотенциального тепла / А. В. Дзиндзела , А. В. Сизякин,2012.

7.Холодильные машины: учебн. для вузов по специальности "Холодильные машины и установки"/ Н.Н. Кошкин, И.А. Сакун, Е.М Бабушек и др.: Под общ. ред. И.А. Сакуна. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1995.

8.Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения: Сборник задач. М.:Энергоатомиздат,1989.

9.Рекомендации по проектированию холодильных станций и установок с теплоиспользующими абсорбционными бромистолитиевыми холодильными агрегатами для холодоснабжения, систем кондиционирования и систем охлаждения теплового оборудования. Москва,1981.

10.Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергитические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов,2-е издание, перераб. М.:Энергоиздат,1981.

11.Процессы холодильных машин и установок низкопотенциальной энергетики: Межвузовский сборник научных трудов/ под ред. Проф. Л.С. Тимофеевского. Л.:ЛТИХП,2006.

12.Холодильные уствновки / Чумак И.Г., Чепурненко В.П. и др.; под ред. д-ра техн.наук,проф. И.Г.Чумака. 3-е изд. перераб. и доп. М.:Агропромиздат,1991.

13.Шмуйлов Н.Г. Энергосберегающие абсорбционные бромистолитиевые холодильные и теплонасосные машины/ Холодильная техника,1996.№1,с.8-9.

14. http://holod-prom.ru/menu_108.html

Размещено на Allbest.ru