Absorption lithium bromide heat converters of new generation

Full Text

Абсорбционные преобразователи теплоты (АПТ) представляют собой термодинамическую систему, осуществляющим трансформацию теплоты с высокотемпературного уровня на низко температурный (понижающий АПТ) и, наоборот, с низкотемпературного уровня на более высокий (повышающий АПТ) с помощью совмещенных прямого и обратного циклов

Среди различных чипов АПТ наибольшее распространение получили понижающие абсорбционные бромистомтиевые преобразователи теплоты АБПТ предназначенные для работы в режимах

• холодильной машины;
• теплового насоса;
• комбинированной холодильной машины и теплового насоса.

Подавляющее большинство выпускаемых зарубежными фирмами (США, Японии и Китая) АБПТ предназначено только для охлаждения воды, используемой комфортном и технологическом кондиционировании. Объем производства таких машин за рубежом значителен. Например, только Япония в 90-е годы производила ежегодно 2200-2400 крупны» машин холодопроизводительностью более 300 кВт.

Широкое распространение АБПТ объясняется их высокой эффективностью, экологической чистотой, бесшумнойстью, простотой в обслуживании, длительным сроком службы и др. АБПТ менее энергоемки, чем парокомпрессионные холодильные машины и тепловые насосы, но для их работы необходим Источник теплоты. В качестве такого источника Mогут быть использованы парили горячая вода с температурой 80... 160 "С или¹ непосредственно продукты сгорания газообразного или жидкого топлива. Можно использовать теплоту, получаемую при утилизации вторичных энергоресурсов (ВЭР) [2]. Рабочим веществом в ЛБПТ1 служит вода, а абсорбентом — водный раствор соли бромистого лития. Этот раствор пожаровзрывобезопасен и безвреден, а все процессы в АБПТ протекают] вакууме. Элементы АБПТ не испытывают динамических нагрузок и поэтому могут располагаться на любом этаже зданий В настоящее время АБПТ использует преимущественно для выработки холода на температурном уровне 5... 10 °C.

В последние годы широкое распростри пение в мире получили АБПТ с топкой на газовом или жидком топливе. Их доля в общем объеме продукции некоторый фирм достигает 70 %. Это объясняется высокой экономичностью и автономностью АБПТ, что существенно расширяет применения, сокращает эксплуатацию систем теплоснабжения. АБ ПТ с топкой выполнять две функции: в летнее время работать как холодильная машина.

В холодное время года — как водогрейная.

В настоящее время за рубежом интенсивно ведутся работы но созданию АБПТ, Катающих в режиме теплового насоса отопления и горячего водоснабжения. И нашей стране производство АБПТ начато в конце 60-х годов. Серийно Впускались холодильные АБ ПТ мощностью 1100 и 3000 к Вт (АБХА-1000 и АБХА-8 (соответственно). Были также агрегаты: АБХА-ЯХТ-для одновременной выработки холода и теплоты и АБХА-2500 TH -для обработки только теплоты. В случае использования высокопотенциальных хороших источников с температурой 10...180°C серийный агрегат АБХА-2500 исполняли высокотемпературной примой, состоящей из ступени генератор высокого давления и высоко теплообменника растворов Ш-2500-2В) [1, 4, 5].

Все перечисленные выше отечественные АБПТ можно отнести к машинам первого поколения. Источником в них служат пар или горячая па, основным конструкционным матером для их изготовления - углеродистая сталь. При толщине стенок труб реальный срок службы машин превышал 5—7 лет.

В зарубежных АБПТ теплообменные поверхности изготовляются толщиной не нее 1.0 мм из медных или медно-никелевыхсплавов. Поэтому они имеют существенно меньшие габариты, массу, требуют меньшее количества дорогостоящего лития для зарядки аппаратов, срок службы их составляет более 25 лет, почти в три раза больше, чем у отечественных АБПТ первого поколения.

Низкие потребительские качества первого поколения привели к необходимости создания различных модификаций отечественных АБПТ нового поколения с использованием современных наукоемких технологий.

По инициативе академика РАН В.Е.Накорякова в Институте теплофизики СО РАН в начале 90-х годов были начаты работы по созданию отечественного АБПТ нового поколения. Работы велись совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом низкотемпературных и пищевых технологий, а также с рядом НИИ и КБ Новосибирска. При разработке АБПТ использовали современные методы математического моделирования тепловых и газогидродинамичсских процессов. За истекший период был осуществлен большой объем НИОКР, проведены промышленные испытания опытных образцов АБПТ новых типов.

На Новосибирском металлургическом заводе были проведены испытания абсорбционного бромистолитиевого преобразователя теплоты типа АБТН-2000Г (рис.1) в режимах теплового насоса с топкой на газовом топливе теплопроизводительностью 2000 кВт [3].

 

Рис. 1. Общий вид абсорбционного бромистолитиевого теплового насоса с топкой на природном газе

 

На Барнаульском заводе синтетического волокна проведены пробные испытания генератора теплового насоса АБТН- 2000М с топкой на мазуте. На Новосибирской ТЭЦ-4 с января 1999 г. находится в эксплуатации теплонасосный АБПТ мощностью 2000 кВт с паровым обогревом (АБТН-2000П). Испытания таких машин и опыт их эксплуатации позволили разработать и приступить к промышленному производству АБПТ различных модификаций.

 

Таблица1

Основные показатели абсорбционных бромистолитиевых преобразователей теплоты нового поколения при работе в режимах теплового насоса (тип АБТН)

Параметры	АБТН- 2000 П	АБТН- 5000 П	АБТН 2000 Г	АБТН- 5000 П
Теплопроизводигельность, кВт	2200	5500	2000	5000
Количество используемой низкопотенциальной теплоты, кВ г	800	2000	800	7000
Температуры нагреваемой воды. °C: вход выход	30...60 50…90
Температуры охлаждаемой воды, °C: вход выход	25...65 10...45
Расходы  теплоносителей: греющего пара давлением 0,3-0,7 МПа, кг/ч газового топлива, м/ч нагреваемой воды, м/ч охлаждаемой воды, м/ч	2000 35 ..85 30...70	5000 90...2I0 75...I75	140 35...85 30-70	350 90...210 75-175
Потребляемая электроэнергия, кВт	4	8	6	12
Коэффициент трансформации теплоты (отношение количества теплонроизводитсльности к затраченной теплоте греющего источника)	1,65-1,75
Габаритные размеры (длина х ширина х высота), м	4,6x2,0x3,5	7,2x2,6x4,0	4,6x3,0x2,5	7,2x5,5x3,0
Масса (сухая), т	10,5	24	11	25

 

В табл.1 приведены основные показатели некоторых тепловых насосов (тип АБ1 Н), предназначенных для нагрева воды до 50—90 °C. В качестве источника теплоты используются водяной пар (АБТН-2000П. АБТН-5000П), газовое или жидкое топливо (АБТН-2000Г, АБТН- 5000Г). На рис. 2 приведены зависимости характеристик АБТН от изменения параметров внешних источников теплоты.

 

Рис.2. Схема подключения к АБТН внешних источников теплоты (а) и зависимости относительной теплопроизводительности АБТН от параметров внешних источников теплоты (б)

 

В табл. 2 даны основные показатели некоторых АБ ПТ в режимах холодильной машины с паровым обогревом и одноступенчатой схемой регенерации раствора (АБХМ 1-1500П, АБХМ1-600П); с паровым обогревом и двухступенчатой схемой регенерации раствора (ЛБХМ2-1500П); с топкой на газовом топливе и двухступенчатой схемой регенерации раствора (АБХМ-1000Г).

 

Таблица 2.

Основные показатели абсорбционных бромистолитиевых преобразователей теплоты нового поколения при работе в режим холодильной машины (тип АБХМ)

Параметры	АБХМ1-1500П	АБХМ2-1500П	АБХМ-1000Г	АБХМ-600Г
Хо.юно) фоизводителы юсть, kBi	1500	1500	1000	600
Температуры охлаждаемой воды [вход/выход), °C	12/7
Температуры охлаждающей воды вход/выход), °C	28/36
Расход теплоносителей: греющего пара давлением 0,6 МПа. кг/ч греющего пара давлением 0,15 МПа, кг/ч газового юплива. м’/ч эхлаждаемой воды, м3/ч эхлаждаюгцей воды, м3/ч	3800 260 390	2000 260 300	- 175 200	- 1400 150
Потребляемая электроэнергия, кВi	12	12	7	4,51
Тепловой коэффициент отношение холодопроизводительность к затраченной теплоте греющего источника	0,65-0,75	1,1	1,2	0,65 0,75
Габаритные размеры длинна х ширина х высота). м	7,5х2,0хЗ,5	7,5x3,0x3,5	5,3х3,2х2,8	5,1х15х7
Масса (сухая), т	20,5	23	16,0	8

 

Применение в теплообменных аппаратах тонкостенных медноникелевых труб специального профиля позволило значительно повысить надежность и снизить удельную металлоемкость отечественных АБ ПТ нового поколения, сделать их более компактными и продлить срок службы. Введение в раствор поверхностно-активных веществ способствует интенсификации тепломассообмена. Использование новых ингибиторов коррозии, обеспечивающих практически 100%-ную защиту от нее всех элементов машин в различных рабочих фазах (жидкой, паровой, па границе раздела фаз), дает возможность увеличить срок службы АБ ПТ до 25 лет. Машины поставляются в полной заводской готовности, для их зарядки требуется небольшое количество бромистого лития.

Для циркуляции водного раствора бромистого лития и воды применяются высоконадежные и ремонтопригодные отечественные специальные герметичные бессальниковые насосы с магнитной муфтой и малым кавитационным запасом.

При создании АБПТ особое внимание было уделено их герметичности (вакуумной плотности), которая на 2 порядка выше, чем у отечественных АБПТ первого поколения. Машины оснащены современными приборами автоматизации и защиты.

Таким образом, отечественные АБПТ нового поколения по своим параметрам соответствуют зарубежным образцам подобной техники. В то же время их цена существенно ниже.

Опыт эксплуатации и анализ эффективности АБПТ нового поколения показывают следующее.

• При работе в режимах теплового насоса себестоимость получаемой в АБТН теплоты па 20— 30 % ниже себестоимости теплоты, получаемой в котельных, при этом экономия топлива составляет 40—50 %. Учитывая существующие тарифы на теплоту от централизованных энергосистем, себестоимость теплоты, получаемой в АБТН, в 2-3 раза ниже.
• Использование АБТН для одновременного получения теплоты и охлаждения технологических объектов приводит к дополнительному повышению экономической эффективности систем с АБТН. При обогреве АБТН путем сжигания в них природного газа достигаются наибольшая экономическая эффективность и наименьший срок окупаемости капитальных вложений (не более 1 года).
• Себестоимость холода, получаемого в АБХМ. использующих низкопотенциальные тепловые выбросы (пара или воды с температурой 85... 110 °C), в 2-3 раза ниже себестоимости холода, получаемого в парокомпрессионных холодильных машинах.
• Себестоимость холода, получаемого в АБХМ, использующих пар давлением 0,4-0,8 МПа, при существующих (усредненных для европейской части России) ценах на теплоту и электроэнергию о поставила с себестоимостью холода, получаемого в парокомпрессионных холодильных машинах.
• Себестоимость холода, получаемой АБХМ с топкой на природном газе, щ существующих цепах на природный газ электроэнергию в России на 30-40 ниже себестоимости холода, получаемого в парокомпрессионных холодильные машинах. При фиксированной электроэнергии, даже в случае 2- кратного увеличения стоимости газа, АБХМ с топкой на природ» газе будут более эффективны по сравнению с парокомпрессионными холодильными машинами.

About the authors

A. V. Baranenko

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

Dr. tech. sciences, prof.

Russian Federation

A. V. Popov

Email: info@eco-vector.com

cand. tech. Sciences

Russian Federation

L. S. Timofeevsky

Email: info@eco-vector.com

Dr. tech. sciences, prof.

Russian Federation

O. V. Volkova

Email: info@eco-vector.com

cand. tech. Sciences

Russian Federation

References

Supplementary files