8.4.3. Енергетична ефективність абхм

Основний показник енергетичної ефективності АБХМ – теоретичний тепловий коефіцієнт ζ. До важливих показників відносяться також кратність циркуляції та рециркуляції в циклах, оскільки з ними пов’язані витрати на перекачування розчинів насосами. На рис.8.17 показана залежність теплового коефіцієнта ζ та кратності циркуляції а слабкого розчину в теоретичних циклах одноступеневої АБХМ з суміщеним тепломасоперенесенням в абсорбері від вищої температури кипіння розчину в генераторі t₄ та температури кипіння води у випарнику t₀, рівних відповідно температурам гарячого t_h та охолодного t_s джерел. Нижча температура розчину в абсорбері t₂= t_к= t_нс. Як видно з графіків, значення теплового коефіцієнта із збільшенням температури кипіння води від 5 до 20ºС при t₄=const зростає в

Рис.8.17. Залежність величини теоретичного теплового коефіцієнта ζ і кратності циркуляції розчину а від вищої температури кипіння в генераторі t₄ при різних значеннях температури кипіння у випарнику t₀

середньому на 7%. Із збільшенням температури кипіння розчину від 65 до 85 ºС при t₀=const значення теплового коефіцієнта знижуються на 4%. Останнє пояснюється тим, що із зростанням температури кипіння розчину при постійних температурах кипіння води і конденсації пари, а також при нижчій температурі розчину в абсорбері збільшується середня концентрація розчину в циклі і, як наслідок, збільшується диференційна теплота змішування розчину в генераторі, що в свою чергу призводить до зростання теплового потоку в ньому. Із зростанням середньої концентрації розчину при постійному тиску кипіння в генераторі має місце також зростання ентальпії перегрітої пари, що утворюється у розчині, що додатково збільшує теплове навантаження генератора. В діапазоні зміни температур кипіння розчину та води, що розглядається, суттєва зміна кратності циркуляції розчину спостерігається при низьких значеннях температури кипіння води. Вказана обставина повинна бути обов’язково враховуватись при оцінці енергетичної ефективності АБХМ, так як великі значення кратності циркуляції розчину, при однакових інших умовах, призводять до зростання енергетичних затрат на перекачування розчинів насосами.

На рис.8.18 наведені залежності зміни величини теплового коефіцієнта ζ від температури кипіння води t₀ у випарнику АБХМ з розділеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері при різних значеннях b_i кратності циркуляції слабкого розчину. Як видно із наведених залежностей, при b_i=∞ значення величин теплового коефіцієнта при кожній температурі кипіння в теоретичних циклах рівні таким же значенням величин теплового коефіцієнта циклів із суміщеними процесами тепломасоперенесення у абсорбері при однакових t₄ та t₂ (рис.8.17). При кінцевих значеннях кратності циркуляції слабкого розчину, а також при b_i=0 має місце зниження величини теплового коефіцієнта. Це пов’язано з тим, що при здійсненні циклів із розділеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері стає неможливо (окрім випадку b_i=∞) охолодження міцного розчину в теплообміннику розчинів до температури навколишнього середовища t_нс= t₈= t₂ і, відповідно, погіршується рекуперація теплоти в циклах. У цих циклах має місце також збільшення ентальпії перегрітої пари, яка утворюється при кипінні розчину в генераторі, в порівнянні з ентальпією пари, яка утворюється в генераторі при здійсненні відповідних циклів із суміщеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері.

Рис.8.18. Залежність величини теоретичного теплового коефіцієнта ζ від температури кипіння у випарнику t₀ при різних значеннях кратності рециркуляції розчину b_i і температурах t₄=75ºС і t₂= t_к=33ºС для АБХМ з розділеними процесами тепломасоперенесення у абсорбері

В циклах із суміщеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері при повному виключенні рециркуляції слабкого розчину величина теплового коефіцієнта при t₀=7ºС знижується на 3,2%, а при t₀=18ºС – на 4,6% порівняно з величиною теплового коефіцієнта відповідних циклів із суміщеними процесами тепломасоперенесення. Більш інтенсивне зниження величини теплового коефіцієнта в області високих значень температур кипіння води пов’язано з тим, що з підвищенням температури кипіння відбувається більш інтенсивне зниження ефективності рекуперації теплоти в циклах з розділеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері при постійних значеннях температур зовнішніх джерел t_h та t_нс.

Таким чином, здійснення адіабатно-ізобарних процесів абсорбції при розділеному тепломасоперенесенні в абсорбері призводить до зниження величини теплового коефіцієнта АБХМ (окрім випадку b_i=∞). При здійсненні рециркуляції слабкого розчину з розділеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері (b_i<∞) збільшується також кратність циркуляції розчинів у циклах, що в цілому призводить до збільшення витрати електроенергії в насосах слабкого розчину у відповідних циклах АБХМ із суміщеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері. При повному виключенні рециркуляції слабкого розчину в циклах із розділеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері енергозатрати на привід насосів слабкого розчину також зростають, оскільки величина кратності циркуляції розчину в цьому випадку збільшується в середньому у 12 разів у інтервалі температур кипіння t₀, який розглядається, порівняно з величиною кратності циркуляції розчину у відповідних циклах із суміщеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері при однакових в усіх циклах вищій температурі розчину в генераторі t₄=75ºС та нижчій в абсорбері t₂=33ºС.

Ґрунтуючись на отриманих результатах можна зробити висновок, що термодинамічна ефективність теоретичних циклів з розділеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері нижча термодинамічної ефективності теоретичних циклів із суміщеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері при однакових температурах зовнішніх джерел. З цієї причини питання про раціональні області використання АБХМ з розділеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері повинно бути ретельно обґрунтовано з врахуванням особливостей дійсних процесів, які протікають в апаратах машини.

На рис.8.19 наведено розрахункові залежності теоретичних значень теплового коефіцієнта циклів АБХМ з двоступеневою генерацією пари від температури кипіння води у випарнику при температурах гарячого джерела 120, 130, 140ºС. Як видно з рисунка, величини теплових коефіцієнтів для паралельної та прямотечійної схем подавання розчину через ступені генератора високі і суттєво залежать від температури кипіння води у випарнику.

Рис.8.19. Залежність величини теоретичного теплового коефіцієнта ζ циклів АБХМ з двоступеневою генерацією пари від температури кипіння у випарнику t₀ і вищої температури кипіння розчину в СНТ t₄ та подаванням розчинів: I– прямотечійним, IІ– паралельним

Порівнюючи дві схеми подавання розчину через ступені генератора можна зробити висновок про те, що їхня термодинамічна ефективність практично однакова.

Таким чином, при зростанні температури гарячого джерела на 40-50ºС вище необхідної для роботи одноступеневих АБХМ перехід до схем з двоступеневою генерацією пари дозволяє підвищити енергетичну ефективність в середньому на 75%.