4. Утилизация теплоты сжатия в системе охлаждения
Одной из главных задач для современной энергетики является полезное использование низкопотенциальных ВЭР. Но при этом техническое решение этой проблемы должно быть экономически обосновано и требовать минимальных затрат. Существуют объективные трудности утилизации низкопотенциальных ВЭР от компрессорной установки. Главная из них – ограниченный круг потребителей, которые могли бы использовать либо непосредственно ВЭР, либо теплоту, выработанную за счет низкопотенциальных ВЭР. Усложняется использование низкопотенциальных ВЭР в весеннее-летний период, когда снижается тепловое потребление вследствие снижения отопительной и коммунально-бытовой нагрузки.
Последние исследования показали, что теплоту нагретой воды температуры 35-40°С можно использовать следующими способами:
в осеннее-зимний отопительный период – для систем отопления и вентиляции в качестве первых ступеней подогрева воздуха, а также для систем горячего водоснабжения (ГВС), применяя полупроводниковые тепловые насосы, тепловые трубы, заполненные фреоном, калориферы и вентиляционные градирни, контуры теплообменникив ГВС.
в летний период – для систем кондиционирования воздуха и первых ступеней подогрева контуров ГВС, применяя тепловые насосы, абсорбционные холодильные установки (АХУ) и водо-водяные теплообменники контуров ГВС.
Возможно повысить экономичность компрессорных установок путем увеличения температуры на выходе из промежуточных теплообменников – до 70°С, что облегчает использование ВЭР. Такое увеличение температуры воды на практике возможно только на выходе из концевых теплообменников, устанавливаемых после компрессора.
Использование нагретой воды в летний период
АХУ можно использовать для систем вентиляции и кондиционирования воздуха, а также для коммунально-бытовых нужд. При недостаточной для работы холодильной машины температуре воды, сбрасываемой из системы охлаждения
используется, ступенчатый подогрев по контурам. Одним из существенных достоинств АХУ является возможность плавного регулирования отопительной нагрузки. Действие АХУ основано на применение бинарных смесей, состоящих из компонентов резко отличающихся по температуре насыщения при заданном давлении. Компонент, кипящий при низкой температуре, является холодильным агентом, другой компонент служит в качестве абсорбента. Наибольшее распространение получили смеси водоаммиачная и бромисто-литиевая.
Схема 2. Схема использования низкопотенциальной теплоты ВЭР от компрессорной станции в АХУ для систем вентиляции и кондиционирования.
1-генератор , 2 – конденсатор, 3 – дроссель, 4 – испаритель, 5 – абсорбер,
6 – регулирующий вентиль , 7 – перекачивающий насос
Охлаждение воды или воздуха из системы кондиционирования происходит в испарителе 4. За счет теплоты охлаждаемой среды аммиак нагревается до температуры насыщения и кипит при заданном давлении. Пары аммиака поступают в абсорбер 5, где абсорбируются слабым водоаммиачным раствором. Процесс абсорбции сопровождается выделением теплоты, и эта теплота отводится из абсорбера охлаждающей водой. Для непрерывного получения холода необходимо из образовавшегося крепкого раствора выделить пары аммиака и направить их в конденсатор 2, а затем через дроссель 3 – в испаритель. Для этой цели перекачивающим насосом 7 раствор направляется из абсорбера в генератор 1 с давлением равным давлению в конденсаторе. В генераторе, благодаря обогреву внешним источником ( нагретая вода компрессорной станции и другого технологического оборудования) происходит разгонка раствора, причем пары аммиака уходят преимущественно в конденсатор, а обедненный водный раствор аммиака останется в генераторе. Слабый раствор возвращается из генератора в абсорбер через регулирующий вентиль 6, в котором давление снижается до давления равного давлению в абсорбере и испарителе.
Теоретически наиболее низкая температура раствора в абсорбере равна температуре охлаждающей его воды, и, следовательно, температура раствора будет значительно выше температуры паров аммиака, отсасываемых из испарителя.
Низкопотенциальная теплота, уносимая водой из системы охлаждения компрессоров, круглогодично также может использоваться в качестве подогревателя первой ступени нагревания воды для систем ГВС.
Схема 3. Схема использования теплоты нагретой воды в качестве подогревателя первой ступени подогрева воды для системы ГВС.
1-слив воды из компрессорной станции, 2-теплоизолированный бак, 3- подача основной греющей воды, 4-основной подогреватель, 5-подогреватель первой ступени , 6-выход охлажденной воды, 7-насос, 8-подача холодной воды, 8- подача холодной воды в систему.
В качестве подогревателя первой ступени наиболее целесообразно применять тепловые трубы, пластинчатые, спиральные или ребристые теплообменники, а также тепловые насосы, обладающие высокой компактностью и теплотехнической эффективностью. Возможно также применение кожухотрубных теплообменников, но в этом случае подогреватель получается очень громоздким т металлоемким. Очень важен правильный расчет и выбор теплообменной аппаратуры для системы утилизации. Теплообменные аппараты систем утилизации необходимо эксплуатировать при минимальных отложениях шлама и накипи, иначе их эффективность может быть сведена к нулю. Скорость циркуляции воды в трубках или щелях поверхностей теплообмена необходимо поддерживать в интервале 0,9-1,5 м/с. Более высокие скорости приведут к перерасходу электроэнергии на перекачку, а более низкие помимо снижения интенсивности теплопередачи будут способствовать интенсивному образованию отложений.