Використання низькопотенціальних вер для виробництва холоду
Утилізація низькопотенціального тепла пов’язана зі значними труднощами. Основна - це обмежене коло споживачів, що можуть використовувати низькопотенціальні ВЕР, оскільки в них низький температурний напір і низькі можливості в транспортуванні.
Особливо гостро ця проблема стоїть у весняно-літній період, коли відсутня потреба в опаленні. У той же час з низькопотенціальними ВЕР губиться величезна кількість тепла.
Низькопотенціальні ВЕР можуть бути використані для підігріву живильної води ТЕЦ, для теплофікації, гарячого водопостачання, теплопостачання тепличного парникового господарства і т.п.
Основним джерелом низькопотенціальних ВЕР є відкидна вода, нагріті продуктові потоки, що ідуть гази з невисокою температурою.
Наприклад, практично не використовуються низькотемпературні рідини 90 С і димові гази 250 С у хімічній промисловості, оскільки вони, як правило, корозійно-активні і забруднені і таке тепло не знаходить споживачів в основних технологіях. Наприклад, у содовій промисловості таких ВЕР 90 %. Використання такого тепла можливо шляхом комбінування різних чи виробництв удосконалювання теплової схеми.
У цукровій промисловості при виробництві однієї тонни цукру споживається 9,2 ГДж на нагрівання соку, випарювання, сушіння гніта. При цьому тепло використовується багаторазово. Від джерела пар надходить тільки в перший корпус випарної установки, інші використовують вторинну пару. Велика кількість відкидного тепла утворюється у виді конденсату 80-85 С і 60‑65 С із втратами тепла до 50 % від підведеного. Однак при раціональній організації технології і теплових схем у цукробуряковому виробництві можливо практично повне використання тепла.
Одним зі способів використання відкидного тепла низького потенціалу є застосування термокомпресії і теплових насосів.
У технологіях сучасного промислового виробництва (зрідження і сушіння, абсорбція й адсорбція газів, кристалізація, ректифікація) усі в більшій кількості застосовується холод. Крім цього важливими є системи кондиціонування повітря для нормальних умов роботи персоналу й устаткування.
Тому одним зі шляхів використання низькопотенціальних ВЕР є використання їх для виробництва холоду в абсорбційних холодильних установках (АХУ), що впроваджуються в промислових процесах енергоємних галузей.
Принцип дії АХУ заснований на застосуванні бінарних сумішей, що складаються з компонентів, різковідмінними температурою кипіння при заданому тиску. Компонент, що кипить при низькій температурі, є холодильним агентом, інший компонент служить як абсорбент (поглинач).
Найбільше поширення одержали суміші: водоаміачний розчин і водяний розчин солі бромистого літію. По назвах цих бінарних сумішей розрізняють АХУ: водоаміачні (АВХУ) і бромистолітієві (АБХУ).
Принципова схема абсорбційної холодильної установки (АХУ) з використанням ВЕР показана на рис. Водяний розчин аміаку подається насосом 8 у генератор 1, у якому випарюється під дією підвідного ззовні тепла (ВЕР). Пари аміаку надходять у конденсатор; тепло конденсації видаляється охолодним середовищем; конденсат через дросельний вентиль надходить у випарник 4 холодильної камери 5, де за рахунок тепла, що відводиться від охолоджуваних об'єктів, відбувається кипіння аміаку (кількість відведеного тепла відповідає холодопродуктивності установки). |
|
Пари, що утворилися, приділяються в абсорбер, де поглинаються слабким аміачним розчином, що поступає з генератора через регулювальний кран 7. Реакція поглинання аміаку екзотермічна, тому від абсорбенту необхідно відводити тепло. Концентрований розчин аміаку, що утворився, подається насосом у генератор 1 і процес повторюється.
До складу АБХУ, як правило, входять: генератор, конденсатор, абсорбер, випарник, теплообмінник і насосна група. За рахунок тепла, що подається до генератора установки, вода з розчину бромистого літію випарюється. Пари води з генератора надходять у конденсатор, а потім у випарник, де забезпечується охолодження води, що циркулює по трубах випарника. З випарника пари надходять в абсорбер, де вони поглинаються розчином, що надійшов з генератора через теплообмінник, а потім слабкий розчин, пройшовши теплообмінник, нагрівається для повторного випарювання.
У залежності від необхідних параметрів холоду застосовуються різні типи АХУ. Наприклад, для одержання холоду в інтервалах від 0 до ‑45 С при температурі охолодної води 15‑20 С найбільш ефективної є водоаміачна установка, що використовує в якості нагрівального агента пару тиском 0,4‑0,6 МПа, перегріту воду при температурі 180‑190 С, відхідні гази при температурі 230‑250 С і ін. енергоносії.
Бромистолітієві холодильні установки застосовують для одержання температури охолодного середовища не нижче +3 С при температурі енергоносія 100‑120 С.
Водоаміачні установки широкого поширення в нас не одержали, тому що вони вимагають підведення тепла високого потенціалу, а їхній робочий агент - аміак дуже токсичний.
З погляду використання низькопотенціальних ВЕР більш перспективні бромистолітієві установки. Вони більш економічні, можуть розміщатися на відкритих площадках, мають порівняно невелику металоємність, у ній відсутні частини, що рухаються, (крім насосів перекачування реагентів).
Недолік - висока корозійність розчину бромистого літію.
Характеристики бромистолітієвої установки
|
Тип I |
Тип II |
Тип III |
Холодопродуктивність, ГДж/год |
4,2 |
10,5 |
21,0 |
Т-ра кипіння холодильного агента, С |
7 |
7 |
7 |
Т-ра охолодної води, С |
26 |
26 |
26 |
Витрата водяної пари, т/год |
2,8 |
7,0 |
14,0 |
тиск пари, МПа |
0,23 |
0,23 |
0,23 |
Витрата гарячої води, t=120 C, м3/год |
80 |
180 |
390 |
Тепловий коефіцієнт |
- |
0,75 |
- |
Витрата охолодної води, м3/год |
250 |
750 |
1250 |
Маса, т |
26,5 |
73,5 |
114,7 |
Тепловий коефіцієнт =Qх/Qг,
де Qг - кількість теплоти, підведеної в генератор, Qх - холодопродуктивність.
Показники |
Температура кипіння |
|||
-5 |
-15 |
-25 |
-45 |
|
Одноступінчаті Витрата води, що гріє, м3/ГДж холоду електроенергії на власні нестатки, МДж/ГДж холоду Тепловий коефіцієнт |
38 16,1 0,47 |
42 19,9 0,4 |
40 22,8 0,35 |
112 33,5 0,26 |
Двоступінчасті Витрата води, м3/ГДж холоду Температура води, С Тиск пари, МПа Тепловий коефіцієнт Витрата електроенергії на власні нестатки, МДж/ГДж холоду |
38 105 0,15 0,26 13,2 |
39 120 0,18 0,24 16,0 |
40 135 0,25 0,22 18,6 |
57 170 0,55 0,15 22,3 |