Классификация абсорбционных холодильных машин

 

Трехступенчатые абсорбционные холодильные установки

      Трехступенчатые АБХМ являются дальнейшим логическим развитием двухступенчатых АБХМ. В настоящее время эта технология находится на начальном этапе своего развития.

Трехступенчатая АБХМ, как и двухступенчатая, может  быть реализована различными способами, число возможных конфигураций здесь  еще больше по сравнению с двухступенчатыми АБХМ. Простейшая трехступенчатая АБХМ представляет собой комбинацию двух отдельных одноступенчатых АБХМ, где тепловая энергия от одного контура используется в другом контуре. Высокотемпературный цикл обеспечивает холодильный эффект за счет внешнего источника тепловой энергии, но в то же время сам является источником тепловой энергии для низкотемпературного цикла.

Системы с трехступенчатыми АБХМ столь же эффективны, как и традиционные системы  с электрическими чиллерами. Однако при этом стоимость таких АБХМ будет выше, поэтому экономическая  целесообразность их применения должна определяться индивидуально в зависимости  от особенностей конкретного объекта.

Гибридные системы обладают достоинствами  как абсорбционных, так и компрессорных  холодильных машин. В типичной гибридной  установке холодильная машина с  электрическим приводом используется в часы внепиковых нагрузок на систему  электроснабжения. Зачастую в это  время и тарифы на электрическую  энергию могут быть ниже, что приводит к уменьшению эксплуатационных затрат. В часы максимальной пиковой нагрузки на систему электроснабжения используется главным образом АБХМ, а компрессорная  холодильная машина включается по мере необходимости, обеспечивая покрытие лишь части нагрузки на систему холодоснабжения. Специфика применения гибридных  систем в конкретном проекте определяется характером нагрузки на систему холодоснабжения, особенностями местных тарифов  на электрическую энергию и газ (либо иное топливо). Так, целесообразно  использование гибридных систем на крупных промышленных предприятиях, где обслуживание инженерного оборудования осуществляется высококвалифицированным  обслуживающим персоналом, способным  оптимизировать режимы работы оборудования для получения максимального  экономического эффекта.

 

 

 

3 Эффективность абсорбционных холодильных машин

 

Эффективность абсорбционных холодильных машин  характеризуется холодильным коэффициентом, определяемым как отношение холодопроизводительности установки к затратам тепловой энергии. Одноступенчатые АБХМ характеризуются  величинами холодильного коэффициента, равными 0,6–0,8 (при максимально возможном 1,0). Поскольку холодильный коэффициент  установок этого типа всегда меньше единицы, одноступенчатые АБХМ целесообразно  использовать в случаях, когда есть возможность утилизации тепловой энергии, например, сбросная тепловая энергия  от электростанций, котлов и т. п.

Двухступенчатые АБХМ характеризуются величинами холодильного коэффициента, равными примерно 1,0 при  максимально возможном 2,0. Еще не доступные для коммерческого  использования прототипы трехступенчатых  АБХМ характеризуются величинами холодильного коэффициента от 1,4 до 1, 6.

Эффективность традиционных компрессорных холодильных  машин также характеризуется  холодильным коэффициентом, однако, поскольку в них используется электрическая энергия от источника  централизованного электроснабжения, необходимо учитывать эффективность  выработки электрической энергии  и потери ее при транспортировке. По этим причинам прямое сравнение  эффективности компрессорных холодильных  машин с электроприводом и  эффективности газовых АБХМ некорректно. Можно сравнить холодильный коэффициент  с учетом потерь при выработке  энергии и ее транспортировке.

Эффективность реальных холодильных машин значительно  ниже эффективности идеальной холодильной  машины, во многом за счет сложных необратимых  процессов, проходящих в рабочих  жидкостях. Для хладагента АБХМ, помимо обычных, предъявляется ряд специфических  требований, обусловленных особенностями  реализации абсорбционного холодильного цикла. Среди этих требований:

• Высокая  растворимость в абсорбенте при  заданной рабочей температуре абсорбера.

• Низкая растворимость в абсорбенте при  заданной рабочей температуре десорбера.

• Неспособность  к химической реакции с абсорбентом  во всем диапазоне рабочих температур.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Пример использования

 

Рассмотрим  пример построения системы климатизации с использованием (утилизацией) тепловой энергии от сжигания отходов для  абсорбционного охлаждения. Такая система  была реализована в Бельгии. В  данном случае была использована АБХМ мощностью 600 кВт.

В состав системы климатизации первоначально  входили три компрессорных холодильных  машины, каждая из которых оборудована  четырьмя поршневыми компрессорами. В  ходе модернизации параллельно этим холодильным машинам была установлена  бромистолитиевая АБХМ. Средняя холодильная  нагрузка объекта составляет 321 кВт  • ч, максимальная 790 кВт • ч. Поскольку  мощность АБХМ превышает среднюю  холодильную нагрузку, она может  использоваться в течение большей  части года, по расчетам примерно 80 % года. При холодильной нагрузке 321 кВт • ч на абсорбционное  охлаждение необходимы затраты тепловой энергии в 497 кВт • ч при  холодильном коэффициенте 0,65.

В системе  используется градирня производительностью 1 376 кВт • ч. Для повышения эффективности  установки был установлен бак-аккумулятор  охлажденной воды емкостью 8 000 л.

Для передачи теплоты дымовых газов промежуточному теплоносителю (воде) используется четырехрядный  теплообменник из стальных оребренных труб. Теплообменник установлен в  секции очистки дымовых газов  с байпассированием. Байпассирование  регулируется клапанами с контроллером, позволяющим путем частичного открытия клапанов поддерживать постоянную температуру  теплоносителя после теплообменника выше 110 °С.

В холодное время года, когда потребность  в холодоснабжении невелика, перегретый дымовыми газами теплоноситель используется в качестве источника тепловой энергии  для системы водяного отопления  через теплообменник.

При использовании (утилизации) теплоты дымовых газов  для абсорбционного охлаждения из-за более низкой температуры дымовых  газов на входе вытяжного вентилятора  обеспечивается дополнительная экономия электрической энергии на вращение вентилятора. Так, при утилизации 497 кВт • ч тепловой энергии дымовых  газов требуемая мощность вентилятора  уменьшается на 8 кВт (с 14 до 6 кВт).

 

 

Выбор мощности абсорбционной холодильной  машины

Выбор мощности абсорбционной холодильной машины определялся отношением средней  холодильной нагрузки к максимальной (пиковой). Если пиковая нагрузка наблюдается  лишь в течение короткого периода, то абсорбционное охлаждение более  экономично в случае, если оно покрывает  именно среднюю холодильную нагрузку. При средней холодильной нагрузке 321 кВт • ч и при среднем  холодильном коэффициенте 2,9 для  компрессорных холодильных машин  для снятия холодильной нагрузки требуется 110 кВт электрической мощности. При использовании (утилизации) тепловой энергии от сжигания отходов для  абсорбционного охлаждения эта электрическая  энергия не используется. Дополнительная экономия, как было указано выше, образуется за счет уменьшения температуры  дымовых газов, при которой электрическая  нагрузка вытяжного вентилятора  уменьшается на 8 кВт. Однако при  абсорбционном охлаждении требуется  и дополнительное электроснабжение – 8,2 кВт непосредственно для  обеспечения работы АБХМ, 2 кВт для  вентилятора градирни, 7,8 кВт на работу циркуляционных насосов. Таким образом, чистое снижение электрической нагрузки составляет 101 кВт.

В рассматриваемом  случае стоимость электрической  энергии составила 2,9 бельгийских  франка за 1 кВт • ч (проект был  реализован до введения единой европейской  валюты). Линия по сжиганию отходов  функционирует семь дней в неделю в три смены (практически круглосуточно), и ее время работы в год составляет 8 064 ч при коэффициенте загрузки 0,868. Таким образом, годовой экономический эффект от внедрения утилизации теплоты дымовых газов на абсорбционное охлаждение составил 2 050 168 бельгийских франков. Стоимость установки (капитальные затраты) составила 6 830 360 бельгийских франков. Период окупаемости (без учета фактора дисконтирования), таким образом, составил менее четырех лет. Однако следует отметить, что, поскольку АБХМ используется лишь для покрытия средней холодильной нагрузки, для покрытия пиковых нагрузок необходимо использовать компрессорные холодильные машины, и этот факт необходимо учитывать при оценке эффективности проекта в целом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

 

  5.Технологический расчет

 

       5.1. Термодинамический расчет цикла

 

Схема абсорбционной  холодильной установки изображена на рисунке 1. Процессы, протекающие  в абсорбционной холодильной  установке, показаны на рисунке 2.

Т.к. температура  охлаждаемого помещения  , то принимаем температуры рассола на входе и выходе из испарителя: и .

Температура испарения:

 

.

 

Т.к. температура  охлаждающей воды на входе в конденсатор  , то принимаем температуру воды на выходе .

Температура конденсации:

 

.

 

По таблицам состояния насыщения для аммиака:

 

,

 

Температура крепкого раствора на выходе из абсорбера:

 

.

 

         По давлению и температуре определяем концентрацию раствора и его энтальпию .

 

,

.

 

Температура слабого раствора на выходе из генератора, принимая давление греющего пара p_гр.п. = 0,35 МПа :

 

.

 

По давлению и по температуре определяем концентрацию слабого раствора и его энтальпию .

 

,

.

 

Кратность циркуляции (т.е. отношение массового  расхода крепкого раствора к массовому  расходу паров ХА из дефлегматора):

 

.

 

При правильно  организованном процессе дефлегмации  и ректификации , поэтому:

 

.

 

Температура пара после дефлегматора должна на превышать температуру конденсации чистого агента при давлении .

 

,

 

Его энтальпия  определяется по диаграмме по и .

 

.

 

По  диаграмме определяется параметры пара, равновесного кипящему крепкому раствору.

Жидкость:

 

, , , .

 

Пар:

 

, , , .

 

Удельный  отвод флегмы из дефлегматора (т.е. отношение  массового расхода флегмы к массовому  расходу пара на выходе из дефлегматора).

Флегмовое отношение:

 

.

 

Удельная  тепловая нагрузка дефлегматора , т.е. отвод теплоты из дефлегматора на единицу массового расхода пара из дефлегматора:

 

.

 

Параметры слабого раствора после теплообменника:

 

, , ,

,

.

 

Энтальпия крепкого раствора на входе в генератор, пренебрегая приростом энтальпии  раствора в насосе, вследствие малого значения этой величины, т.е. из условия  .

 

.

 

Энтальпия крепкого раствора не должна превышать  энтальпию кипящего раствора с концентрацией  при давлении .

Энтальпия слабого раствора после теплообменника:

 

.

 

Удельная  тепловая нагрузка теплообменника:

 

.

 

Удельная  тепловая нагрузка конденсатора:

 

 

,

 

где по диаграмме.

Температура паров ХА после охлаждения:

 

,

 

- температура жидкого ХА после  конденсатора, т.е.  .

Удельная  тепловая нагрузка охладителя:

 

,

 

энтальпия пара по диаграмме при и .

Энтальпия жидкого аммиака перед дросселем:

 

.

 

Удельная  холодопроизводительность установки:

_{абсорбционный дефлегматор  аммиак генератор}

.

 

Удельное  количество тепла, отводимое в адсорбере:

 

.

 

Энтальпия точки смешения: .

 

.

 

Удельная  тепловая нагрузка генератора:

 

 

Тепловой  баланс установки:

 

, ,

, ,

 

расхождение баланса  .

Расход  ХА (аммиака):

 

,

 

где .

Тепловые  нагрузки аппаратов:

 

- генератора  ,

- абсорбера  ,

- охладителя  ,

- конденсатора  ,

- дефлегматора  ,

- теплообменника  .