Проектирование источников холодоснабжения
Проектирование источника холодоснабжения на базе абсорбционной холодильной установки водо-аммиачного типа
В настоящее время хладоснабжение промышленных предприятий преимущественно производится от холодильных установок парокомпрессионного типа, размещаемых как на централизованных станциях, так и вблизи от места расположения основных потребителей холода.
Вместе с тем, при наличии на предприятии вторичных тепловых энергоресурсов низкого потенциала открываются возможности для включения в системы тепло- и хладоснабжения абсорбционных трансформаторов теплоты (АТТ). Однако эта возможность в промышленности используется не в полной мере. Объясняется это рядом причин, преимущественно экономического порядка: 1) структура энергетического хозяйства крупных производственных комбинатов и промышленных предприятий преимущественно складывалась в 60-70-е годы прошлого столетия, когда в нашей стране поддерживались низкие цены на топливно-энергетические ресурсы. Использование вторичных энергоресурсов (ВЭР) низкого потенциала в такой ситуации себя экономически не оправдывало, и при технико-экономическом сравнении альтернативы - выбрать в качестве источника холода парокомпрессионную или абсорбционную установку, предполагалось, что для привода АТТ будет использоваться водяной пар или горячая вода от ТЭЦ, а этот вариант являлся заведомо проигрышным; 2) хотя в настоящее время картина кардинально изменилась, и в себестоимости выпускаемой продукции доля затрат на топливно-энергетические ресурсы резко возросла, в промышленности на реорганизацию систем производства и распределения энергоресурсов, как правило, идут неохотно. Для этого требуется привлечение значительных финансовых средств, что в настоящее время, характеризуемое экономической нестабильностью, сопряжено с определенным риском, а срок окупаемости принимаемых решений в области энергетики достигает 10 лет.
Вместе с тем, утилизационные системы хладоснабжения широко используются за рубежом как в промышленности, так и в коммунально-бытовом секторе и их эффективность не вызывает сомнения, поскольку по сравнению с установками парокомпрессионного типа абсорбционные установки обладают рядом преимуществ:
Для их привода используются дешевые, практически бросовые вторичные энергоресурсы - промышленная вода, отработанный водяной пар, дымовые газы, парогазовые смеси и др.
Установка одной и той же конструкции может работать в различных режимах:
выработки холода параметров (+ 12 °С) (- 60 °С);
на отпуск теплоты за счет повышения в АТТ потенциала ВЭР (режим теплового насоса);
в режиме комбинированной выработки энергоносителей, при котором одновременно производится повышение потенциала теплоты ВЭР и вырабатывается холод требуемых параметров.
Высокая надежность в эксплуатации.
К числу недостатков АТТ относятся:
Высокие массогабаритные показатели, что ведет к повышению капитальных затрат на установку оборудования и эксплуатационных затрат на его обслуживание.
Худшие, по сравнению с парокомпрессионными установками, показатели холодильного коэффициента, характеризующего энергетическую эффективность трансформатора теплоты, а также эксергетического к.п.д., отражающего степень термодинамического совершенства данной установки;
Чувствительность к загрязнению рабочих поверхностей, особенно органическими отложениями, которые зачастую происходят при утилизации теплоты загрязненных стоков, промышленных вод и парогазовых смесей, содержащих в своем составе пары высокомолекулярных углеводородов.
Для предприятий химической и нефтехимической отрасли промышленности, которые, с одной стороны, обладают большим количеством ВЭР низкого потенциала, а с другой стороны, являются крупнейшими потребителями холода, организация утилизационных систем хладоснабжения на базе АТТ представляется одним из наиболее перспективных направлений совершенствования энергетического хозяйства. Кроме этого, возможность изменения режима работы АТТ в течение года позволяет решить ряд проблем, возникающих в процессе эксплуатации технологических систем данных производств.
В связи с тем, что в настоящее время ощущается недостаток технической литературы по данному вопросу, в представленных методических указаниях приведен пример выполнения контрольной работы и необходимые справочные данные.
Варианты заданий и требования к содержанию и объему выполнения контрольной работы приведены в изданных ранее методических указаниях «Инженерное проектирование теплоэнергетического оборудования. Программа, методические указания и задания к контрольной работе» [1].
Исходные данные к расчету обычно представляются в следующем виде:
Спроектировать систему утилизационного хладоснабжения на базе абсорбционных водоаммиачных источников холода, исходя из следующих данных:
температура отпускаемого холода
;
производительность системы хладоснабжения
;
температура конденсации, определяемая температурой воды из системы оборотного водоснабжения
;
вид и параметры греющего теплоносителя, в том числе и ВЭР
высшая температура в генераторе
;климатические условия.
Схема абсорбционной
холодильной установки включает
абсорбционную холодильную машину (АХМ),
системы циркуляции хладоносителя и
оборотного водоохлаждения. Схема АХМ
представлена на рис. 1; изменение состояния
бинарного рабочего раствора в процессах
АХМ показано на рис. 2 в диаграмме
(энтальпия
- концентрация); внешний контур
хладоносителя - на рис. 3, диаграмма
изменения параметров оборотной воды в
вентиляторной градирне – на рис. 4.
Ахм
является
термотрансформатором, в котором совмещены
прямой и обратный циклы. Она предназначена
для отвода теплоты от охлаждаемого
объекта в окружающую среду при условии:
.
Привод установки осуществляется без
затрат механической энергии, но при
использовании тепловой энергии от
внешнего греющего источника. Потребляется
теплота низкого потенциала – в данном
случае ВЭР дымовых газов.
Теплота подводится к генератору I АХМ, где кипит бинарный раствор вода-аммиак. Поскольку разность температур кипения компонентов бинарного раствора невелика (около 130 С), c целью отделения паров аммиака в схему АХМ включена ректификационная колонна II. Пары аммиака отводятся в верхней части колонны, а затем конденсируются в дефлегматоре III и конденсаторе IV, отдавая теплоту конденсации оборотной воде. Жидкий аммиак сливается в линейный ресивер v.
Для повышения энергетической эффективности АХМ в схеме предусмотрен регенеративный теплообменник VI, где жидкий аммиак в вентиляторной градирне переохлаждается перед тем, как поступить через дроссель VII в испаритель VIII, а пары аммиака на выходе из испарителя – перегреваются, после чего направляются в абсорбер IX.
В абсорбере пары аммиака поглощаются слабым раствором, поступившим из генератора через теплообменник растворов XII и дроссель XIII. Процесс абсорбции сопровождается выделением теплоты, которую отводят с оборотной водой. В результате образуется крепкий водоаммиачный раствор, собираемый в ресивере Х. Отсюда он насосом XI перекачивается через теплообменник XII в генератор и цикл замыкается.
Рис. 1. Схема абсорбционной водоаммиачной холодильной установки
1-8 характерные точки цикла;
I – генератор; II – ректификатор; III – дефлегматор; IV – конденсатор;
V, X – ресиверы; VI – регенеративный теплообменник;
VII, XIII – дроссель; VIII – испаритель; IX – абсорбер;
XI – водоамииачный насос; XII – теплообменник растворов
Рис. 2. Процессы абсорбционной водоаммиачной холодильной машины в
диаграмме энтальпия-концентрация i - x