Главная
Популярное
Как лазер освоил профессию сварщика
Как «пассивный дом» обходится без отопления
Что такое маркировка продукции
В чем значение насосов для промышленности, в каких отраслях какие насосы обычно используют
Как использовать солнечную энергию для теплоснабжения индивидуальных домов
Как получают искусственные алмазы
Почему энергосбережение важно для промышленности
Различные виды металлообрабатывающих станков и преимущества
Энергия ветра - неисчерпаемый источник
Для чего нужны биотехнологии в молочной промышленности?
Трубопроводная арматура
Разделы
Водоснабжение
Энергоучет
Управление энергией
Теплоизоляция и экономия энергии
Энергетические ресурсы
Энергопотребление
Твердое топливо
Энергоэффективность
История
Выпрямление синусоидальных токов
|
На главную Водоснабжение Абсорбционные холодильные машины Инженерные системы зданий
Абсорбционные холодильные машины могут использоваться как в составе системы холодоснабжения, так и как часть интегрированной системы тепло и холодоснабжения. Дополнительная экономия энергии может быть достигнута за счет утилизации тепловой энергии.
Самые простые холодильные машины этого типа используются в некоторых моделях бытовых холодильников, работающих на природном газе без какихлибо затрат электрической энергии.
История вопроса
В установках кондиционирования воздуха абсорбционный холодильный цикл начал использоваться более пятидесяти лет назад.
В производственных циклах, в которых требовалось поддержание низких температур, стали применяться аммиачноводяные АБХМ.
В конце 1950х годов была создана первая двухступенчатая бромистолитиевая абсорбционная холодильная машина. Позже бромистолитиевые АБХМ стали использоваться не только для охлаждения помещений, но и в качестве источника горячей воды.
В 1960х годах началось активное продвижение газодобывающими компаниями технологий, предусматривающих использование природного газа. При продвижении на рынок АБХМ, работающих на природном газе, отмечались такие их достоинства, как низкие эксплуатационные затраты и лучшая производительность. но совершенствование компрессоров, повышение эффективности электродвигателей, устройств управления позволили повысить эффективность компрессорных холодильных машин и снизить стоимость их эксплуатации. Кроме того, свою роль в замедлении распространения АБХМ на природном газе сыграл энергетический кризис 1970х годов.
В 1987 году был подписан так называемый «Монреальский Протокол» по веществам, разрушающим озоновый слой, который ограничил применение хладагентов на основе хлорфторуглерода (CFC) и гидрохлорфторуглерода (HCFC). При этом непрерывно возрастала стоимость электрической энергии. В то же время стоимость природного газа оставалась достаточно стабильной, а сама технология абсорбционного охлаждения совершенствовалась. Перечисленные факторы способствовали очередному повышению интереса потребителей к АБХМ.
Холодильный цикл трехступенчатой абсорбционной холодильной машины с тремя конденсаторами и тремя генераторами был запатентован в 1985 году. Альтернативный цикл трехступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором был запатентован в 1993 году. В настоящее время существуют прототипы трехступенчатых абсорбционных холодильных машин, эффективность которых превышает эффективность двухступенчатых на 30–50 %.
Классификация абсорбционных холодильных машин
АБХМ бывают прямого и непрямого нагрева, одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые. В машинах прямого нагрева источником тепла может быть газ или другое топливо, сжигаемое непосредственно в установке. В машинах непрямого нагрева используется пар или другой теплоноситель, посредством которого теплота переносится от источника. В качестве источника может выступать бойлер, или, например, использоваться тепловая энергия, являющаяся побочным продуктом технологического цикла. Кроме того, существуют комбинированные (гибридные) системы, в состав которых входят АБХМ и когенераторные установки на природном газе, обеспечивающие выработку тепловой и электрической энергии; использование гибридных установок позволяет оптимизировать нагрузку на систему энергоснабжения и обеспечить экономию энергетических ресурсов.
Существуют бромистолитиевые или аммиачные АБХМ. В бромистолитиевых АБХМ в качестве хладагента используется вода, а в качестве абсорбента – бромид лития LiBr. В аммиачных АБХМ в качестве хладагента используется аммиак NH3, а в качестве абсорбента – вода. В настоящее время наибольшее распространение получили бромистолитиевые АБХМ.
Компонент системы, поглощаемый абсорбентом в цикле абсорбции, носит название абсорбат. Соответственно, абсорбент – жидкая фаза, поглощающая абсорбат в цикле абсорбции.
Одноступенчатые абсорбционные холодильные машины
Изменение концентрации хладагента в абсорбере и десорбере сопровождается изменением температуры насыщения. Для снижения потерь энергии при циркуляции абсорбента м. абсорбером и десорбером устанавливается рекуперативный теплообменник.
Идеальная одноступенчатая АБХМ могла бы обеспечить холодильный эффект, равный количеству тепловой энергии, подведенной к генератору, но изза термодинамических потерь в реальных установках холодильный эффект будет ниже, чем затраты тепловой энергии.
k полезного действия одноступенчатых АБХМ относительно низок, что несколько ограничивает их область применения.
В настоящее время одноступенчатые АБХМ часто устанавливаются в тех зданиях, где имеются легкодоступные источники сбросного тепла. Машины этого типа используются в составе систем кондиционирования воздуха и в качестве источника охлажденной воды для различных технологических циклов. Установочная мощность одноступенчатых АБХМ составляет, от 25 кВт до 5 МВт.
Двухступенчатые абсорбционные холодильные машины
Двухступенчатые АБХМ могут быть разных конфигураций. Две основные конфигурации – системы с двойным конденсатором и системы с двойным абсорбером. Принцип их действия основан на том, что охлаждающая способность холодильной машины зависит, прежде всего, от количества хладагента, который может быть переведен в газовую фазу в испарителе, и, используя тепловую энергию, отводимую от конденсатора или образующуюся на стадии абсорбции, можно повысить количество хладагента, десорбируемого из абсорбента.
Схема и холодильный цикл двухступенчатой АБХМ с двойным конденсатором приведены на 3.
В первом десорбере (Десорбер за счет нагрева от внешнего источника образуются пары хладагента при частичной десорбции хладагента из абсорбента, которые поступают в первый конденсатор (Конденсатор . Обедненная смесь абсорбента и хладагента поступает во второй десорбер (Десорбер . Во втором десорбере происходит окончательная десорбция хладагента за счет тепловой энергии, образующейся при конденсации хладагента в первом конденсаторе (Конденсатор . Затем хладагент и из первого конденсатора (Конденсатор и из второго десорбера (Десорбер поступает во второй конденсатор (Конденсатор , в котором и происходит окончательный цикл конденсации.
Схема и холодильный цикл двухступенчатой АБХМ с двойным абсорбером приведены на 4.
В этом случае генератор разделен на низко и высокотемпературную секции. Пары хладагента из испарителя поступают во второй абсорбер (Абсорбер , где частично абсорбируются. Оставшиеся пары хладагента поступают в первый абсорбер (Абсорбер . Скрытая (латентная) теплота паров хладагента в первом абсорбере используется для десорбции паров хладагента из бинарного раствора во втором (низкотемпературном) десорбере (Десорбер , как показано на 4.
, для десорбции паров хладагента из бинарного раствора в высокотемпературном десорбере (Десорбер используется тепловая энергия от внешнего источника. Пары хладагента и из второго (Десорбер , и из первого (Десорбер десорбера поступают в единственный конденсатор (Конденсатор).
В качестве источника тепловой энергии в машинах этого типа может использоваться перегретый пар высокого давления либо различные виды горючего топлива, чаще всего природный газ. Двухступенчатые АБХМ целесообразно использовать в тех случаях, когда стоимость электрической энергии высока относительно стоимости природного газа (либо другого топлива). Кроме того, двухступенчатые АБХМ могут применяться в случаях, когда есть ист. перегретого пара высокого давления. Они более эффективны, но при этом отличаются более высокой стоимостью по сравнению с одноступенчатыми. Более высокая стоимость двухступенчатых АБХМ обуславливается в том числе применением более дорогостоящих материалов высокой коррозионной стойкости (изза более высоких рабочих температур), с большей площадью поверхности теплообменника, более сложными системами управления.
Трехступенчатые абсорбционные холодильные машины
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 так же 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. На 5 приведены схема и холодильный цикл трехступенчатой АБХМ. 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
Эффективность абсорбционных холодильных машин
Двухступенчатые АБХМ характеризуются величинами холодильного коэффициента, равными примерно 1,0 при максимально возможном 2, так же 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 эфф. компрессорных холодильных машин с электроприводом и эфф. газовых АБХМ некорректно. Можно сравнить холодильный k с учетом потерь при выработке энергии и ее транспортировке.
Эффективность реальных холодильных машин значительно ниже эфф. идеальной холодильной машины, во многом за счет сложных необратимых циклов, 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.
Целесообразная область применения
Системы охлаждения, работающие на природном газе, в конечном итоге обеспечивают более полное использование топливных ресурсов, чем сопоставимые системы охлаждения, потребляющие электрическую энергию. Типичный цикл производства электрической энергии предполагает при выработке и транспортировке потери примерно 65–75 % топливных ресурсов. В то же время в газоиспользующих системах теряется всего 5–10 % топлива. Утилизация сбросной тепловой энергии так же более увеличивает рентабельность АБХМ.
АБХМ имеют также ряд конструктивных преимуществ, не относящихся к области эффективного использования топливноэнергетических ресурсов:
• Экологическая безопасность за счет отказа от использования хладагентов на основе CFC (хлорфторуглерода) и HCFC (гидрохлорфторуглерода).
• Пониженный шум при работе оборудования, отсутствие вибраций.
• Отсутствие высокого давления в системе.
• Отсутствие массивных движущихся частей.
• Высокая надежность установок.
• Низкая стоимость обслуживания.
В цикле сгорания газа в АБХМ образуется некоторое количество вредных выбросов, но весьма незначительное, поскольку современные установки обеспечивают достаточно полное сгорание. С другой стороны, эти выбросы образуются непосредственно на месте функционирования установки, и этот фактор в некоторых случаях может являться критическим.
АБХМ прямого нагрева могут использоваться, помимо выработки охлажденной воды, и для получения горячей воды в том случае, если они оборудованы вспомогательным теплообменником и контур горячей воды оборудован необходимыми устройствами управления. Если система используется подобным образом, то, общие приведенные затраты (включая капитальные затраты, расходы на пусконаладку, эксплуатационные затраты), будут ниже, чем затраты при использовании отдельных холодильной машины и бойлера.
Относительно высокие капитальные затраты ограничивают широкое распространение АБХМ. Низкая эффективность одноступенчатых АБХМ ограничивает их конкурентоспособность, за исключением случаев использования легкодоступной сбросной тепловой энергии. Даже применение двухступенчатых АБХМ экономически оправдано не во всех ситуациях.
так же одно ограничение применения АБХМ связано с относительно высокими затратами энергии на работу насосов. Производительность водяного насоса конденсатора в общем случае является функцией потока холодоносителя. Технологии охлаждения, отличающиеся более низким холодильным коэффициентом, обычно требуют более высокого потока холодоносителя по сравнению с технологиями, обеспечивающими более высокий холодильный коэффициент, и, соответственно, большей производительности (размеров) циркуляционного насоса. Точно так же при использовании абсорбционных холодильных машин изза большего объема холодоносителя требуются градирни большего размера, чем при использовании холодильных машин с электроприводом компрессоров.
Пример использования
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 эфф. установки был установлен бакаккумулятор 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 изза 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 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. но 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. 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 0,86 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), составил менее четырех лет. но 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 эфф. проекта в целом.
Гелиосистемы и тепловые насосы в системах автономного тепло. Интеллектуальные здания Энергоэффективные здания. Технологии. Энергоэффективные и энергосберегающие технологии в системе теплоснабжения жилого района Куркино г. Москвы Энергоэффективные здания. Технологии. Системы мусороудаления высотных зданий Инженерные системы зданий. На главную Водоснабжение 0.0068 |
|