Во время проектирования теплонасосной установки иногда возникает необходимость подобрать тепловой насос для отопительной системы с высокотемпературным графиком, например 60/45 °С. Возможность получения высоких температур позволило бы расширить сферу применения тепловых насосов. Особенно это актуально для , поскольку они подвержены влиянию температурных колебаний окружающего воздуха.
Большинство тепловых насосов способны достичь разницы температуры между низкопотенциальным источником тепла и подачей в систему отопления не более чем на 60 °С. Это означает, что при температуре окружающего воздуха -15 °С максимальная температура подачи не превышает 45 °С, для воздушного теплового насоса. Этого будет уже недостаточно для нагрева горячей воды.
Проблема заключается в том, что температура парообразного хладагента в компрессоре во время сжатия не может превышать 135 °С. В обратном случае масло, добавляемое в контур хладагента, начинает коксоваться. Это может привести к выходу из строя компрессора теплового насоса.
На диаграмме изменения давления и энтальпии (содержания энергии) видно, что максимальная температура в систему отопления не может бать больше 45 °С в случае если воздушный тепловой насос работает при температуре окружающей среды -15 °С.
Для решения этой задачи было принято простое, но в то же время очень эффективное решение. В контуре рабочей жидкости был добавлен дополнительный теплообменник и расширительный клапан (ТРВ).
Часть хладагента (от 10 до 25%), после конденсатора отбирается на дополнительный клапан ТРВ. В клапане рабочая жидкость расширяется и затем подается на дополнительный теплообменник. Данный теплообменник служит испарителем для этого хладагента. После, низкотемпературный пар впрыскивается непосредственно в компрессор. Для этого компрессор высокотемпературного теплового насоса оснащают еще одним входом. Такие компрессоры называют компрессорами с промежуточным впрыском пара «EVI» (intermediate vapour injection). Этот процесс происходит во время второй трети сжатия парообразного хладагента.
Источником тепла в дополнительном теплообменнике является оставшийся хладагент, подаваемый на основной клапан ТРВ. Это так же дает свой положительный эффект. Основной поток хладагента переохлаждается на 8-12 °С и попадает в испаритель с меньшей температурой. Это позволяет поглотить большее количество природного тепла.
Благодаря этим процессам происходит «смещение» температуры показанное на диаграмме. Тем самым есть возможность сжимать пар больше в компрессоре, достигая необходимого показателя давления и не превышая максимальную температуру 135 °С.
Несмотря на применение технологии промежуточного впрыска пара добиться температуры подачи в систему теплоснабжения выше 65 °С не предоставляется возможным в тепловых насосах данной конструкции. Максимальное давление хладагента должно быть таким, чтобы в момент начала конденсации рабочая жидкость не превысила значения температуры большее, чем критическая точка. К примеру, для часто используемого хладагента R410A эта точка равна 67 °С. В противном случае, хладагент перейдет в не стабильное состояние и не сможет «правильно» сконденсироваться.
Кроме повышения максимальной температуры, EVI технология значительно улучшает . На графике ниже показана разница в эффективности теплового насоса оснащенного технологией промежуточного впрыска пара и обычного теплового насоса. Благодаря этому свойству EVI компрессоры так же устанавливаются в тепловых насосах грунт-вода и вода-вода.
Во время проектирования системы теплоснабжения с применением теплового насоса следует отдавать предпочтение низкотемпературным отопительным графикам. Таким требованиям отвечают системы тёплых полов, теплых/холодных стен, фанкойлы и т.д. Однако в случае возникновения необходимости получения более высоких температур следует применять высокотемпературные тепловые насосы с технологией промежуточного впрыска пара EVI.
Абсорбционные тепловые насосы направляют тепловую энергию из среды с низкой температурой в среду со средней температурой с помощью высокопотенциальной энергии. Для перекачки тепла АБТН Thermax в качестве источника высокопотенциальной энергии используют водяной пар, горячую воду, выхлопные газы, топливо, геотермальную энергию или их сочетание. Такие тепловые насосы экономят около 35% тепловой энергии.
АБТН Thermax широко применяются в Европе, Скандинавии и Китае для централизованного теплоснабжения. Тепловые насосы также применяются в следующих отраслях промышленности: текстильной, пищевой, автомобильной, в производстве растительных масел и бытовой техники. По всему миру компанией Thermax установлены тепловые насосы суммарной мощностью более 100 МВт.
Абсорбционный тепловой насос на газе, абсорбционный тепловой насос на паре
Технические характеристики:
- Мощность: 0,25 – 40 МВт.
- Температура нагреваемой воды: до 90ºC.
- Высокопотенциальные источники тепла: выхлопной газ, водяной пар, горячая вода, жидкое/газообразное топливо (отдельно или совместно).
- Холодильный коэффициент: 1,65 – 1,75.
Тепловые преобразователи
В абсорбционном тепловом насосе второго типа, также известном, как тепловой преобразователь, среднепотенциальное тепло преобразуется в высокопотенциальное тепло. При помощи теплового преобразователя бросовое тепло можно утилизировать и получать высокопотенциальное тепло.
Источник тепла на входе, то есть, бросовое тепло средней температуры, подается в испаритель и генератор. Полезное тепло более высокой температуры выделяется в абсорбере. Такие тепловые преобразователи могут достичь температуры на выходе до 160ºC, как правило, с перепадом температуры до 50ºC.
Компания Thermax недавно ввела в эксплуатацию тепловой преобразователь на предприятии компании Asia Silicone в западной части Китая. Предприятие производит полимерную пленку для фотоэлементов солнечных батарей, в данном процессе используется вода с температурой 100ºC. В ходе процесса вода нагревается до 108ºC. Далее вода охлаждается до 100ºC в сухой градирне, при этом тепло выбрасывается в атмосферу. При помощи теплового преобразователя 45% располагаемого тепла преобразуется в водяной пар с давлением 4 бар, который используется в технологическом процессе.
Технические характеристики:
- Мощность: 0,5 – 10 МВт.
- Температура горячей воды: до 160ºC.
- Среднепотенциальный источник тепла: водяной пар, горячая вода, жидкое/газообразное топливо (отдельно или совместно).
- Холодильный коэффициент: 0,4 – 0,47.
Презентация по применению АБТН
А. В. Попов, Институт теплофизики СО РАН (ИТ СО РАН)
В последнее десятилетие в нашей стране наблюдается значительный интерес к тепловым насосам (ТН). Это связано, в первую очередь, с ростом цен на энергоносители и проблемами экологии. Этому способствует и зарубежный опыт.
Следует отметить, что за рубежом теплонасосная техника находит широкое применение на протяжении уже более 30 лет. В России практическое использование ТН находится в зачаточном состоянии. Такое положение с использованием ТН в России связано как с объективными, так и с субъективными причинами.
В настоящее время на рынке имеются самые различные типы ТН. У специалистов часто возникают проблемы с обоснованием применения и выбором оптимального типа ТН для конкретного объекта. В данной статье приводится укрупненная классификация наиболее распространенных типов ТН, методика анализа их эффективности, практические советы по выбору типа ТН с учетом особенностей конкретного объекта.
Основные типы и классификация ТН
Тепловым насосом называется термодинамическая система (техническое устройство), позволяющая трансформировать теплоту с низкого температурного уровня на более высокий. Данные машины предназначены преимущественно для получения горячей воды, воздуха, пригодных для отопления, горячего водоснабжения и других целей. Необходимым условием для применения ТН является наличие низкотемпературного источника теплоты, по температурным параметрам не пригодного для использования в качестве греющей среды на вышеуказанные цели.
В настоящее время определилось два основных принципиальных направления в развитии ТН:
Парокомпрессионные тепловые насосы (ПТН);
Абсорбционные тепловые насосы (АТН).
Парокомпрессионные тепловые насосы.
Существуют различные типы ПТН. По низкотемпературному источнику теплоты и нагреваемой среде ПТН подразделяются на типы: «вода-вода», «воздух-вода», «воздух-воздух», «вода-воздух». По типу используемого компрессорного оборудования на спиральные, поршневые, винтовые и турбокомпрессорные. По виду привода компрессора- на электроприводные, с приводом от двигателя внутреннего сгорания, газовой или паровой турбины.
В качестве рабочего тепла в данных машинах используются хладоны – преимущественно фторхлорсодержащие углеводороды, Т.Н. фреоны.
Конструкции и принцип работы ПТН подробно описаны в .
Абсорбционные тепловые насосы.
АТН подразделяются на два основных вида - водоамиачные и солевые. В водоамиачных машинах абсорбентом является вода, а хладагентом аммиак. В солевых машинах абсорбентом является водный раствор соли, а хладагентом вода. В мировой практике в настоящее время применяют преимущественно солевые ТН, в которых абсорбентом является водный раствор соли бромистого лития (H 2 O/LiBr) – АБТН.
В АБТН процессы переноса теплоты совершаются с помощью совмещенных прямого и обратного термодинамического циклов, в отличие от парокомпрессионных ТН, в которых рабочее тело (хладон) совершает только обратный термодинамический цикл.
По отечественной классификации абсорбционные бромистолитиевые машины подразделяются на повышающие и понижающие термотрансформаторы. В настоящей работе рассматривается понижающий термотрансформатор, как наиболее распространенный тип.
По виду потребляемой высокотемпературной теплоты АБТН подразделяются на машины:
С паровым (водяным) обогревом;
С огневым обогревом на газообразном или жидком топливе.
По термодинамическому циклу АБТН бывают с одноступенчатой или двухступенчатой схемами регенерации раствора, а также двухступенчатой абсорбцией.
Схемы, конструкции различных типов АБТН и принцип их работы приведены в работах.
Энергетическая эффективность ТН.
Парокомпрессионные и абсорбционные ТН для осуществления термодинамических циклов потребляют различные виды энергии: ПТН- механическую (электрическую), АТН- тепловую.
Для сравнения эффективности различных типов ТН необходим общий показатель. Таким показателем может быть удельный расход топлива на выработку теплоты или коэффициент его использования. Такой подход правомерен ещё и потому, что в России базовыми электростанциями являются тепловые, работающие на органическом топливе.
Энергетическая эффективность ПТН характеризуется коэффициентом преобразования энергии
где Qп – произведенная теплота;
Qк – мощность в тепловом эквиваленте, затраченная на привод компрессора.
Величина коэффициента преобразования ПТН (φ) зависит, в основном, от температур низкотемпературного источника теплоты и температуры нагреваемой среды на выходе из ТН (рис.1). Чем больше перепад температур между нагреваемой и охлаждаемой средами, тем ниже эффективность ПТН.
Рис. 1. Зависимость коэффициента преобразования φ ПТН от перепада температур между нагретой водой (t W2) и охлажденной водой (t S2).
Эффективность АБТН характеризуется коэффициентом трансформации
где Qп – количество произведенной теплоты;
Qг – количество высокотемпературной теплоты, подведенной к генератору ТН.
Реальные коэффициенты трансформации АБТН приведены на рис. 2. В зависимости от перепада температур между нагреваемой и охлаждаемой средами применяют различные типы машин: с одно - или двухступенчатой схемами регенерации раствора; с двухступенчатой схемой абсорбции
Рис. 2. Зависимость коэффициента трансформации М АБТН от перепада температур между нагретой водой (t W2) и охлажденной водой (t S2).
1 – с двухступенчатой схемой регенерации раствора (М = 2,2).
2 – с одноступенчатой схемой регенерации раствора (М = 1,7).
3 – с двухступенчатой абсорбцией (М = 1,35).
В ПТН при использовании электроэнергии на привод компрессора от тепловой электростанции удельный расход топлива (здесь и далее в тепловом эквиваленте) составит В = 1/(φ·ηэл)
где η эл – КПД электростанции с учетом потерь электроэнергии в сетях (в России ~ 0,32).
В ПТН при использовании в качестве привода компрессора двигателя внутреннего сгорания или газовой турбины с утилизацией теплоты продуктов сгорания топлива удельный расход топлива на выработку теплоты составит
В = 1/(φ · ηм + ηт)
где ηм – механический КПД привода;
ηт – тепловой КПД привода.
Удельный расход топлива на выработку теплоты в АБТН составит
В = 1/(М · η)
где η – КПД источника высокотемпературной теплоты или генератора ТН при огневом обогреве.
Удельный расход топлива на выработку теплоты в котле составит
где η – КПД котла.
Рассмотрим различные варианты автономного источника для получения горячей воды. Для сравнения возьмем котел на органическом топливе и различные варианты тепловых насосов (рис. 3).
Рис. 3. Энергетические балансы различных схем производства теплоты:
а) котел на органическом топливе;
б) ПТН с электроприводом от тепловой электростанции;
в) ПТН с приводом от ДВС или газовой турбины;
г) АБТН на газообразном или жидком топливе.
ПТН с электроприводом от тепловой электростанции при коэффициенте преобразования φ<2,6–3 по сравнению с котлом экономию топлива не дает (меньшее значение φ для котлов на твердом топливе, большее на газовом или жидком топливе). С учетом более высоких по сравнению с котлом удельных капитальных вложений на ТНУ и электрогенерирующие мощности использование ПТН с электроприводом может быть экономически оправдано (приемлемый срок окупаемости дополнительных капитальных вложений) при φ=4-5.
ПТН с приводом компрессора от двигателя внутреннего сгорания или газовой турбины при утилизации теплоты продуктов сгорания топлива и системы охлаждения двигателя дает экономию топлива уже при φ≥1,5. Однако экономическая целесообразность применения данного типа ТН должна определяться на основе технико- экономических расчётов, т.к. удельные капитальные затраты на данный тип ТН в несколько раз выше затрат на котел. Применение ПТН с низким коэффициентом преобразования приводит к неоправданно высоким срокам окупаемости капитальных вложений.
АБТН всех типов по сравнению с котлом имеют удельный расход топлива на 40 ÷ 55% ниже. Т.е. эффективность использования топлива в АБТН в 1,7-2,2 раза выше, чем в котле. При этом себестоимость производимой в АБТН теплоты на 25-30 % ниже чем в котле.
Особо следует рассмотреть эффективность использования ТН в составе ТЭЦ. В условиях существующих ТЭЦ часто возникает необходимость увеличения мощности теплофикационного отбора станции. Как правило, эту проблему решают установкой дополнительных «пиковых» котлов. Теплофикационную мощность станции можно существенным образом увеличить за счет применения ТН.
На рис. 4 показана схема применения АБТН в составе ТЭЦ. Такая схема позволяет без изменения балансов и параметров пара в турбине значительно увеличить мощность теплофикационной части станции без увеличения расхода топлива. При этом себестоимость дополнительно произведенной теплоты при существующих ценах на АБТН составляет 60-80 руб/Гкал, а срок окупаемости капитальных вложений не превышает 1-2 лет. Применение ПТН в данной схеме в любом случае будет иметь экономическую эффективность значительно ниже, чем АБТН.
Некоторые авторы, ссылаясь на зарубежный опыт, в частности Шведский, отмечают, что электроприводные ПТН применяют даже при φ<3. Действительно некоторые теплонасосные установки в Швеции и других странах Европы имеют φ≤3 и достаточно рентабельны (срок окупаемости 3-4 года). Это связано, в первую очередь, со структурой электроэнергетики данных стран. В ряде Европейских стран базовыми электрогенерирующими мощностями являются атомные и гидроэлектростанции, а значит относительно дешевая электроэнергия. Поэтому ТНУ с электроприводом в данных странах даже при φ≤3 экономически целесообразны, т. к. позволяют реально экономить дорогостоящее органическое топливо, сократить вредные выбросы в окружающую среду, экономить электроэнергию замещая, электрообогрев.
При выборе типа теплового насоса кроме энергетической и экономической эффективности следует учитывать также особенности различных типов машин (срок службы, воздействие на окружающую среду, ремонтопригоднрность, требуемая квалификация обслуживающего персонала, возможность регулирования мощности в широком диапазоне и т. д.).
С точки зрения воздействия на окружающую среду и безопасность АБТН имеют явное преимущество перед ПТН, т.к. не используют хладоны- фторхлорсодердащие углеводороды. В соответствии с Монреальским протоколм от 1987 года, фактически все хладоны, используемые в ПТН, проходят более тщательный контроль на «озонобезопасность», «парниковый эффект» и облагаются жесткими штрафами при их неправильном применении и утилизации. В АБТН все процессы протекают под вакуумом и в отличие от ПТН, они не подведомственны ГОСГОРТЕХНАДЗОРу.
АБТН имеют значительно больший срок службы, т. к. по существу являются теплообменным оборудованием, высокую ремонтопригодность, мало шумные в работе.
К преимуществам ПТН с электроприводом следует отнести простоту их энергоснабжения. На некоторых объектах это может быть определяющим фактором в их пользу.
Для успешного развития работ по ТН в России имеются все предпосылки: машиностроительная и сырьевая базы, научные и инженерные кадры, значительный объём выполненных научно- исследовательских и опытно- конструкторских работ, освоено производство многих типов ТН, имеется достаточно значимый опыт их эксплуатации, практически неисчерпаемые низкопотенциальные источники теплоты.
В тоже время следует отметить, что, как показывает зарубежный опыт, широкое применение энергосберегающих технологий может быть только при активном участии государства, заключающее, главным образом, в создание законодательных и нормативных актов, стимулирующих использование энергосберегающей техники.
Литература
1) В. Г. Горшков Тепловые насосы. Аналитический обзор //Справочник промышленного оборудования, 2004, № 2.
2) А. Г. Корольков, А.В. Попов, А. Влад. Попов Абсорбционные бромистолитиевые водоохлаждающие и водонагревательные трансформаторы теплоты //Проблемы энергосбережения № 1 (14) февраль 2003.
3) Попов А. В. , Богданов А. И., Паздников А. Г. Опыт разработки и создания абсорбционных бромистолитиевых тепловых насосов //Промышленная энергетика – 1999, № 8- с 38-43.
4) Бараненко А. В., Попов А. В., Тимофеевский Л. С., Волкова О. В. Абсорбционные бромистолитиевые преобразователи теплоты нового поколения //Холодильная техника, 2001, № 4- с18-20.
5) Попов А. В. Система охлаждения и утилизации тепла дымовых газов мусоросжигающих заводов //Очистка и обезвреживание дымовых газов на установках, сжигающих отходы и мусор. - Новосибирск, 1999 - с121-132. Журнал "Проблемы энергосбережения", август,2005г.
| скачать бесплатно Анализ эффективности различных типов тепловых насосов , Попов А. В. ,
Абсорбционные системы используют способность жидкости и солей поглощать пары рабочей жидкости. Наиболее распространенными источниками рабочего пара для абсорбционных систем являются:
Вода - рабочая жидкость и литий бромид - абсорбент;
Аммиак - рабочая жидкость и вода - абсорбент.
Схема абсорбционного теплового насоса на рис.3.6.
Газообразный рабочий агент, покидая испаритель, поглощается растворителем в абсорбере, в результате чего выделяется теплота абсорбции. Образовавшийся раствор, обогащенный рабочим агентом, подается в генератор при помощи насоса, обеспечивающего повышение давления. В генераторе происходит выпаривание рабочего агента из раствора за счет внешнего источника тепла (например, горелки на природном газе или сжиженном нефтяном газе, или за счет тепла, отходящего от другого процесса). Сочетание абсорбера и генератора действует как тепловой компрессор, обеспечивающий повышение температуры и давления. Покидая генератор под высоким давлением, рабочий агент поступает в конденсатор, где конденсируется, отдавая высокопотенциальное тепло.
Энергопотребление насоса, перекачивающего растворитель в абсорбционном тепловом насосе, существенно ниже, чем энергопотребление насоса в компрессионном тепловом насосе (энергозатраты на перекачивание жидкости ниже, чем на сжатие и перекачивание газа).
Рис. 3.6. Схема абсорбционного теплового насоса
Q с - тепло подаваемое потребителю, Q н - высокопотенциальное
тепло, Q н - низкопотенциальное тепло, Q А - тепло
подаваемое потребителю (тепло абсорбции)
При использовании рабочих веществ пара, где растворитель имеет лишь незначительное парциальное давление пара по сравнению с хладагентом, в процессе выпаривания выделяется пар хладагента высокой частоты. Однако рабочая пара веществ аммиак-вода не относится к этому случаю, поскольку вместе с паром аммиака выделяется водяной пар и поэтому требуется дополнительное подключение ректификационного устройства.
Принципиальная схема абсорбционного теплового насоса представлена на рис. 3.7.
Рис. 3.7. Принципиальная схема абсорбционного теплового насоса:
1-генератор высокого давления ГВД; 2- генератор низкого давления ГНД; 3-конденсатор; 4-испаритель; 5-абсорбер; 6-низкотемпературный теплообменник; 7-высокотемпературный теплообменник; 8- теплообменник конденсированной воды; 9-насос раствора; 10-насос холодильного агента
Эффективностью абсорбционного насоса является коэффициент преобразования или условный тепловой КПД, рассчитываемый как отношение количества тепла, получаемого потребителем, к затрачиваемой энергии топлива. Если в качестве источника энергии для генератора используется отходящее тепло, то соответствующая величина рассчитывается как отношение количества тепла, получаемого потребителем, к затратам отходящего тепла. Условный тепловой КПД современных абсорбционных тепловых насосов достигает величины 1,5. Отношение производимой насосом тепловой мощности и мощности абсорбера (за счет теплоты абсорбции), как правило, составляет около 1,6. Современные системы с рабочей смесью «вода - бромид лития» обеспечивают на выходе насоса температуру 100 0 C и повышение температуры на 65 0 C. Новое поколение систем будет обеспечивать более высокие температуры на выходе до 260 0 C и большее повышение температуры.
В зависимости от способа обогрева генератора различают аппараты с обогревом паром (водяной пар), горячей жидкостью (горячая вода) и горячим воздухом (отработавшие и горючие газы).
Возникновение более высоких температур при непосредственном сгорании горючих газов связано с большими потерями эксергии, поэтому абсорбционные холодильные и теплонасосные установки этого типа применяют лишь в редких случаях.
Абсорбционные тепловые насосы направляют тепловую энергию из среды с низкой температурой в среду с средней температурой с помощью высокопотенциальной энергии. К примеру для перекачки тепла АБТН фирмы Thermax в качестве источника высокопотенциальной энергии используется водяной пар, горячая вода, выхлопные газы, топливо, геотермальная энергия или их сочетание. Такие тепловые насосы экономят около 35% тепловой энергии.
Промышленный абсорбционный тепловой насос представлен на рис.3.8.
Рис. 3.8. Абсорбционный тепловой насос
АБТН Thermax широко применяются в Европе, Скандинавии и Китае для централизованного теплоснабжения. Тепловые насосы также применяются в таких отраслях промышленности, как текстильной, пищевой, автомобильной, в производстве растительных масел и бытовой техники. По всему миру компанией Thermax установлены тепловые насосы суммарной мощностью более 100МВт.
Главное достоинство абсорбционных тепловых насосов - это возможность использовать для своей работы не только дорогое электричество, но и любой источник тепла достаточной температуры и мощности - перегретый или отработанный пар, пламя газовых, бензиновых и любых других горелок - вплоть до выхлопных газов и солнечной энергии.
Так же эти агрегаты, особенно удобны в бытовых применениях, конструкций, которые не содержат движущихся деталей, а потому практически бесшумны.
В бытовых моделях рабочее тело в используемых там объёмах не представляет большой опасности для окружающих даже в случае аварийной разгерметизации рабочей части.
Недостатки АБН:
Более низкая эффективность по сравнению с компрессионными;
Сложность конструкции самого агрегата и довольно высокая коррозионная нагрузка от рабочего тела, либо требующая использования дорогих и труднообрабатываемых коррозионно-стойких материалов, либо сокращающая срок службы агрегата до 5 - 7 лет.
Многие конструкции весьма критичны к размещению при установке, т.е. требуют очень тщательного выравнивания агрегата.
В отличие от компрессионных машин абсорбционные не так боятся слишком низких температур - просто их эффективность снижается.
В настоящее время в Европе газовые котлы иногда заменяют абсорбционными тепловыми насосами с нагревом от газовой горелки или от солярки - они позволяют не только утилизировать теплоту сгорания топлива, но и «подкачивать» дополнительное тепло с улицы или из глубины земли.
Назначение АБТН (абсорбционного бромисто — литиевого теплового насоса) – утилизация бросового тепла и его трансформация на более высокий температурный уровень. Для этого тепловому насосу требуется дополнительный источник энергии – не электрический, а тепловой. Выбор модели АБТН определяется температурой бросового тепла, требуемой температурой потребителя тепловой энергии и имеющимся видом дополнительного теплового ресурса.
АБТН первого типа
предназначен для утилизации низкотемпературной тепловой энергии (не ниже 30°С). На выходе АБТН формируется температура до 90°С. В составе выходной тепловой энергии АБТН первого типа 40% составляет «бросовая» теплота. А 60% составляет дополнительно потребляемая высокотемпературная тепловая энергия (пар, горячая вода, теплота сжигания топлива). Также возможно использование «бросовой» энергии дымовых (отходящих) газов, отработанного пара, горячей воды, не потребляемой в теплый период года.
АБТН первого типа
может заменить собой градирни системы оборотного водоснабжения, и это одна из самых перспективных областей их применения. Однако температура воды, нагретой АБТН первого типа, не превышает 90°С.
АБТН второго типа
могут нагреть воду до высоких температур, могут вырабатывать также и пар, и не требуют использования дополнительного источника тепловой энергии. Однако лишь 40% утилизированной энергии трансформируется на высокотемпературный уровень, а 60 % утилизируемой энергии сбрасывается в градирню.
Плюсы АБТН
- Количество бросовой теплоты в составе выработанной тепловой энергии более 40%.
- Эффективность использования топлива при применении АБТН первого типа увеличивается на десятки процентов.
- Абсорбционные тепловые насосы второго типа утилизируют бросовую теплоту от среднетемпературного источника (60~130 ℃) и вырабатывают высокопотенциальную тепловую энергию (90~165 ℃), не потребляя дополнительный тепловой ресурс.
Преимущества АБТН Shuangliang Eco-Energy
Shuangliang Eco-Energy – крупнейший в мире производитель АБХМ и АБТН. Высокое доверие к продукции завода Shuangliang Eco-Energy определяется длительным (с 1982 года) и успешным (каждый год с конвейера Shuangliang Eco- Energy сходит до 3500 единиц продукции) опытом крупносерийного производства.
На базе Shuangliang Eco-Energy работают единственная в мире специализированная международная докторантура, научно-исследовательский и технологический центр абсорбционных технологий. Shuangliang Eco-Energy разработала китайские национальные стандарты производства АБХМ (аналог ГОСТ), которые строже, чем японские, европейские и североамериканские.
Основными потребителями АБТН является тепло-, электрогенерирующие компании и энергоемкие технологические производства (нефте- и газо-переработка, нефтехимия, производство минеральных удобрений, металлургия и т.п.). Поэтому абсорбционные тепловые насосы, как правило, имеют существенно большую установленную мощность
, чем абсорбционные холодильные машины. Если единичная мощность серийных образцов АБХМ ограничиваются полутора десятками МВт, то единичная мощность серийно выпускаемых АБТН производства Shuangliang Eco-Energy достигает 100 МВт.
Технологические достижения и уникальные конструкторские решения
Shuangliang Eco-Energy позволяют предлагать компактное (сравнительно с другими производителями), надежное и эффективное оборудование. На базе Shuangliang Eco-Energy работают единственная в мире специализированная международная докторантура, научно-исследовательский и технологический центр
абсорбционных технологий, что позволяет находить наилучшие и самые современные технические решения. Опыт производства крупных АБТН и отлаженные алгоритмы оптимизации режимов их использования дают тепловым насосам Shuangliang Eco-Energy особые преимущества.
Итоговая оценка качества АБХМ и АБТН формируется тремя показателями: продолжительность эксплуатации, надежность и эффективность (СОР). И по этим критериям продукция Shuangliang имеет наивысшие оценки.
Наилучшие технологические решения Shuangliang Eco-Energy
1. Коррозионная стойкость материала теплообменных труб генератора абсорбционных бромисто-литиевых машин
Трубы генератора абсорбционного теплового насоса (АБТН) – наиболее уязвимый элемент конструкции, так как раствор бромистого лития является агрессивной средой, особенно при довольно высоких температурах (до 170°С), характерных для эксплуатации паровых, газовых АБТН и АБТН на выхлопных газах. Коррозионная стойкость труб генератора определяет продолжительность безаварийной работы чиллера.
Большинство ведущих производителей АБТН в конструкции генератора с водяным и паровым подогревом используют SS316L (аустенитную нержавеющую сталь). Исключением является лишь один завод, который предпочитает применять ферритную нержавеющую сталь SS430Ti.
Наиболее частой причиной выхода из строя АБТН является питтинговая коррозия труб генератора, интенсивность которой снижается легирующими добавками хрома, никеля и молибдена. Особенно важным является наличие молибдена.
Согласно данным исследования, проведённого финской компанией Outukumpu, одним из крупнейших производителей стали в мире, нержавеющая сталь SS316L имеет высокую коррозийную стойкость по сравнению с другими марками стали, что особенно важно при работе в среде бромистого лития. Устойчивость к питтинговой коррозии стали SS316L в 1,45…1,55 выше, чем у стали SS430Ti.
2. Кожухотрубные теплообменники раствора бромистого лития обеспечивают эксплуатационную безопасность
Некоторые производители абсорбционных холодильных машин используют пластинчатые теплообменники раствора из-за их более низкой стоимости, тогда как в абсорбционных чиллерах Shuangliang используются кожухотрубные теплообменники раствора. Недостатком пластинчатых теплообменников является сложность раскристаллизации рабочего раствора.
Эффективность теплопередачи в пластинчатых теплообменниках выше, поэтому при некоторых условиях может происходить резкое снижение температуры раствора бромистого лития, что может привести к кристаллизации раствора.
Существующие автоматические системы защиты от кристаллизации обеспечивают надежное срабатывание. Однако практика показывает необходимость дополнительных мер защиты от возникновения кристаллизации в нештатных режимах эксплуатации, возникающих, как правило, при отсутствии должного сервиса: нарушение вакуума АБТН, резкое снижение температуры охлаждающей воды ниже допустимого значения, выход из строя регулирующего клапана подачи пара, повреждение насоса раствора и пр.
Вероятность блокирования проходов кристаллизованным раствором значительно выше у пластинчатых теплообменников чем у кожухотрубных, из-за малых размеров каналов.
Для вывода теплообменника из состояния кристаллизации необходимо прогреть ту часть, где она произошла. Определить эту часть в пластинчатом теплообменнике очень тяжело, а зачастую просто невозможно. Поэтому для восстановления работоспособности чиллера необходимо нагреть теплообменник полностью, что требует много времени, особенно при больших размерах АБТН.
Кожухотрубные теплообменники лишены вышеуказанных проблем, прогрев осуществляется по месту кристаллизации, восстановление работоспособности занимает не много времени.
Еще одним фактором, усложняющим раскристаллизацию пластинчатого теплообменника, является более высокое гидравлическое сопротивление, вследствие меньших размеров каналов.
3. Эксплуатационная надежность конструкции трубных пучков теплообменника генератора высокого давления абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов с прямым сжиганием топлива
АБТН с непосредственным сжиганием топлива предъявляет самые высокие требования к конструктивному исполнению высокотемпературного генератора. Ведущими производителями используется две основных системы: жаротрубная и водотрубная. В жаротрубных системах греющая среда (топочные газы) омывает поверхности нагрева (топочное пространство трубы – т.н. «жаровую трубу») с внутренней стороны, тогда как в водотрубных системах греющая среда омывает поверхности нагрева с наружной стороны, а нагреваемая среда находится внутри трубы.
Рис. 1: Водотрубная схема
Рис. 2: Жаротрубная схема
Недостатки жаротрубной системы высокотемпературного генератора в сравнении с водотрубной:
- Большие габариты (в т. ч. более длинные трубки теплообменника) из-за менее эффективного тепло-массо-обмена.
- Длинные трубки теплообменника генератора становятся причиной температурных деформаций, что вызывает разрушение конструкции.
- Повышенная взрывоопасность.
- Ограниченное общее количество пусков, связанное с температурными деформациями.
Преимущества водотрубных систем в сравнении с жаротрубными
- Высокая эксплуатационная надежность.
- Высокая эффективность тепло-массо-обмена, следовательно, меньшие габариты генератора.
- Меньшие температурные деформации – следовательно, большая продолжительность безаварийной эксплуатации.
- Меньшая инерционность при пуске и остановке.
- Меньшая взрывоопасность.