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:

1. Для их привода используются дешевые, практически бросовые вторичные энергоресурсы - промышленная вода, отработанный водяной пар, дымовые газы, парогазовые смеси и др.

2. 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.

3. Высокая надежность в эксплуатации.

К числу недостатков АТТотносятся:

1. Высокие массогабаритные показатели, что ведет к повышению капитальных затрат на установку оборудования и эксплуатационных затрат на его обслуживание.

2. 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;

3. 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

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ (продолжение 1)