8.4.2. Двоступеневі абхм

При температурі гарячого джерела, що перевищує на 50-60С температуру необхідну для здійснення одноступеневого циклу АБХМ, більш ефективними є цикли з двоступеневою генерацією пари в генераторі. При цьому практичне застосування одержали цикли з прямотечійним і паралельним рухом розчину через ступені генератора.

Схема АБХМ з прямотечійним рухом розчину через ступені генератора представлені на рис.8.14. Слабкий розчин із абсорбера А подається насосом Н послідовно через теплообмінники розчинів ТО1 і ТО2 в ступінь високого тиску генератора CВТ, де

Рис.8.14. Схема АБХМ з двоступеневою генерацією пари та прямотечійним рухом розчинів через ступені генератора

частково випаровується при тиску за рахунок підведення теплоти від гарячого джерела з температурою t_h, кількість пари що при цьому утворюється становить х кг. Ця пара поступає в трубний пучок ступені низького тиску генератора CНТ, де конденсується при температурі та тиску . Теплота конденсації пари підводиться до розчину, який надходить із СВТ генератора через теплообмінник ТО2 і дросельний вентиль РВ1 в СНТ генератора. В ній розчин довипарюється при тиску , а кількість пари, що при цьому утвориться становитиме (1-х) кг. Ця пара конденсується в конденсаторі КД при тиску , а теплота конденсації в кількості відводиться до навколишнього середовища, температура якого . Конденсат в кількості х кг, що утворився при обігріванні СНТ генератора, через дросельний вентиль РВ2 поступає в конденсатор, в якому відбувається змішування двох потоків конденсату з утворенням 1 кг робочої речовини, яка подається через гідрозапір ГЗ у випарник В. Процеси у випарнику та абсорбері протікають аналогічно процесам одноступеневої АБХМ.

Оскільки напрямки руху розчину через ступені генератора і пари робочої речовини співпадають, така схема називається прямотечійною.

Цикл зображено на рис.8.15,а: 8_н-9_н– адіабатно-ізобарна абсорбція; 9_н-2– абсорбція з тепломасоперенесенням; 2-7_н-7_в– нагрівання всього потоку слабкого розчину у теплообмінниках ступенів низького та високого тиску; 7_в-5_в– адіабатно-ізобарна десорбція; 5_в-4_в– кипіння розчину в СВТ генератора з утворенням розчину проміжної концентрації ; 4_в-8_в– охолодження розчину з проміжною концентрацією в теплообміннику СВТ; 8_в-5_н– абіабатно-ізобарна десорбція; 5_н-4_н– кипіння розчину в СНТ генератора з утворенням розчину концентрацією ; 4_н-8_н– охолодження міцного розчину в теплообміннику СНТ.

Основні формули для розрахунку теоретичного циклу АБХМ із двоступеневою генерацією пари та прямотечійним рухом потоків такі.

Питомий тепловий потік у випарнику

. (8.73)

Питомі теплові потоки в конденсаторі та абсорбері:

, (8.74)

, (8.75)

де – кратність циркуляції розчину

; (8.76)

х– кількість пари робочої речовини, яка випаровується у СВТ генератора

, (8.76)

або

. (8.77)

Питомі теплові потоки генератора , та , в ступенях генератора та теплообмінниках відповідно високого та низького тиску:

; (8.78)

; (8.79)

; (8.80)

. (8.81)

а) б)

Рис.8.15. Цикли АБХМ з двоступеневою генерацією пари в h-ξ – діаграмі: а) з прямотечійним рухом розчинів через ступені генератора; б) з паралельним рухом розчинів через ступені генератора

Схема АБХМ з двоступеневою генерацією пари при паралельному русі розчину через ступені генератора наведено на рис.8.16. в даному циклі слабкий розчин із абсорбера А подається насосом Н паралельно в ступені високого СВТ та низького СНТ тиску генератора через відповідні теплообмінники розчинів ТО1 та ТО2. В кожному ступені генератора розчин випарюється від початкової концентрації до кінцевої . Потоки міцного розчину після ступенів генератора, пройшовши відповідні теплообмінники ТО1 та ТО2 і дросельні вентилі РВ1 та РВ2, об’єднуються в один потік міцного розчину, який і надходить в абсорбер. В решті схема даної АБХМ відповідає попередній.

Рис.8.16. Схема АБХМ з двоступеневою генерацією пари та паралельним рухом розчинів через ступені генератора

Процеси циклу з паралельним рухом розчину зображені рис.8.15,б: 8_н-9_н– абіабатно-ізобарна абсорбція; 9_н-2– абсорбція з тепломасоперенесенням; 2-7_н– нагрівання однієї частини потоку слабкого розчину у теплообміннику ступені низького тиску ТО1; 2-7_в– нагрівання другої частини потоку слабкого розчину у теплообміннику ступені високого тиску ТО2; 7_н-5_н, 7_в-5_в– адіабатно-ізобарна десорбція відповідно в СНТ та СВТ генератора; 5_н-4_н, 5_в-4_в– кипіння розчину відповідно в СНТ та СВТ генератора з утворенням розчину концентрацією в кожному ступені; 4_в-8_н, 4_н-8_н– охолодження однієї та другої частини міцного розчину відповідно в теплообмінниках високого ТО2 та низького тиску ТО1.

Таким чином, при наявності гарячого джерела з достатньо високою температурою виявляється можливим здійснення ступеневої генерації пари робочої речовини з використанням теплоти її конденсації для випарювання розчину в ступені низького тиску. З цієї причини кількість теплоти гарячого джерела для роботи АБХМ суттєво знижується, при цьому знижується також кількість теплоти, що відводиться в навколишнє середовище.

Під час розрахунку теоретичного циклу АБХМ із двоступеневою генерацією пари та паралельним рухом розчинів питомі теплові потоки у випарнику q₀, конденсаторі q_к, абсорбері q_а та кратність циркуляції слабкого розчину а визначають за формулами (8.73)-(8.76), відповідно.

Кількість пари робочої речовини, яка випаровується у СВТ генератора визначають за формулами

, (8.82)

або , (8.83)

де f– кількість слабкого розчину, який подається із абсорбера у СВТ генератора

. (8.84)

Питомі теплові потоки генератора , та , в ступенях генератора та теплообмінниках відповідно високого та низького тиску:

; (8.85)

; (8.86)

; (8.87)

. (8.88)

Для розглянутих циклів із двоступеневою генерацією пари величина питомого теплового навантаження може бути також визначена за формулою

. (8.88)

Тепловий коефіцієнт циклів з двоступеневою генерацією пари в генераторах при різних напрямках руху розчину через їх ступені:

. (8.89)

Тепловий розрахунок циклу з двоступеневою генерацією пари та прямотечійним рухом розчину здійснюється методом послідовного наближення з метою визначення величини х – кількості пари, яка випарюється в СВТ генератора. Величину х змінюють шляхом зміни значення проміжної концентрації . Розрахунки повторюють до отримання заданої точності визначення величини теплового потоку в СНТ генератора за формулами (8.80) та (8.88).