Абсорбционни термопомпи в топлинната схема на ТЕЦ. Анализ на ефективността на различните видове термопомпи

анотация

На примера на UES на Беларус се разглежда възможността за използване на абсорбционни термопомпи на литиев бромид за блокиране на разсейването на топлинната енергия с циркулираща вода и охлаждаща вода на генератора и масло на смазочната система. PDF

абстрактно

Възможността за използване на абсорбционна термопомпа, работеща върху разтвор LiBr за избягване на смазочното масло, излъчването на генератора и разсейването на топлината от циркулиращата вода е разгледана в тази статия на примера на Обединената енергийна система на Беларус.

Абсорбционни термопомпи в топлинната схема на ТЕЦза подобряване на енергийната му ефективност

В. Н. Романюк, док. технология Науки, Д. Б. Муслина, А. А. Бобич, майстори на техниката. Науки, Н. А. Коломицкая, магистър по икономика Науки, Т. В. Бубир, студент, Беларуски национален технически университет, RUE "BELTEI",С. В. Малков,Директор на ЗАО Сервиз за топлинна и студена техника

Въведение

Според проучванията на Руската академия на науките преходът към комбинирана технология на ТЕЦ е по-ефективен от прехода към комбиниран цикъл на кондензационни електроцентрали (КЕС) и трябва да се извърши на първо място. Подобряването на ТЕЦ с помощта на високотемпературни надстройки на газови турбини (GTU) изисква големи капиталови инвестиции, докато привличането на инвеститор за IES в условията на Беларус се оказа по-малко трудна задача, което определи изоставането в модернизация на ТЕЦ от преход към комбиниран цикъл IES.

Днес кондензационни агрегати с комбиниран цикъл със специфичен разход на гориво (SFC) за производство на електроенергия на ниво 220 g/(kWh) се въвеждат в UES на Беларус, което е сравнимо със стойността му в парнотурбинните ТЕЦ на република. Това обстоятелство, заедно с промяната в ситуацията на енергийния пазар, изостри проблема с повишаването на ефективността на парнотурбинните когенерационни централи и обуславя необходимостта от повишаване на тяхната ефективност с помощта на по-евтини проекти. Съответните решения, което е напълно разбираемо, са необходими, за да запазят своята релевантност по време на последващото прехвърляне на ТЕЦ към технологията с комбиниран цикъл. Такива решения включват интегрирането на топлинни акумулатори в ТЕЦ, както и други иновации, например прехвърляне на турбогенератори за работа с влошен вакуум. В същото време последното е свързано с необходимостта от промяна на дизайна на парната турбина: вграждане на мрежов пакет в кондензатора, модификация на последните степени на турбината. И двете, както и работата на турбинна инсталация с влошен вакуум, не винаги са приемливи по една или друга причина. При тези условия алтернативно решение за прехода към влошен вакуум може да бъде използването на абсорбционни термопомпи с литиев бромид (ABTH). С тяхна помощ се осигурява по-ефективно решение на същия проблем за блокиране на разсейването на топлинна енергия с циркулираща вода, като не са необходими промени в конструкцията на турбинната инсталация.

Посочените ABTN се произвеждат в готов дизайн, удобен за монтаж и експлоатация, наречен чилър. Позволяват едновременно използване като охладители, осигуряващи захранване със студена вода по температурен график 7/12 °C, което е необходимо например в ТЕЦ, когато се прехвърля на работа с надстройка на газова турбина за охлаждане на въздуха влизане в компресора на газовата турбина. В резултат на това се постига почти непрекъснато използване на абсорбционната инсталация през цялата година. Интегрирането на ABTN, например, в термичната верига на турбогенератора PT-60 осигурява годишна икономия на природен газ от повече от 5,5 хиляди тона еквивалент на гориво, като в същото време са изпълнени необходимите икономически ограничения: просто възвръщаемост на инвестицията до 2 години от момента на въвеждане в експлоатация, съответните стойности на динамичния период на изплащане, вътрешната норма на възвръщаемост и др.

Проблемът с кондензационното преминаване на пара в когенерационните турбогенератори

Технически, минималното преминаване на пара в кондензатора на турбогенератори от типове "P", "T", "PT" и свързаното с това прекомерно потребление на гориво, което преди това не повдигаше въпроси, днес е неприемливо. Например за вече споменатите най-разпространени турбогенератори PT-60 и техните модификации минималният проход на пара към кондензатора е ограничен до 12 t/h. При първоначални параметри на парата от 13 MPa, като се вземе предвид приносът на регенеративните екстракции при този парен проход към кондензатора, мощността за генериране на енергия на турбогенератора PT-60-130 е 4,3 MW. Разсейването на топлинна енергия с циркулационна вода (CV), която отвежда топлината от процеса на кондензация на 12 t/h пара при налягане 4 kPa, е 6,3 Gcal/h. URT за производство на електроенергия при посочения дебит на пара се оценява на 0,42 kg/(kWh), което е »0,2 kg повече от изместеното производство на електроенергия при комбинирани кондензационни агрегати. Като се вземат предвид 5% от загубите на електроенергия за доставката й до промишлените товари на ТЕЦ, този показател за IES е 0,24 kg/kWh. При годишно време на работа на турбогенератора от 7,5 хиляди часа, изгарянето на гориво е »6 хиляди тона еквивалент на гориво, в чуждестранна валута - повече от 1,5 милиона щатски долара. Във връзка с общия брой на когенерационните централи в страната (36 единици) става очевидна неотложността на задачата за премахване на такова нерационално използване на гориво. В горните изчисления за затваряща ТЕЦ се приема блок с комбиниран цикъл с абсолютна електрическа ефективност 54%. Изборът се дължи на факта, че (като се вземе предвид структурата на потреблението на топлинна и електрическа енергия в страната, както и промените в структурата на генериране на тези енергийни потоци след въвеждането на високотемпературни надстройки в парнотурбинни ТЕЦ ), с пускането в експлоатация на атомни електроцентрали като част от производствените мощности на ЕЕС на Беларус, не остава натоварване за парнотурбинните КПЕ, използвани днес като затварящи мощности.

Решаване на проблема с потискането на разсейването на топлинна енергия с циркулираща вода чрез прехвърляне на турбогенератори към работа с влошен вакуум

Налягането в турбинния кондензатор при работа в деградиран вакуум (НС) нараства до 0,06 MPa, а мощността за производство на електроенергия при разглеждания дебит от 12 t/h пара към кондензатора е 3,4 MW. В същото време парата се измества от извличането на топлина в количество, съответстващо на поток от топлинна енергия от 6,3 Gcal/h (7,2 MW). Специфичната мощност на Т-екстракция на разглеждания турбогенератор, като се вземе предвид приносът на регенерационните потоци, е ≈516 kWh/Gcal, което позволява да се определи намаляването на производството на електроенергия до 3,2 MW при преминаването на пара към Т-екстракция поради прехода към режим HC. Така по време на прехода към деградиран вакуум в кондензатора PT-60, поради намаляване на производствения капацитет на ТЕЦ, той се прехвърля към ТЕЦ до 4,3 - (3,4 - 3,2) = 4,1 MW. Съответната почасова системна икономия на гориво се оценява на 0,79 tce. тона/ч и се състои от следните термини в сравнение с нормалния режим, които се извършват във връзка с:

Преместване на генерирането върху парния поток към кондензатора и прехвърлянето му към ПГУ ПГУ: 4,3 (0,42 - 0,24) = 0,77 t/h;

Изместване на генерирането върху парния поток в Т-образния отвор и прехвърлянето му към CCGT CPP: 3,2 (0,17 - 0,24) = -0,22 t/h;

Генериране в режим SW върху потока на пара към кондензатора с URT равно на 164 g/(kWh), което се оценява на 3,4 · (0,24 - 0,164) = 0,25 t/h.

Очевидно е, че когато турбогенераторът се превключи на работа с влошен вакуум, годишният брой часове на неговата работа, който определя, наред с други неща, системната икономия на гориво, зависи от специфичните условия на зоната за подаване на топлина и състава на ТЕЦ. В случай, че той е равен на посочените по-рано 7,5 хиляди часа, годишната икономия на гориво на системата ще бъде 5,9 хиляди тона еквивалент на гориво.

Абсорбционна термопомпа

Абсорбционна термопомпа - непрекъснато устройство, предназначено да пренася топлинна енергия от източник с по-ниска температура към източник с по-висока температура. За да се компенсира такъв неестествен трансфер на топлинна енергия, е необходимо да се изразходва топлинна енергия (TE) на ABTN задвижването. Инсталациите за реверсивна абсорбция са по-ниски по енергийни характеристики на машините за компресиране на пара, но ако последните изискват енергийно и икономически по-ценна механична енергия за работа, първите могат да използват евтина топлинна енергия от извличане на парни турбини, използване на котли, енергия от отработени газове на газови двигатели с вътрешно горене и вторични енергийни ресурси. Това обстоятелство определя нишата за ABTN, която те ще заемат в близко бъдеще в различни технологични системи.

В ролята на работния флуид в ABTN се използват разтвори (в разглеждания случай водата е литиев бромид), в които концентрацията на компонентите е различна за течната и парната фаза. Концентрацията на компонентите не може да се различава от стойността, съответстваща на уравнението на равновесието на разтвора, което прави възможно кондензирането (поглъщането) на студена пара от по-горещ течен разтвор, докато концентрациите се изравнят в съответствие с определеното уравнение.

В най-простия случай ABTN е комбинация от четири топлообменника, поставени в един интегриран корпус. Работата им е позната на енергийния персонал и не създава проблеми (фиг. 1). Два топлообменника (генератор и кондензатор) работят при по-високо налягане и целта им е да получат нискокипяща течност, в случая вода, в почти чист вид. Другите два топлообменника (изпарител и абсорбатор) работят при понижено налягане. Тяхната задача е да отстранят топлинната енергия от източника и да превърнат получената пара в компонент на течен разтвор. В хода на описаните трансформации топлината на съответните процеси на сорбция и кондензация се отстранява от абсорбера и кондензатора, която се прехвърля към нагрятата охлаждаща течност, например нагряваща вода. Необходимо е само да се изключи преминаването на температурите на хладилния агент през граничните стойности, които не са допустими за разтвор на вода в литиев бромид, както по време на съхранение, така и по време на работа. С други думи, има гранични стойности за температурите на топлоотделящите (използвани) и топлоприемащите потоци, при които е възможна работа на ABTN. Схемата на истински ABTN е малко по-сложна, което е свързано с регенерация, което повишава енергийната ефективност на инсталацията, което леко увеличава броя на топлообменниците и сложността на схемата.

Ефективността на ABTN до голяма степен зависи от температурния диапазон, в който работи: колкото по-тесен е последният, толкова по-висока е енергийната ефективност на инсталацията. Освен това има гранични температури за отделящи топлина (за еднократна употреба) и топлоприемащи потоци, при които е възможна работа на ABTN.

Когато температурата на отопляемия поток е 55 °C, което съответства на температурата на връщащата мрежова вода през неотоплителния период, подаването на циркулационна вода за депониране се извършва по график 17/22 °C (в налягането в кондензатора е 4 kPa). Подгряването на мрежовата вода в този случай се осигурява до температура 64 °C. По време на отоплителния период, когато температурата на връщащата мрежова вода може да достигне 70 °C, температурата на циркулационната вода ще бъде 49/45 °C, което съответства на налягане в кондензатора от 15 kPa. Водата в мрежата се загрява до 79 °С. При температури на отоплителната вода в посочения диапазон други характеристики на потока могат да се определят чрез линейна интерполация. При средна температура на отоплителния период от -0,7 °С температурата на връщащата мрежова вода е 47 °С, а налягането в кондензатора, необходимо за ABTN, ще бъде 4 kPa. Като се има предвид ситуацията с промените в параметрите на потока през годината, може да се заключи, че като първо приближение блокът ABTN ще гарантира поддържането на налягането в кондензатора на ниво от 4 kPa през целия период на работа. Налягането на нагревателната пара за задвижването ABTN не трябва да бъде по-ниско от 0,4 MPa, което може да се осигури чрез извличане на пара от регенеративната екстракция № 4 на турбината PT-60. Коефициентът на нагряване ABTN в тези случаи е 1,7.

Същност на метода и оценка на енергоспестяващия ефект

В термичната схема на турбогенератора има няколко топлинни потока, разсейвани в околната среда. На примера на турбогенератора PT-60 това са: споменатият вече охлаждащ поток CV с мощност 7,3 MW, потоците на генератора и системите за охлаждане на маслото с общ капацитет 0,47 MW. Изброените топлинни потоци, чиято мощност е 7,8 MW, се изпращат към ABTN с циркулационна вода, в която се охлажда до »4 °C (фиг. 2). За задвижването ABTN се изразходва топлината от процеса на кондензация на пара, необходимостта от която се определя от коефициента на нагряване ABTN и в този случай топлинният товар, който определя консумацията на пара, е 40,2 GJ/h (9,6 Gcal/h ). Поток от топлинна енергия с мощност 18,9 MW се прехвърля към мрежовата вода, загрявайки я с 10,2 °C.

В резултат на обмисленото използване на ABTN, при запазване на топлинния товар на ТЕЦ, генерирането на електроенергия се преразпределя между източниците на системата, като в нашия пример се наблюдава намаляване на производството в когенерацията с 4,7 MW с CRT от 0,42 kg/(kWh), което се дължи на следното:

• натоварването при извличане на топлина е намалено с 15,9 Gcal/h, във връзка с което производствената мощност е намалена с 8,2 MW (специфичната мощност на T-екстракция е 516 kWh/Gcal);
• натоварването на регенеративната екстракция № 4 се увеличава с 9,6 Gcal/h, необходими за задвижването ABTN, което увеличава мощността на генериране с 3,5 MW (специфичната мощност на регенеративната екстракция № 4 е 362 kWh/Gcal).

Като се вземе предвид посоченото намаляване на мощността на потока за производство на електроенергия с 4,7 MW, при запазване на доставената топлинна енергия, намаляването на годишния разход на гориво на ТЕЦ в нашия случай ще бъде до 11,9 хиляди тона горивен еквивалент:

• 4,3 0,42 7,5 = 13,5 хиляди tce - намаляване, свързано с елиминиране на производството на електроенергия с URT 420 g/(kWh) при преминаване на пара към кондензатора;
• 4,3 (0,17 – 0,136) 7,5 = 1,1 хиляди tce - намаляване, свързано с преноса на производството на електроенергия от потока на топлоотвеждане от HRT от 170 g/(kWh) към потока към кондензатора, с охлаждане на циркулиращата вода в ABTN, което съответства на HRT от 136 g/(kWh);
• 3,2 (0,17 – 0,283) 7,5 = –2,7 хиляди tce - увеличение, свързано с прехвърлянето на производството на електроенергия от потока на топлоотвеждане с RRT 170 g/(kW×h) към потока към регенеративно извличане № 4 с RRT 283 g/(kW×h).

В същото време годишната системна икономия на гориво в нашия случай ще бъде до 5,5 хиляди тона горивен еквивалент.

Дадените резултати са допълнени с обяснителни диаграми на различните режими на работа на разглеждания турбогенератор на фиг. 3–5.

Абсорбционни термопомпи в схемата за когенерация

За да сдвоите ABTN с турбогенератора PT-60, можете да използвате както два чилъра с по-малък размер, така и един с по-голям размер. Вариантът с два ABTN изглежда е по-гъвкав. За задвижването им могат да се използват различни охлаждащи течности: пара, вода, димни газове, гориво. В този случай това е пара с налягане най-малко 0,4 MPa. Във варианта с два блока, освен всичко друго, се осигурява еднаквост на абсорбционното оборудване на когенерационната инсталация: термопомпите и охладителите са взаимозаменяеми, което може да бъде полезно при добавяне на газотурбинни агрегати към когенерационната инсталация, когато е необходимо да се стабилизират параметрите си през лятото, охлаждайки всмукания от компресора въздух. Разположението на ABTN е възможно както в контейнерен вариант, така и в сграда. Във всички случаи е необходимо температурата в помещението да не пада под 5 °C. Разбира се, необходим е индивидуален подход въз основа на сложните условия на конкретен обект: оформление, хидравлично и т.н.

Икономическа оценка

Като се вземат предвид разходите за строително-монтажни работи и спомагателно оборудване, изпълнението на варианта, разгледан в примера, изисква около 3 милиона щатски долара. За ТЕЦ с годишен брой часове на работа на турбогенератор от 7,5 хиляди, възвръщаемостта на инвестициите и други показатели се определят от намаляване на потреблението на природен газ с 11,9 хиляди тона горивен еквивалент. с постоянно топлинно натоварване и намаляване на мощността за производство на електроенергия с 4,7 MW. Среднопретеглената тарифа и цена на електроенергията в ТЕЦ са съответно 88,5 и 51,4 USD/(MWh). С цената на природен газ 244 USD за 1 тон еталонно гориво. годишният икономически ефект осигурява проста възвръщаемост на инвестицията - 2,3 години. Динамичният период на изплащане при дисконтов процент от 20% е 2,8 години, вътрешната норма на възвръщаемост е 42% (фиг. 7).

Динамичният период на изплащане при дисконтов процент от 20% надхвърля хоризонта на изчисление от 10 години и само при дисконтов процент от 15% намалява до 9,6 години.

Системните годишни спестявания на гориво в резултат на изпълнението на проекта се оценяват на 5,5 хил. тона условно гориво. В същото време, разбира се, консумацията на топлинна и електрическа енергия остава непроменена. Годишният икономически ефект от системното намаляване на потреблението на природен газ се оценява на »1,3 милиона щатски долара. С другите стойности на аргументите, дадени по-рано, простият период на изплащане е 2,7 години, динамичният период на изплащане при дисконтов процент от 20% е 4,3 години, вътрешната норма на възвръщаемост е 35% (фиг. 9) .

Представените енергийни и икономически показатели показват отличната инвестиционна привлекателност на проекта за ИПС на страната.

констатации

1. Актуално е блокирането на разсейването на енергията в топлинните вериги на ТЕЦ. Структурно, това се постига най-просто чрез интегриране на ABTN в термичната схема на CHP. В същото време има високи технически и икономически показатели, които гарантират инвестиционната привлекателност на проекта.

2. Намаляване на загубите на топлинна енергия в когенерационните вериги чрез преминаване към работа на турбогенератори с влошен вакуум или използване на ABTN разширяват възможностите за решаване на проблема. Изборът на оптимално решение изисква диференциран подход, базиран на условията на конкретна зона за подаване на топлина и състава на оборудването за генериране на топлина.

3. Използването на ABTN в когенерационните вериги намалява производството на електроенергия в ТЕЦ поради изключването на генерирането му върху парния поток към кондензатора, което, наред с други неща, улеснява покриването на графика за консумация на електроенергия по отношение на преминаване минимални натоварвания на UPS. Интегралната промяна в производството за всички ТЕЦ в страната се оценява на до 300 MW.

4. Интегрирането на абсорбционни термопомпи в топлинни вериги на ТЕЦ с цел блокиране на разсейването на топлинна енергия също е необходимо, ако се реализира опцията за прехвърляне на турбогенератори към работа с влошен вакуум, тъй като с помощта на ABTN е възможно да се оползотворяват топлината на маслените охладителни системи, генератори и др.

5. Намаляване на производството на електроенергия в ТЕЦ с 4,7 MW при запазване на топлинния товар и същевременно намаляване на потреблението на природен газ директно в ТЕЦ с »12 хил. тона горивен еквивалент. годишно определят икономическата целесъобразност в зависимост от тарифите за природен газ и електроенергия, лихвите за рефинансиране и др. в даден регион. Във всички случаи са осигурени високи енергийни и икономически показатели на проекта.

6. Инвестициите, необходими за реализацията на разглеждания пример, се оценяват на около 3 милиона щатски долара. Изплащането на ABTN отговаря на съществуващите икономически ограничения, за да се гарантира осъществимост на инвестициите.

7. Разгледаният пример е даден за турбогенератор PT-60-130 с дебит на пара към кондензатора 12 t/h и мрежово водно натоварване 19 Gcal/h, което при необходимост може да бъде намалено до 14 Gcal/ з. С увеличаване на топлинното натоварване е необходимо да се използва по-мощен ABTN.

8. Използването на ABTN е целесъобразно в топлотехнически системи, където има преди всичко топлинни потоци от комбинирани блокове за производство на енергия, вторични енергийни ресурси и др.

литература

1. Попирин Л. С., Дилман М. Д. Ефективност на техническото преоборудване на топлоелектрически централи на базата на парогазови инсталации Теплоенергетика. - 2006. - No 2. - С. 34–39.

2. Романюк В. Н., Бобич А. А., Коломицкая Н. А., Муслина Д. Б., Романюк А. В. Ефективно осигуряване на графика за натоварване на енергийната система // Енергетика и управление. - 2012. - No 1. - С. 13–20.

3. Хрусталев Б. М., Романюк В. Н., Ковалев Я. Н., Коломицкая Н. А. По въпроса за осигуряване на графиците на електрическото натоварване на енергийната система с участието на потенциала на енергийните технологични източници на промишлените предприятия. Енергетика и управление. - 2010. - No 1. - С. 4–11.

4. В. Н. Романюк, А. А. Бобич, Н. А. Коломицкая и др. „Подобряване на ефективността на газовите турбини в ТЕЦ през лятото“, Енергия и управление. - 2011. - No 1. - С. 18–22.

При проектирането на термопомпена инсталация понякога се налага да изберете термопомпа за отоплителна система с висока температурна крива, например 60/45 °C. Възможността за получаване на високи температури би разширила обхвата на термопомпите. Това е особено вярно за, тъй като те се влияят от температурните колебания в околния въздух.

Повечето термопомпи са в състояние да постигнат температурна разлика между нискокачествения източник на топлина и подаването на отопление от не повече от 60°C. Това означава, че при температура на околната среда от -15 °C, максималната температура на подаване не надвишава 45 °C за термопомпа с въздушен източник. Това вече няма да е достатъчно за загряване на топла вода.

Проблемът е, че температурата на парите на хладилния агент в компресора по време на компресия не може да надвишава 135°C. В противен случай маслото, добавено към веригата на хладилния агент, ще започне да се коксува. Това може да доведе до повреда на компресора на термопомпата.

Диаграмата на налягането и енталпията (енергийно съдържание) показва, че максималната температура в отоплителната система не може да надвишава 45 °C, ако термопомпата с въздушен източник работи при температура на околната среда от -15 °C.

За да се реши този проблем, беше прието просто, но в същото време много ефективно решение. Към веригата на работния флуид е добавен допълнителен топлообменник и разширителен вентил (EXV).

Част от хладилния агент (от 10 до 25%) след кондензатора се отвежда към допълнителен разширителен вентил. Във клапана работният флуид се разширява и след това се подава към допълнителен топлообменник. Този топлообменник служи като изпарител за този хладилен агент. След това нискотемпературната пара се впръсква директно в компресора. За този компресор високотемпературна термопомпаоборудван с още един вход. Такива компресори се наричат ​​компресори "EVI" (междинно впръскване на пари). Този процес се случва по време на втората трета от компресията на изпарения хладилен агент.

Източникът на топлина в допълнителния топлообменник е оставащият хладилен агент, подаван към главния разширителен вентил. Има и положителен ефект. Основният поток хладилен агент се преохлажда с 8-12 °C и влиза в изпарителя с по-ниска температура. Това ви позволява да абсорбирате повече естествена топлина.

Поради тези процеси има "изместване" на температурата, показано на диаграмата. По този начин е възможно парата да се компресира повече в компресора, като се достигне необходимия индикатор за налягане и не се превишава максималната температура от 135 °C.

Въпреки използването на технологията за междинно впръскване на пара, не е възможно да се постигне температура на подаване към топлоснабдителната система над 65 ° C в термопомпи с този дизайн. Максималното налягане на хладилния агент трябва да бъде такова, че в момента на започване на кондензацията работният флуид да не надвишава стойност на температурата, по-голяма от критичната точка. Например, за често използвания хладилен агент R410A, тази точка е 67°C. В противен случай хладилният агент ще премине в нестабилно състояние и няма да може „правилно“ да кондензира.

В допълнение към повишаването на максималната температура, EVI технологията значително се подобрява . Графиката по-долу показва разликата в ефективността между термопомпа, оборудвана с технология за междинно впръскване на пара и конвенционална термопомпа. Благодарение на това свойство компресорите EVI се монтират и в термопомпи земя-вода и вода-вода.

При проектиране на система за топлоснабдяване с термопомпа трябва да се даде предпочитание на нискотемпературни криви на отопление. На такива изисквания отговарят системите за подово отопление, топли/студени стени, вентилаторни конвектори и др. Въпреки това, ако са необходими по-високи температури, трябва да се използват високотемпературни термопомпи с EVI технология за междинно впръскване на пари.

ABTN са високоефективни енергоспестяващи съоръжения за топлоснабдяване на различни съоръжения и са предназначени да загряват вода до 50 - 90°C, като използват топлина от нагряваща пара с налягане до 0,75 MPa или гориво - природен газ, както и нискокачествени отпадъци или естествена топлина като енергиен източник от различни източници с температура 20-40 ° C. Делът на евтината нискокачествена топлина, използвана в ABTN за генериране на полезна топлина, е около 40%. ABTN имат изключителни потребителски свойства: висока ефективност, екологичност, ниско ниво на шум по време на работа, лекота на поддръжка, дълъг експлоатационен живот, пълна автоматизация. ABTN не изисква големи количества електроенергия, както при термопомпите с парни компресори. Работното вещество (хладилен агент) в ABTN е вода, абсорбентът е воден разтвор на сол на литиевия бромид.

ABTN може да се използва за производство на топла вода за отопление и топла вода, за отопление и охлаждане на технологични среди в промишлеността, енергетиката, селското стопанство и др.

Устройство и принцип на действие

ABTN включва топло- и масопреносни апарати за различни цели, свързани с вериги за циркулация на хладилния агент и абсорбента. Топлообменните повърхности на устройствата са направени под формата на хоризонтални снопове от тънкостенни медно-никелови топлообменни тръби. Цялото оборудване на машините е сглобено в един блок върху носеща рама, доставян на клиента като сглобка в пълна заводска готовност. Принципът на действие на ABTN се основава на способността на абсорбиращия разтвор да абсорбира водни пари с по-ниска температура от разтвора. Хладилният агент - водата кипи под вакуум на тръбния сноп на изпарителя, поради топлината, отведена от охладената среда, циркулираща в тръбите (източник на нископотенциална топлина). Водната пара се абсорбира от абсорбиращия разтвор върху абсорбиращия тръбен сноп с отделяне на топлина, която се отстранява от нагрята вода, циркулираща в тръбите. Разреденият разтвор от абсорбера се изпомпва към генератора, където регенерацията (изпаряването) на абсорбираната в абсорбера водна пара се извършва върху тръбния сноп поради топлината на нагряващата охлаждаща течност. Водната пара на хладилния агент, кондензиран от нагрятата вода в кондензатора, се връща в изпарителя, а концентрираният разтвор се връща в абсорбера.

Отличителна черта на руския ABTN от ново поколение са:

ниска специфична консумация на метал;

висока компактност;

дълъг експлоатационен живот;

пълна заводска готовност.

Новите високоефективни инхибитори на корозия осигуряват почти 100% защита от корозия на всички конструктивни елементи.

Рейтинги и характеристики

Номинални параметри на топлоносителите:

Температури, вход/изход: охладена вода - 30/25 о С;

загрята вода - 40/70 o C;

Налягане на нагревателна пара - 0,5 MPa abs;

Калоричната стойност на природния газ е 35,8 MJ/nm 3 .

Изтеглете кратка информация за ABTN. Листовка (1,3 Mb), pdf.

Схеми за използване на ABTN

Генериране на топлина и студ

Работата на термопомпите се основава на способността на концентриран воден разтвор на литиев бромид да абсорбира (абсорбира) водни пари с отделяне на топлина. Температурата на абсорбция е по-висока от температурата на кондензация на парата при същото налягане. В резултат на това става възможно да се „отнеме“ топлината от нискотемпературен източник на топлина и да се прехвърли към загрята вода с по-високо температурно ниво. Всички процеси в машината протичат под вакуум, в затворен цикъл. За регенерирането на разтвор на литиев бромид е необходим източник на топлинна енергия с висок потенциал. Като източник на топлинна енергия се използват: водна пара (ABTN - P), топлина от изгаряне на гориво (ABTN - T). Топлината, необходима за регенериране на разтвора на литиевия бромид, също се прехвърля към нагрятата вода. В същото време специфичната консумация на високопотенциална топлина в термопомпа е намалена с 1,7 пъти в сравнение с конвенционален котел.

Например са дадени диаграми за топлинен баланс за термопомпи и бойлер за гореща вода, работещ с гориво.

Термопомпите, проектирани от ОКБ ТЕПЛОСИБМАШ, използват висококачествени компоненти, конструктивни материали и специални инхибитори на корозия, които осигуряват експлоатационен живот от минимум 20 години. Машините по качество и основни параметри отговарят на световното ниво.

ООО "ОКБ ТЕПЛОСИБМАШ" предлага абсорбционни литиево-бромидни термопомпи с парно и огнено отопление от ново поколение собствен дизайн.Произвеждат се в местни предприятия.По качество и основни параметри отговарят на световното ниво.

ТЕРМОПОМПИ ПРОЕКТИРАНИ ОТ "ОКБ ТЕПЛОСИМБМАШ" ТОВА Е:

• висока ефективност, изключителна компактност, екологичност,
• безшумна работа, лесна поддръжка;
• използването на висококачествени конструктивни материали за топлообменни повърхности (медно-никелови сплави);
• висока вакуумна плътност, високоефективни инхибитори на корозия, експлоатационен живот на машината най-малко 20 години;
• пълна автоматизация, осигуряваща икономичен режим на работа на машините в диапазона 30-100% от мощността;
• оформление на машината в единична единица върху носеща рамка, доставка до клиента като сглобка в пълна заводска готовност;
• липса на динамични натоварвания, монтаж на площадка, предназначена само за статично натоварване от теглото на машината.

Предоставя се цялата гама от инженерингови услуги при проектиране на хладилни станции, монтаж, пускане в експлоатация, обучение на обслужващ персонал, гаранционно обслужване на доставеното оборудване.

А. В. Попов, Институт по топлофизика SB RAS (IT SB RAS)

През последното десетилетие у нас се наблюдава значителен интерес към термопомпите (ТП). Това се дължи преди всичко на покачващите се цени на енергията и екологичните проблеми. За това допринася и чуждият опит.

Трябва да се отбележи, че термопомпената технология е широко използвана в чужбина повече от 30 години. В Русия практическото използване на HP е в начален стадий. Тази ситуация с използването на HP в Русия е свързана както с обективни, така и с субективни причини.

В момента на пазара има различни видове HP. Специалистите често имат проблеми с обосноваването на заявлението и избора на оптималния тип HP за конкретно съоръжение. Тази статия предоставя разширена класификация на най-често срещаните типове HP, методология за анализ на тяхната ефективност, практически съвети за избор на типа HP, като се вземат предвид характеристиките на конкретен обект.

Основни видове и класификация на HP

Термопомпата е термодинамична система (техническо устройство), която ви позволява да преобразувате топлината от ниско температурно ниво към по-високо. Тези машини са предназначени основно за производство на топла вода, въздух, подходящ за отопление, топла вода и други цели. Предпоставка за използването на HP е наличието на нискотемпературен източник на топлина, който според температурните параметри не е подходящ за използване като нагревателна среда за горните цели.

В момента са идентифицирани две основни основни направления в развитието на TN:

Термопомпи за парна компресия (PTH);

Абсорбционни термопомпи (ATH).

Парна компресия термопомпи.

Има различни видове PTN. Според нискотемпературния източник на топлина и нагрятата среда PTN се разделят на типове: "вода-вода", "въздух-вода", "въздух-въздух", "вода-въздух". Според вида на използваното компресорно оборудване, спираловиден, бутален, винтов и турбо компресор. По вид задвижване на компресора - електрически, задвижвани от двигател с вътрешно горене, газова или парна турбина.

Като работна топлина в тези машини се използват фреони - основно флуорохлорсъдържащи въглеводороди, T.N. фреони.

Конструкцията и работата на PTN са описани подробно в.

Абсорбционни термопомпи.

ATH се делят на два основни вида - воден амоняк и сол. Водата е абсорбентът в бойлера, а амонякът е хладилният агент. В машините за сол абсорбентът е воден разтвор на сол, а охлаждащата течност е вода. В световната практика понастоящем се използват главно солни HP, в които абсорбентът е воден разтвор на сол на литиев бромид (H 2 O / LiBr) - ABTN.

В ABTN процесите на пренос на топлина се извършват с помощта на комбинирани директни и обратни термодинамични цикли, за разлика от компресия на пара HP, при която работният флуид (фреон) извършва само обратен термодинамичен цикъл.

Според вътрешната класификация машините за абсорбция на литиев бромид са разделени на повишаващи и понижаващи термични трансформатори. В тази статия понижаващият термичен трансформатор се разглежда като най-разпространения тип.

Според вида на консумираната високотемпературна топлина ABTN се разделят на машини:

С парно (водно) отопление;

С пожарно отопление на газообразно или течно гориво.

Според термодинамичния цикъл ABTN идват с едноетапна или двустепенна схема за регенериране на разтвор, както и двуетапна абсорбция.

В произведенията са дадени схеми, дизайни на различни видове ABTN и принципът на тяхното действие.

Енергийна ефективност на HP.

Компресирането и абсорбцията на парите HP за осъществяване на термодинамични цикли консумират различни видове енергия: PTN - механична (електрическа), ATN - термична.

За да се сравни ефективността на различните видове HP, е необходим общ индикатор. Такъв показател може да бъде специфичният разход на гориво за генериране на топлина или коефициентът на неговото използване. Този подход е оправдан и защото в Русия основните електроцентрали са топлинни, работещи на изкопаеми горива.

Енергийната ефективност на PTN се характеризира с коефициента на преобразуване на енергия

където Qp е произведената топлина;

Qk е мощността в топлинен еквивалент, изразходвана за задвижването на компресора.

Стойността на коефициента на преобразуване на HPP (φ) зависи основно от температурите на нискотемпературния източник на топлина и температурата на нагрятата среда на изхода на HP (фиг. 1). Колкото по-голяма е температурната разлика между нагрятата и охладената среда, толкова по-ниска е ефективността на PTH.

Ориз. Фиг. 1. Зависимост на коефициента на преобразуване φ PTH от температурната разлика между нагрята вода (t W2) и охладената вода (t S2).

Ефективността на ABTN се характеризира с коефициента на трансформация

където Qp е количеството произведена топлина;

Qh - количеството високотемпературна топлина, подадена към генератора на HP.

Реалните коефициенти на трансформация на ABTN са показани на фиг. 2. В зависимост от температурната разлика между нагрятата и охладената среда се използват различни видове машини: с едно- или двустепенни схеми за регенериране на разтвор; с двустепенна абсорбционна схема

Ориз. Фиг. 2. Зависимост на коефициента на трансформация M ABTN от температурната разлика между нагрята вода (t W2) и охладената вода (t S2).

1 - с двустепенна схема за регенериране на разтвор (M = 2,2).

2 - с едноетапна схема за регенериране на разтвор (M = 1,7).

3 - с двустепенна абсорбция (M = 1,35).

В PTN, когато се използва електричество за задвижване на компресора от топлоелектрическа централа, специфичният разход на гориво (наричан по-долу в топлинен еквивалент) ще бъде В = 1/(φ ηel)

където η el е ефективността на електроцентралата, като се вземат предвид загубите на електроенергия в мрежите (в Русия ~ 0,32).

В PTN, когато се използва двигател с вътрешно горене или газова турбина като компресорно задвижване с оползотворяване на топлината от продуктите от горенето на горивото, специфичният разход на гориво за генериране на топлина ще бъде

B \u003d 1 / (φ ηm + ηt)

където ηm е механичната ефективност на задвижването;

ηt е топлинната ефективност на задвижването.

Специфичният разход на гориво за генериране на топлина в ABTN ще бъде

B \u003d 1 / (M η)

където η е ефективността на високотемпературен топлинен източник или HP генератор по време на нагряване с огън.

Специфичният разход на гориво за генериране на топлина в котела ще бъде

където η е ефективността на котела.

Помислете за различни опции за автономен източник за получаване на топла вода. За сравнение, нека вземем котел на изкопаемо гориво и различни видове термопомпи (фиг. 3).

Ориз. 3. Енергийни баланси на различни схеми за производство на топлина:

а) котел на изкопаемо гориво;

б) PTN с електрическо задвижване от ТЕЦ;

в) PTN, задвижван от двигател с вътрешно горене или газова турбина;

г) ABTN на газообразно или течно гориво.

CPV с електрическо задвижване от ТЕЦ с коефициент на преобразуване φ<2,6–3 по сравнению с котлом экономию топлива не дает (меньшее значение φ для котлов на твердом топливе, большее на газовом или жидком топливе). С учетом более высоких по сравнению с котлом удельных капитальных вложений на ТНУ и электрогенерирующие мощности использование ПТН с электроприводом может быть экономически оправдано (приемлемый срок окупаемости дополнительных капитальных вложений) при φ=4-5.

Термопомпа, задвижвана от компресор от двигател с вътрешно горене или газова турбина, когато използва топлината на продуктите от горенето на горивото и охладителната система на двигателя, осигурява икономия на гориво вече при φ≥1,5. Въпреки това, икономическата осъществимост от използването на този тип HP трябва да се определи въз основа на технически и икономически изчисления, т.к. специфичните капиталови разходи за този тип HP са няколко пъти по-високи от разходите за котела. Използването на ВЕЦ с нисък коефициент на преобразуване води до неоправдано високи периоди на изплащане на капиталовите инвестиции.

ABTN от всички видове в сравнение с котела имат специфичен разход на гориво с 40 ÷ 55% по-нисък. Тези. горивната ефективност в ABTN е 1,7-2,2 пъти по-висока, отколкото в котела. В същото време цената на топлинната енергия, произведена в ABTN, е с 25-30% по-ниска, отколкото в котела.

Особено внимание трябва да се обърне на ефективността на използването на HP като част от CHP. В условията на съществуващи ТЕЦ често се налага увеличаване на мощността на топлоотвеждането на станцията. По правило този проблем се решава чрез инсталиране на допълнителни "пикови" котли. Отоплителната мощност на станцията може да бъде значително увеличена чрез използването на термопомпи.

На фиг. 4 показва диаграма на използването на ABTN като част от CHP. Такава схема позволява, без да се променят балансите и параметрите на парата в турбината, значително да се увеличи мощността на когенерационната част на централата, без да се увеличава разходът на гориво. В същото време цената на допълнително произведената топлина по текущи цени за ABTN е 60-80 рубли/Gcal, а периодът на изплащане на капиталовите инвестиции не надвишава 1-2 години. Използването на PTN в тази схема при всички случаи ще има икономическа ефективност, значително по-ниска от тази на ABTN.

Някои автори, позовавайки се на чужд опит, по-специално шведски, отбелязват, че електрически задвижвани PVT се използват дори при φ<3. Действительно некоторые теплонасосные установки в Швеции и других странах Европы имеют φ≤3 и достаточно рентабельны (срок окупаемости 3-4 года). Это связано, в первую очередь, со структурой электроэнергетики данных стран. В ряде Европейских стран базовыми электрогенерирующими мощностями являются атомные и гидроэлектростанции, а значит относительно дешевая электроэнергия. Поэтому ТНУ с электроприводом в данных странах даже при φ≤3 экономически целесообразны, т. к. позволяют реально экономить дорогостоящее органическое топливо, сократить вредные выбросы в окружающую среду, экономить электроэнергию замещая, электрообогрев.

При избора на типа термопомпа, освен енергийната и икономическа ефективност, трябва да се вземат предвид и характеристиките на различните видове машини (експлоатационен живот, въздействие върху околната среда, поддръжка, необходима квалификация на обслужващия персонал, способност за контрол на мощността върху широка гама и др.).

От гледна точка на въздействието върху околната среда и безопасността, ABTN имат явно предимство пред PTN, т.к не използвайте фреони - въглеводороди, съдържащи флуорохлор. В съответствие с Монреалския протокол от 1987 г., почти всички фреони, използвани в PTN, се следят по-внимателно за "озонова безопасност", "парников ефект" и подлежат на тежки глоби, ако се използват неправилно и изхвърлят. В ABTN всички процеси протичат под вакуум и за разлика от PTN те не са под юрисдикцията на GOSGORTEHNADZOR.

ABTN имат много по-дълъг експлоатационен живот, тъй като по същество са топлообменно оборудване, висока поддръжка, нисък шум при работа.

Предимствата на PTN с електрическо задвижване включват простотата на тяхното захранване. На някои сайтове това може да бъде определящ фактор в тяхна полза.

Има всички предпоставки за успешното развитие на работата по HP в Русия: машиностроителни и суровини, научен и инженерен персонал, значително количество извършена научноизследователска и развойна работа, овладяно е производството на много видове HP, има доста значителен опит в тяхната експлоатация, практически неизчерпаеми източници на топлина с нисък потенциал.

В същото време трябва да се отбележи, че както показва чуждият опит, широкото използване на енергоспестяващи технологии може да бъде само с активното участие на държавата, което се състои главно в създаването на законодателни и регулаторни актове, които стимулират използването на енергоспестяващо оборудване.

литература

1) В. Г. Горшков Термопомпи. Аналитичен преглед // Наръчник по промишлено оборудване, 2004, № 2.

2) A. G. Королков, A.V. Попов, А. Влад. Попов Абсорбционни литиево-бромидни водоохлаждащи и водонагревателни топлотрансформатори // Проблеми на енергоспестяването No1 (14) февруари 2003г.

3) Попов А. В., Богданов А. И., Паздников А. Г. Опит в разработването и създаването на абсорбционни литиево-бромидни термопомпи // Индустриална енергетика - 1999, № 8 - с. 38-43.

4) Бараненко А. В., Попов А. В., Тимофеевски Л. С., Волкова О. В. Абсорбционни литиево-бромидни топлопреобразуватели от ново поколение // Холодильная техника, 2001, № 4-с18-20.

5) Попов А. В. Системата за охлаждане и използване на топлината на димните газове от инсталации за изгаряне на отпадъци // Почистване и неутрализиране на димни газове в инсталации, които изгарят отпадъци и боклук. - Новосибирск, 1999 - с121-132. Списание "Проблеми на енергоспестяването", август 2005 г.

| безплатно сваляне Анализ на ефективността на различните видове термопомпи, Попов А. В.,

Абсорбционните системи използват способността на течностите и солите да абсорбират парите на работния флуид. Най-често срещаните източници на работна пара за абсорбционните системи са:

Вода - работна течност и литиев бромид - абсорбент;

Амонякът е работният флуид, а водата е абсорбентът.

Схема на абсорбционна термопомпа на фиг. 3.6.

Газообразният работен агент, напускащ изпарителя, се абсорбира от разтворителя в абсорбера, в резултат на което се отделя топлината на абсорбция. Полученият разтвор, обогатен с работен агент, се подава в генератора с помощта на помпа, която осигурява повишаване на налягането. В генератора работният агент се изпарява от разтвора чрез външен източник на топлина (например горелка за природен газ или LPG или от отпадна топлина от друг процес). Комбинацията от абсорбатор и генератор действа като термичен компресор, осигуряващ повишаване на температурата и налягането. Оставяйки генератора под високо налягане, работният агент навлиза в кондензатора, където кондензира, отделяйки високопотенциална топлина.

Консумацията на енергия на помпата за разтворител в абсорбционна термопомпа е значително по-ниска от консумацията на енергия на помпа в компресионна термопомпа (консумацията на енергия за изпомпване на течност е по-ниска, отколкото за компресиране и изпомпване на газ).

Ориз. 3.6. Схема на абсорбционна термопомпа

Q c - топлина, подадена на консуматора, Q n - висок потенциал

топлина, Q n - нискокачествена топлина, Q A - топлина

доставен на потребителя (топлина на абсорбция)

Когато се използва парна среда, където разтворителят има само ниско парциално налягане в сравнение с хладилния агент, високочестотните пари на хладилен агент се освобождават по време на процеса на изпаряване. Въпреки това, работната двойка вещества амоняк-вода не се прилага в този случай, тъй като водната пара се отделя заедно с амонячната пара и следователно е необходимо допълнително свързване на устройство за дестилация.

Схематична диаграма на абсорбционна термопомпа е показана на фиг. 3.7.

Ориз. 3.7. Схематична диаграма на абсорбционна термопомпа:

1-генератор високо налягане HVD; 2- генератор за ниско налягане GND; 3-кондензатор; 4-изпарител; 5-абсорбер; 6-нискотемпературен топлообменник; 7-високотемпературен топлообменник; 8- топлообменник за кондензирана вода; 9-помпа за разтвор; 10-хладилен агент

Ефективността на абсорбционната помпа е коефициентът на преобразуване или условната топлинна ефективност, изчислен като съотношението на количеството топлина, получено от потребителя, към енергията, консумирана от горивото. Ако отпадната топлина се използва като източник на енергия за генератора, тогава съответната стойност се изчислява като съотношението на количеството топлина, получено от потребителя, към цената на отпадната топлина. Условната топлинна ефективност на съвременните абсорбционни термопомпи достига 1,5. Съотношението на топлинната мощност, произведена от помпата и мощността на абсорбера (поради абсорбционната топлина) обикновено е около 1,6. Настоящите системи вода-литиев бромид осигуряват температура на изхода на помпата от 100 0 C и повишаване на температурата от 65 0 C. Системите от ново поколение ще осигурят по-високи изходни температури до 260 0 C и по-високи повишения на температурата.

В зависимост от начина на нагряване на генератора се разграничават устройства с нагряване с пара (пара), гореща течност (гореща вода) и горещ въздух (отработени и горими газове).

Появата на по-високи температури при директното изгаряне на горими газове е свързана с големи ексергични загуби, така че абсорбционните хладилни и термопомпени инсталации от този тип се използват само в редки случаи.

Абсорбционните термопомпи пренасят топлинна енергия от среда с ниска температура към среда със средна температура, използвайки висок потенциал. Например, за пренос на топлина от Thermax ABTN, пара, гореща вода, отработени газове, гориво, геотермална енергия или комбинация от двете се използват като източник на енергия с висок потенциал. Такива термопомпи спестяват около 35% от топлинната енергия.

Индустриална абсорбционна термопомпа е показана на Фигура 3.8.

Ориз. 3.8. Абсорбционна термопомпа

ABTH Thermax се използват широко в Европа, Скандинавия и Китай за централно отопление. Термопомпите се използват и в индустрии като текстил, храни, автомобили, растителни масла и домакински уреди. Thermax има инсталирани термопомпи с общ капацитет над 100 MW по целия свят.

Основното предимство на абсорбционните термопомпи е възможността да използват не само скъпо електричество за своята работа, но и всеки източник на топлина с достатъчна температура и мощност - прегрята или отработена пара, пламъка на газ, бензин и всякакви други горелки - до изгорелите газове газове и слънчева енергия.

Освен това тези устройства са особено удобни в домашни приложения, конструкции, които не съдържат движещи се части и поради това са практически безшумни.

При битовите модели работният флуид в използваните там обеми не представлява голяма опасност за другите, дори в случай на аварийно разхерметизиране на работната част.

Недостатъци на ABN:

По-ниска ефективност в сравнение с компресията;

Сложността на конструкцията на самия блок и доста голямото корозионно натоварване от работния флуид, което изисква или използването на скъпи и трудни за обработка устойчиви на корозия материали, или намаляване на експлоатационния живот на уреда до 5-7 години.

Много дизайни са много критични за поставянето по време на монтажа, т.е. изискват много внимателно подравняване на уреда.

За разлика от машините за компресия, абсорбционните машини не се страхуват толкова от твърде ниски температури - тяхната ефективност е просто намалена.

В момента в Европа газовите котли понякога се заменят с абсорбционни термопомпи, загрявани от газова горелка или дизелово гориво - те позволяват не само да се използва топлината от изгаряне на горивото, но и да се „изпомпва“ допълнителна топлина от улицата или от дълбините на земята.