Оптимизация с-х энергетических установок - Бромистолитиевые абсорбционные термотрансформаторы

Определенный интерес представляют термотрансформаторы, в которых в качестве рабочего раствора используются бромистолитиевые соединения. Такие АТТ разработаны для крупных потребителей теплоты и холода. В качестве источника теплоты служит геотермальная вода [55].
Расчетный анализ термодинамических циклов позволяет сделать выводы, что низкопотенциальная теплота ВЭР или геотермальных источников может быть использована в абсорбционных теплонасосных установках двух типов — в понижающих и повышающих термотрансформаторах.
В повышающем термотрансформаторе теплоноситель с температурой 323...343 К (50...70 °C) поступает параллельно или последовательно в испаритель и генератор АТТ. Конденсатор АТТ охлаждается водой с температурой 280...285 К (7...12 °C). В абсорбере АТТ циркулирует сетевая вода. С выхода абсорбера горячая сетевая вода при температуре 343...373 К (70...100 °C) направляется в системы отопления, горячего водоснабжения и используется на технологические потребности.
Коэффициент преобразования АТТ, работающего в цикле повышающего термотрансформатора, равен 0,45...0,55. Это означает, что на каждую единицу затраченной теплоты среднего потенциала можно получить 0,45...0,55 единиц теплоты более высокого потенциала.
В понижающем термотрансформаторе теплоноситель с температурой 308...323 К (35...50 °C) поступает в испаритель и конденсатор АТТ. В конденсаторе теплоноситель нагревается за счет теплоты конденсации пара, а потом поступает в абсорбер, где, приняв теплоту абсорбции, повышает свою температуру до 333...348 К (60...75 °C). В генератор АТТ, что работает по схеме понижающего термотрансформатора, необходимо подавать высокотемпературный теплоноситель от внешнего источника (например, водяной пар с давлением 0,6...0,7 МПа). Особенностью понижающего термотрансформатора является то, что его коэффициент трансформации при реализации схемы с двухконтурной регенерацией раствора абсорбента должен равняться 2,1...2,3, т.е. потребление единицы теплоты высокого потенциала обеспечивает на выходе с АТТ 2,1...2,3 единицы теплоты среднего потенциала. Полученная таким образом теплота среднего потенциала может использоваться в системах низкотемпературного отопления, горячего водоснабжения и на технологические потребности.
Абсорбционные бромистолитиевые термотрансформаторы могут работать также в режиме холодильных машин из производством холода на уровне 280...283 К (7... 10 °C), который можно использовать в летний период для конденсирования воздуха, сохранения овощей и фруктов и т.п.
В результате рассмотрения и расчетного анализа возможных схем использования АТТ для отопления, горячего водоснабжения, других технологических потребностей на базе низкопотенциальных источников теплоты (в том числе и геотермальных месторождений) выбраны такие основные схемы:
с повышающим абсорбционным термотрансформатором;
с понижающим термотрансформатором; комбинированная.
При разработке этих систем теплоснабжения за основу были приняты выходные данные, которые базируются на технических характеристиках абсорбционного теплового насоса АПТТ-1000 и понижающего термотрансформатора ТАП-1000- В. Техническая документация этих агрегатов разработана в Институте технической теплофизики НАН Украины.
На рис. 5.25 представлена схема использования термальной воды с помощью повышающего термотрансформатора АПТТ-1000, что позволяет при наличии лишь одного источника теплоты (подземной циркуляционной системы — ПЦС) обеспечить нагрузку отопления и горячего водоснабжения. В соответствии с этой схемой термальная вода из эксплуатационной скважины 19 поступает в бак-аккумулятор 7, откуда насосом 18 последовательно подается в теплообменники 8, а потом 5. Насосом 4 в теплообменник 5 подается вода из водопровода. Из эксплуатационной скважины вода поступает в бак 7, откуда насосом 18 подается в теплообменник 8.

Рис. 5.25. Схема использования термальной воды с повышающим термотрансформатором
Здесь термальная вода нагревает воду, что подается в систему горячего водоснабжения (резервуар 6). Теплоноситель, нагретый до 70 °C в теплообменнике 8, последовательно подается насосом 17 в генератор 9 и испаритель 11 абсорбционного повышающего трансформатора, где его температура понижается до 55 °C, после чего он вновь возвращается в теплообменник 8. В результате процессов, которые протекают в аппаратах АПТТ- 1000, обратная сетевая вода в абсорбере 12 нагревается от 70 до 95 °C, после чего насосом 13 подается в систему отопления 14, которая работает по режиму 95...70 °C. В связи с тем что коэффициент преобразования повышающего термотрансформатора около 0,55, часть теплоты, полученной теплоносителем в теплообменнике 8, должна быть сброшена в окружающую среду. Этот процесс выполняется в контуре конденсатор 10 — градирня 15 при помощи насоса 16. Охлажденная в теплообменниках 8 и 5 термальная вода сливается в резервуар 3, откуда охлажденная термальная вода через нагнетательную скважину 1 закачивается насосом 2 в термальный горизонт.
Результаты расчета рассмотренной выше тепловой схемы наведены в табл. 5.5.
На рис. 5.26 показана схема использования термальной воды с последовательным соединением двух понижающих абсорбционных термотрансформаторов ТАП-1000-В.

Таблица 5.5. Результаты расчета тепловой схемы с повышающим термотрансформатором

В соответствии с этой схемой термальная вода с температурой 75...80 С из эксплуатационной скважины 8 подается в бак-аккумулятор 10, оттуда при помощи насоса 12 направляется в последовательно соединенные теплообменники 9, 15 и 4.

Рис. 5.26. Комбинированная схема геотермального теплоснабжения с понижающими абсорбционными термотрансформаторами
В теплообменниках теплота термальной воды передается промежуточному теплоносителю (воде), сетевой воде системы низкопотенциального отопления 7 и воде системы горячего водоснабжения, которая поступает из водопроводной сети.
Из теплообменников термальная вода температурой  20...25 °C, сливается в бак-аккумулятор 3 охлажденной термальной воды, откуда насосом 2 через нагнетательную скважину 1 возвращается в подземный водоносный горизонт.
Водопроводная вода, предназначенная для использования в системе горячего водоснабжения, нагревается в теплообменнике 4 от 10... 15 до 25...30 °C, после чего, проходя последовательно теплообменники 16 и 29, нагревается до 35...40 °C в первом из них и до 55 °C — в теплообменнике 29, из которого она подается в бак-аккумулятор 30 для того, чтобы потребитель мог ее использовать.
Сетевая вода системы низкотемпературного отопления 7 подается насосом 6 в теплообменник 5, где нагревается от 30 до 50 °C. Вода с такой температурой может быть использована как теплоноситель системы воздушного отопления производственных, коммунально-бытовых объектов, а также на технологические потребности.
Промежуточный теплоноситель подается насосом 11 в теплообменник 9, где нагревается за счет теплоты термальной воды от 50 до 70 °C. Из теплообменника 9 теплоноситель последовательно поступает в испарители 14 и 19 абсорбционных термотрансформаторов ТАП-1000-В.
В состав понижающих термотрансформаторов входят конденсаторы 13 и 18, абсорберы 15 и 20, а также генераторы 25 и 28. Теплота конденсации на уровне 40...50 °C отводится из конденсаторов охладительной водой. Часть этой теплоты используется для подогрева воды, которая идет на горячее водоснабжение, в теплообменнике 16, а другая часть отводится в окружающую среду в градирне 24. Из градирни насосом 22 вода подается в конденсатор 18. Теплота абсорбции, которая освобождается в абсорберах 15 и 20, используется для нагрева сетевой воды, циркулирующей по контуру отопительной системы 21, включая насос 17, абсорберы 15 и 20 (соединены параллельно по сетевой воде).
Понижающий термотрансформатор ТАП-1000-В реализует схему двухступенчатой регенерации раствора абсорбента. Особенностью этой схемы является то, что процесс регенерации протекает на двух уровнях — в ступени высокого давления (в генераторах 25 и 28) при температуре 150...170 °C, а также в генераторах низкого давления (на схеме условно не показаны) вторичным паром, который получается в генераторах высокой ступени при температуре кипения раствора абсорбента 85...95 °C. Из теплообменника 20 вода насосом 27 направляется через теплообменник 26 в генераторы 25 и 28.
Концентрация раствора абсорбента в генераторах высокой ступени повышается с помощью насыщенного пара давлением 0,6...0,7 МПа от внешнего источника теплоты повышенного потенциала — котельной 26. Небольшая часть производимого в котельной пара используется в пиковом подогревателе 23 для подогрева сетевой воды в наиболее холодный период отопительного сезона, а также в теплообменнике 29 в случае необходимости — для догрева водопроводной воды для системы горячего водоснабжения.
Результаты расчета рассмотренной схемы приведены в табл. 5.6.
Таблица 5.6. Результаты расчета тепловой схемы с понижающими абсорбционными термотрансформатороми

Схема изображенная на рис. 5.27, предназначена для больших установок, оборудованных промышленной котельной, при наличии развитой системы теплохладоснабжения. В зависимости от мощности месторождения схема теплохладоснабжения может быть укомплектована разным количеством понижающих и повышающих термотрансформаторов. В представленной на рис. 5.27 схеме предусмотрено использование одного повышающего (АТПП-1000) и четырех понижающих (ΤΑΠΙ 000-В) термотрансформаторов.

Рис. 5.27. Схема геотермального теплоснабжения с использованием абсорбционных термотрансформаторов разных типов

В соответствии с этой схемой термальная вода с температурой 75...85 °C из эксплуатационной скважины 8 после предварительной обработки (очистки, фильтрования, дегазации и пр.) поступает в бак-аккумулятор 9, откуда насосом 10 последовательно подается в трубное пространство теплообменников 7 и 6. В теплообменнике 7 термальная вода отдает свою теплоту промежуточному теплоносителю, который потом направляется в абсорбционные тепловые насосы. В теплообменнике 6 термальная вода, охлаждаясь до 20...25 °C, нагревает сетевую воду системы низкотемпературного отопления 5. Охлажденная термальная вода сливается в бак-аккумулятор 1, откуда насосом 2 возвращается через нагнетательную скважину 3 в продуктивный подземный водоносный горизонт.
Сетевая вода системы низкотемпературного отопления подается насосом 4 в межтрубное пространство теплообменника 6, где ее температура повышается от 20...25 до 40...45 °C, после чего она поступает в нагревательные устройства системы низкотемпературного отопления 5. Такая система может быть использована для обогрева теплиц, а также для воздушного отопления производственных помещений или на технологические потребности.
Промежуточный теплоноситель с теплообменника 7, имея температуру 70...75 °C, подается насосом 13 в трубное пространство между генератором 12 и испарителем 15 повышающего термотрансформатора АТПП-1000, где отдает свою теплоту кипящим на поверхности труб хладоагенту и абсорбенту. Охладившись до 50...55 °C, двумя параллельными потоками направляется в испарители 21, 22, 27 и 28 абсорбционных понижающих термотрансформаторов ТАП-1000-В.
Теплота абсорбции, которая выделяется в абсорбере 16 повышающего термотрансформатора при температуре 95...100 °C, используется для нагрева сетевой воды системы отопления 1 7, работающей по температурному режиму 95...75 °C. Сетевая вода циркулирует по контуру абсорбер 16 — потребитель 17 при помощи насоса 14.
В абсорберах 20, 26, 23 и 29 понижающих термотрансформаторов теплота абсорбции также используется для нагрева воды систем отопления потребителей 33 и 36. Сетевая вода этих систем отопления при помощи насосов 30 и 31 поступает последовательно в абсорберы повышающих термотрансформаторов, где нагревается от 40...45 до 80...85 °C.
Так как регенерация абсорбента в генераторах высокого давления 34, 35, 37 и 38 повышающих термотрансформаторов происходит при температуре 150... 160 °C, то для выполнения этого процесса необходимо от котельной 40 подавать пар при давлении 0,6...О,7 МПа.
Вода для системы горячего водоснабжения поступает из водопроводной сети при температуре 10... 15 °C последовательно в конденсаторы 18, 19, 24, 25 повышающего и понижающих термотрансформаторов, где она нагревается за счет теплоты конденсации хладоагента. Затрата охладительной воды, необходимой для работы конденсатора 11 повышающего термотрансформатора, значительно превышает ее потребность для конденсаторов понижающих термотрансформаторов. Поэтому на их охлаждение направляется лишь часть потока, проходящего через трубное пространство конденсатора. Вода для системы горячего водоснабжения поступает из конденсаторов 18, 19, 24, 25 в бак-аккумулятор 32 при температуре 45...47 °C. Из бака-аккумулятора вода распределяется потребителем.
Результаты расчета рассмотренной схемы приведены в табл. 5.7.
При выборе схемы системы теплохладоснабжения промышленного или коммунально-бытового объекта необходимо пользоваться результатами конкретного технико-экономичного расчета. Поэтому изложенные ниже рекомендации по выбору схем теплохладоснабжения имеют обобщенный характер:

1. Повышающие абсорбционные термотрансформаторы необходимо использовать на объектах, отдаленных от систем централизованного теплоснабжения, в районах, где кроме геотермального источника энергии нет другого. Такие тепловые насосы могут широко использоваться в технологических схемах производства, которые имеют низкотемпературные отходы теплоты, а для своего функционирования требуют высокопотенциальную теплоту.

Понижающие термотрансформаторы могут использоваться на объектах, которые имеют как низкотемпературный источник теплоты, так и резерв мощности высокотемпературного источника теплоты (паровой котельной). Наибольшую эффективность понижающие термотрансформаторы имеют при их использовании для покрытия базовой нагрузки систем отопления и горячего водоснабжения.

1. Комбинированные схемы с использованием термотрансформаторов двух типов целесообразно использовать на крупных объектах с широким спектром разнотемпературных тепловых нагрузок и наличием низкопотенциальных источников теплоты.

Таблица 5.7. Результаты расчета комбинированной системы геотермального теплохладоснабжения (см. рис. 5.27)

Во всех случаях экономически более выгодным является вариант с круглогодичным использованием аппаратуры, что возможно при наличии потребителей искусственного холода в теплый период года.