Development and implementation of absorption lithium bromide refrigeration machines and heat pumps

Full Text

Более 40 лет абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины успешно применяют в мировой практике для получения охлажденной воды (7 °C). В нашей стране начало внедрению машин этого типа было положено работами кафедры холодильных машин Ленинградского технологического института холодильной промышленности (ныне Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий), где под руководством проф. Л.М.Розенфельда был спроектирован опытно-промышленный образец абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины проектной производительностью 3 МВт. Испытания данного образца в качестве холодильной машины и теплового насоса, проведенные ЛТИХПом и ВНИИхолодмашем в 1964-1966 гг. на промышленном стенде Черниговского завода искусственного волокна в широком диапазоне температур источников тепла и режимов работы заложили основу для производства машин этого типа в нашей стране.

ВНИИхолодмашем совместно с Институтом теплофизики Сибирского отделения АН, где под руководством проф. Л.М.Розенфельда и доц. М.С.Карнауха был создан отдел низкотемпературной энергетики, была предложена обширная программа работ, направленных на исследование, проектирование и организацию серийного производства ряда абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин. В результате осуществления этой программы ВНИИхолодмашем и Пензенским заводом химического машиностроения “Пензхиммаш” было освоено серийное производство ряда машин - АБХА-1000, АБХА-2500 и АБХА-5000 холодопроизводительностью соответственно 1100, 3000 и 5800 кВт. Данный ряд машин предназначен для выработки холода при использовании горячей воды при температуре 90... 120 °C или пара давлением 0,15 МПа с тепловым коэффициентом 0,7.

На базе этого ряда разработаны и освоены машины АБХМВ- 3000 с двухступенчатой регенерацией раствора для применения греющего пара давлением 0,6 МПа с тепловым коэффициентом 1,1, а также вариант теплового насоса АБХМ3000Т, преобразующего как термотрансформатор теплоту высокого потенциала-пара давлением 0,6 МПа - в теплоту среднего потенциала - горячую воду 70 °C с коэффциентом преобразования 1,7.

Отечественные конструкции машин содержат защищенные авторскими свидетельствами оригинальные решения, выгодно отличающие их от зарубежных аналогов. К этим решениям относятся, например:

• многослойное кипение раствора в генераторе , позволяющее эффективно использовать греющие источники более низкой температуры;
• ступенчатое изменение температуры кипения в испарителе, снижающее необратимые потери в этом процессе;
• применение адиабатно-изобарной абсорбции, что существенно интенсифицирует процесс;
• повышение эффективности защиты от коррозии со стороны раствора.

В результате использования этих решений был значительно повышен технический уровень машин.

Особо следует выделить создание наиболее крупной машины АБХА-5000, в которой реализуется принцип адиабатно-изобарной абсорбции. Абсорбция паров хладагента осуществляется предварительно переохлажденным раствором без отвода теплоты в отличие от абсорбции паров пленкой раствора, стекающего по поверхности теплообменных труб с одновременным отводом теплоты. Адиабатно-изобарную абсорбцию исследовали на созданном в Институте тепло физики Сибирского отделения АН уникальном модельном стенде, позволяющем изучать процесс при мелкодисперсном распылении раствора. Исследование показало высокую эффективность адиабатно-изобарной абсорбции, выявило характерные зависимости и определило перспективы практического использования этого процесса. Преимущества адиабатно-изобарной абсорбции:

• исключение гидравлических потерь в трубном пучке абсорбера, что дает выигрыш в холодопроизводительности (10-15 %); ** уменьшение влияния неконденсирующихся газов на абсорбцию;
• существенное снижение коррозии теплообменных трубок из углеродистой стали в теплообменнике абсорбера благодаря тому, что теплообменная трубка затоплена в растворе, а не расположена в парожидкостной фазе.

В до перестроечный период в абсорбционных бромистолитиевых холодильных машинах применяли теплообменные трубки из углеродистой ста ли, защищаемые от коррозии ингибиторами, в отличие от зарубежных образцов с медными и медно-никелевыми трубками. Использование трубок из углеродистой стали в период жесткой экономии дефицитных материалов открыло широкую перспективу для внедрения абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин в различные отрасли народного хозяйства. Некоторое снижение срока службы машин (до 8 10 лет) в связи с коррозией компенсировалось более низкими капитальными затратами.

Внедрение абсорбционных бромистолитиевых машин ориентировалось на развивающиеся отрасли, в которых условия тепло- и водообеспечения соответствовали предъявляемым требованиям и где применение таких машин экономически целесообразно.

Наибольшее распространение абсорбционные бромисто- литиевые машины получили в нефтехимической промышленности, главным образом на предприятиях шинных и резино технических изделий. Эти предприятия активно развивались особенно в 70-80-е годы и были крупными потребителями как теплоты ТЭЦ, так и охлажденной воды, расходуемой на нужды технологии. Из 150 машин типа АБХА-2500, выпущенных в тот период, около 40 % работало в составе холодильных станций на таких предприятиях, как Омский шинный, Белоцерковский завод шин и РАИ, Белорусский шинный, Нижнекамский шинный и др.

Puc. 1. Холодильная станция Белоцерковского завода шин и РАИ

На рис.1 показана холодильная станция Белоцерковского завода шин и РАИ с машинами АБХА-2500 общей холодопроизводительностью 15 МВт.

Использование теплоты ТЭЦ для работы абсорбционных машин на этих предприятиях в неотопительный период способствовало рациональному применению тепловых отборов и экономии топлива при комбинированной выработке электроэнергии. Так, одна машина АБХА-2500, кроме того, что она высвобождала за сезон 3 млн кВт-ч электроэнергии, позволяла получить экономию около 500 т условного топлива.

Это обстоятельство послужило основанием для введения льготного тарифа на теплоту, отпускаемую ТЭЦ для выработки холода на базе абсорбционных бромистолитиевых машин.

Скидка составляла около 25 % действующего тарифа.

В настоящее время использование теплоты ТЭЦ в неотопительный период для работы таких машин дает такую же экономию топлива.

В последующие годы с развитием предприятий электрон ной и радиопромышленности абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины получили широкое распространение в системах кондиционирования воздуха данных предприятий, находящихся в Ленинграде, Минске, Ташкенте и других городах. На объектах химической промышленности такие машины использовали главным образом тепло ту вторичных энергоресурсов (заводы стекловолокна в Полоцке и Гусь-Хрустальном, завод “Карболит” в г. Орехово-Зуево и т. д.). Из других характерных отраслей, где холодоснабжение осуществлялось с помощью абсорбционных бромистолитиевых машин, следует выделить предприятия энергетики (Смоленская АЭС, Игналинская АЭС), легкой промышленности (Шахтинский хлопчатобумажный комбинат, Тираспольский хлопчатобумажный комбинат и др.).

Всего за период до 90-х годов было выпущено около 500 абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин и их модификаций.

С начала 90-х годов ОАО “ВНИИхолодмаш-Холдинг’’ совместно с ОАО “Пензхиммаш” создало новое поколение абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин и их модификаций для работы в режимах теплового насоса. Внедрение на основе 30-летнего опыта новых конструктивных и технологических решений, применение коррозиестойких материалов для теплообменных поверхностей позволило создать машины повышенной надежности, значительно меньшей массы и габаритных размеров, удвоить срок службы. Наряду с наиболее широко применяемыми образцами АБХМ-1000 и АБХМ-3000 по заявкам заказчиков могут быть изготовлены и поставлены в течение 8-10 мес. другие типоразмеры машин холодопроизводительностью от 300 до 6000 кВт.

В настоящее время абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины нового поколения внедряются на предприятиях металлургии и нефтехимии для работы в режиме холодильной машины или теплового насоса.

Абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина как термотрансформатор, используя в качестве хладагента воду, является наиболее экологически чистым, взрывопожаробезопасным оборудованием. Потребителями теплоты, вырабатываемой абсорбционными тепловыми насосами, могут быть любые системы отопления и горячего водоснабжения жилых комплексов (без ограничения) и промышленные производства. Вариант схемы работы абсорбционного термотрансформатора для круглогодичного холодотеплоснабжения представлен на рис. 2.

Рис. 2. Абсорбционный термотрансформатор для круглогодичного холодоснабжения: а — летний режим; б зимний режим; 1 — конденсатор; 2 — генератор; 3 — испаритель; 4 абсорбер

Созданию и внедрению абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин способствовали многие крупные ученые и талантливые инженеры. Значительное внимание этой проблеме уделяли проф. А.В.Быков, проф. И.М.Кал- нинь, И.К.Савицкий. Большой вклад внесен бывшим начальником проектного отдела Т.В.Гоголиной, а также сотрудниками отдела теплоиспользующих машин Г.И.Сычковой, Ю.А.Вольных и многими другими.

Разработки и исследования абсорбционных машин осуще ствлялись в содружестве с кафедрой холодильных машин СПбГУНиПТ. Результаты работ, выполненных под руководством проф. А.В.Бараненко и проф. Л.С.Тимофеевского по исследованию действительных процессов в машинах, подбору новых рабочих веществ, созданию эффективных поверхностно-активных веществ и ингибиторов коррозии, вы бору наиболее эффективных схемных и конструктивных решений аппаратов машин, были внедрены на практике.

Много труда вложили в организацию серийного производства машин технический директор ОАО “Пензхиммаш” Б.С.Зац, а также начальники КБ завода Г.В.Голубинский и Н. С.Шаблий.

About the authors

N. G. Shmuylov

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Cand. tech. Sciences

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Pic. 1. Refrigeration station of the Belotserkovsky Tire and RAI Plant

Download (1MB)

Indexing metadata

3. Rice. Fig. 2. Absorption thermotransformer for year-round refrigeration supply: a - summer mode; b winter mode; 1 - capacitor; 2 - generator; 3 - evaporator; 4 absorber

Download (649KB)

Indexing metadata