Absorption thermotransformers in energy saving systems

Abstract

The use of absorption heat transformers in seasonal systems of energy saving at energy-intensive enterprises has been considered. The schemes of such systems on the basis of modified and series absorption refrigerating machines working on unused summer thermal removal or waste heat of technological processes of the enterprise are described. The evaluation of efficiency of the systems is carried out with the use of exergy method and mathematical modelling.

Full Text

Проблемы использования абсорбционных термотрансформаторов в системах энергосбережения относятся к специальному разделу техники, носящему название низкопотенциальной энергетики, которая базируется на использовании нетрадиционных источников энергии. Такая энергетика получила широкое развитие в последние 20 лет в связи в необходимостью экономии топливно-энергетических ресурсов и охраны окружающей среды.

Среди предполагаемых объектов, использующих энергосберегающие системы, были выделены предприятия энергетики и химической промышленности, обладающие большим потенциалом энергосбережения.

В трудах отечественных и зарубежных ученых рассматривается применение термотрансформаторов как основы энергосберегающих систем при работе на неиспользуемом летнем тепловом отборе и низкопотенциальном тепле ТЭЦ, геотермальных и нетрадиционных возобновляемых источниках энергии. Изучение результатов проведенных ранее работ позволило определить области эффективного применения термотрансформаторов различного типа для повышения энергетических показателей работы предприятий.

В [3] приведены схемы использования теплового отбора для работы компрессионных тепловых насосов. При этом тепловая нагрузка конденсатора отводится для нагрева сетевой воды.

Эффективное применение абсорбционных термотрансформаторов в системах энергосбережения выделено в отдельную актуальную проблему холодильной техники.

Особый интерес представляет применение абсорбционных термотрансформаторов в сезонных системах энергосбережения на энергоемких предприятиях.

На рис. 1 приведены схемы сезонных энергосберегающих систем на базе теплоиспользующих холодильных машин, обеспечивающих организованный летний тепловой отбор и улучшение условий работы конденсатора паровой турбины.

На рис. 1, а изображена модифицированная холодильная бромисто-литиевая машина, включенная в контур циркуляции охлаждающей технологической воды. Охлажденная в испарителе вода в составе основного потока оборотной охлаждающей воды поступает в конденсатор паротурбинной установки. Для нагрева генератора используется летний тепловой отбор ТЭЦ или бросовое тепло технологического процесса предприятия. Холодильная машина работает по принципу понижающего термотрансформатора. Особенностями ее работы являются повышенная температура кипения и, как следствие, высокие температурные перепады и расходные характеристики.

На рис. 1, б представлена серийная холодильная машина, обеспечивающая эффективное охлаждение конденсатора паровой турбины при подаче холодной воды в одну из его секций. Схема охлаждения конденсатора и абсорбера параллельная, что способствует повышению холодопроизводительности машины.

Приведенные схемы отвечают основному требованию создания систем энергосбережения - использованию агрегатов, выпускаемых серийно или созданных на основе относительно несложной модернизации серийных машин.

Рис. 1. Схема энергосберегающих систем:а — модифицированная холодильная машина; б - серийная холодильная машина; А — абсорбер; К — конденсатор;Г — генератор; И — испаритель

Рис. 2. Блочная схема моделирования энергосберегающей системы:X — входные факторы исследуемой системы;Y — выходные факторы энергосберегающей системы; Si — модель процесса функционирования исследуемой системы с имитатором воздействия внешней среды; Sn — модель процессов собственно энергосберегающей технологии; Sm — блок машинной реализации моделей с определением величины энергосберегающего эффекта системы; Sv — блок стоимостной оценки энергосберегающей системы; h123 — связи, отражающие внутренние свойства системы; Vp Vy — воздействие внешней среды

Термодинамическую эффективность разработанных энергосберегающих систем определяли на основе комплексного анализа, выполненного с использованием эксергетического метода и моделирования процессов в их элементах. На рис. 2 представлена блочная схема моделирования, отвечающая результатам проведенного системного анализа и позволяющая оценить эффективность любой энергосберегающей технологии [2].

При моделировании энергосберегающих систем с абсорбционными термотрансформаторами учтены результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов в элементах холодильных машин, полученные из литературных источников и собственных исследований автора.

При работе абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины в условиях повышенных температуры и давления кипения меняются количественные характеристики процессов во всех аппаратах. При моделировании процессов в генераторе, абсорбере и конденсаторе использованы литературные данные. С целью уточнения данных по теплообмену в испарителе на экспериментальном стенде было проведено исследование процесса теплообмена при испарении в вакууме тонкой пленки воды, стекающей по поверхности горизонтального трубного пучка [1].

Модифицированная холодильная машина АБХМ-3000 предложена для использования в системах энергосбережения Астраханской ТЭЦ-2 и Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ). Разработка энергосберегающих систем базировалась на результатах анализа работы предприятий в соответствии с программой, определенной моделью. Большой массив исходных данных получен в производственных экспериментах и по отчетам о работе предприятий за 5 лет. Анализ полученных данных показал, что исследуемые предприятия обладают высоким потенциалом энергосбережения. Применение энергосберегающих систем с абсорбционными термотрансформаторами, использующими бросовое тепло в качестве источника высокого потенциала, а технологическую воду системы оборотного водоснабжения - как источник низкопотенциального тепла, позволяет увеличивать выработку электроэнергии на ТЭЦ-2 и поддерживать режим одного из технологических процессов АГПЗ.

Эффективность энергосберегающих систем оценивали следующим образом:

• определяли максимальные термодинамические возможности и вычисляли потери в результате необратимости процессов и циклов;
• рассчитывали энергосберегающий эффект и оценивали по количеству и качеству вырабатываемый продукт и затраты на его производство.

В соответствии с поставленной задачей проведена оценка эффективности энергосберегающей системы ТЭЦ-2 эксергетическим методом, определены потери, найдены значения эксергетических КПД для возможных режимов работы, сделаны выводы о степени их термодинамического совершенства.

С помощью математического моделирования проведена оценка хозяйственной эффективности энергосберегающих систем исследуемых предприятий, определен срок окупаемости затрат (по ТЭЦ-2 он составил 3,3 года, по АГПЗ - 0,3 года, что отвечает условиям, принятым для предприятий данного типа).