Абсорбционные бромистолитиевые машины для охлаждения и нагрева воды
А.В. Попов, канд. техн. наук, академик Международной академии холода
Журнал "Энергосбережение" №7 2007 г. стр. 52-55
Существует две основные технологии промышленного производства «холода»:
электрическая (при помощи парокомпрессионных холодильных машин) и тепловая (при помощи абсорбционныххолодильных машин). Сегодня в условиях дефицита и высокой стоимости электрических мощностей все большее применение находят абсорбционные машины, поскольку они позволяют не только снизить капитальные и эксплуатационные затраты, но и сократить сроки строительства, которые зачастую определяются именно сроками реконструкции или ввода в эксплуатацию новых энергетических систем и сетей.
Абсорбционные бромистолитиевые машины — это термодинамические системы (технические устройства), позволяющие трансформировать теплоту с низкого температурного уровня на более высокий. Данные машины предназначены для получения холодной воды с температурой не ниже 5°С (холодильные машины), горячей воды с температурой до 90ºС - понижающие термотрансформаторы (тепловые насосы), а так же для одновременной выработки горячей и холодной воды (комбинированные машины) [1].
Анализ мировой практики показывает, что в последние десятилетия резко возрос спрос на абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины для получения захоложеной воды. Об этом говорит рост их производства в мире и расширение стран производителей. По данным, приведенным в обзоре Международного энергетического агентства (IЕА), в 1999г в мире было произведено около 12000 абсорбционных холодильных машин (АБХМ) средней и большой мощности (холодопроизвjдительностью 350…6000 кВт), а в 2001г. их мировое производство достигло 15000, при чем основной прирост приходится на Китай, Южную Корею и Индию [2].
Широкое распространение АБХМ в мире объясняется их высокой экономической эффективностью, экологической чистотой, минимальным потреблением дорогостоящей электроэнергии, бесшумностью при работе, длительным сроком службы. Рабочим веществом АБХМ является вода, а абсорбентом - водный раствор бромистого лития, нетоксичного и пожаровзрывобезопасного вещества.
Рис. 1 . Теплонасосная установка мощностью 7 000 кВт, установленная в тепличном комплексе (Краснодарский край). Состоит из двух тепловых насосов АБТН-600Т с газовой топкой. Эксплуатируется с 2005 года
Рис.2 Холодильные машины АБХМ-1500П с паровым обогревом: холодильная станция мощностью З 500 кВт дляохлаждения технологического оборудования в процессе производства хрома. Установлена на ОАО «Тулачермет» в 2004 году
Все процессы в АБХМ протекают под вакуумом, что исключает попадание рабочего вещества и абсорбента во внешние теплоносители. АБХМ не имеют динамических нагрузок, малошумные, что значительно упрощает условия их размещения.
Так как в АБХМ хладагентом является вода, то они практически не оказывают влияние на озоновый слой атмосферы и парниковый эффект.
Высокие цены на электрическую энергию так же являются одной из основных причин возрастающей потребности АБХМ. По сравнению с парокомпрессионными электроприводными холодильными машинами АБХМ позволяют экономить 250..300 кВт.ч электроэнергии на каждые 1000 кВт производимого холода.
Производство АБХМ в нашей стране было начато еще в середине 60-х годов прошлого столетия. Завод «Пензхимаш» серийно производил холодильные машины мощностью 1100, 2500 и 3000 кВт (разработчик — ВНИИХолодмаш, научный руководитель- институт теплофизики СОАН). Всего было выпущено около 600 таких машин. К концу 80-х годов производство данных машин было прекращено как морально устаревших.
В 1993 году при институте теплофизики Сибирского отделения РАН (г. Новосибирск) было создано конструкторское бюро (в настоящее время ООО «ОКБ Теплосибмаш») для разработки и организации производства бромистолитиевых холодильных машин и тепловых насосов нового поколения, соответствующих мировому уровню. В работе принимали участие ведущие ученые и инженеры страны в данной области. В 2000 году в России было начато промышленное производство машин нового поколения конструкции Теплосибмаш [1, 3, 4].
Номенклатура и основные параметры выпускаемых холодильных машин приведены в табл. 1. (всего 25 типоразмеров).
Холодильные машины типа АБХМ-П с паровым обогревом и АБХМ-В(ВН) с водяным обогревом и одноступенчатой регенерацией раствора, имеющие тепловой коэффициент 0,75 (отношение произведенного холода к подведенной теплоте греющей среды) применяются при наличии сбросной или дешевой теплоты, например, в составе когенерационных установок, ТЭЦ, промышленных предприятий и т.д.
Машины типа АБХМ2-П с паровым обогревом и двухступенчатой регенерацией раствора имеет тепловой коэффициент 1,25 и по сравнению с одноступенчатыми машинами, потребляют теплоты на 40%, а охлаждающей воды на 30% меньше и могут экономично использовать пар от котельных.
Машины типа АБХМ-Т работают на газовом или жидком топливе, сжигаемом непосредственно в генераторе машины, и имеют тепловой коэффициент 1,25. Отличительной особенностью таких машин является возможность выработки и холодной и горячей воды. Так, в теплое время года машина вырабатывает холод, а в холодное время года, когда потребность в холоде отпадает, работает в режиме нагрева воды до температуры 70.. .90°С с КПД 09-0,92 (режим котла).
В последние годы большое внимание в мире уделяется абсорбционным бромистолитиевым тепловым насосам (АБТН) - термотрансформаторам. Это объясняется их экологической чистотой и высокой эффективностью. По сравнению с котлом АБТН позволяет снизить удельный расход топлива на 40-55% [5]. В настоящей статье рассматриваются только понижающие термотрансформаторы.
АБТН применяются для получения горячей воды на нужды отопления, горячего водоснабжения, а также для одновременного нагрева и охлаждения технологических сред в различных областях.
В табл.2 приведены основные типы и параметры тепловых насосов конструкции Теплосибмаш, выпускаемых в России.
Тепловые насосы с одноступенчатой регенерацией раствора АБТН-П и АБТН-Т имеют коэффициент трансформации (отношение произведенной теплоты к количеству теплоты греющего источника) 1,75, машины с двухступенчатой регенерацией раствора АБТН2-П и АБТН2-Т – 2,2..2,3.
За период с 2001 по 2006 годы было создано, испытано и введено в промышленную эксплуатацию 7 базовых холодильных машин и тепловых насосов моделей Теплосибмаш (всего 15 машин). [2,6]
Таблица 1
Основные типы и номинальные параметры холодильных машин Теплосибмаш
Показатель Типы холодильных машин АБХМ-Вн АБХМ-В АБХМ-П АБХМ2-П АБХМ-Т Холодопроизводительность, кВт 350-3000 350-4000 350-4000 350-4000 350-3600 Температура охлаждаемой воды, °С 13/8 12/7 12/7 12/7 12/7 Температура охлаждающей воды, °С 28/34 28/36 28/36 28/36 28/36 Греющая среда Вода Вода Пар Пар Топливо Температура греющей воды, °С, или абсолютное давление пара, МПа 90/80 115/105 0,15 0,7 - Тепловой коэффициент 0,75 0,75 0,75 1,25 1,25 Удельный расход природного газа на выработку холода, м3/МВт - - - - 100
Таблица 2
Основные типы и номинальные параметры тепловых насосов Теплосибмаш
|
Показатель |
Типы холодильных машин |
|||
|
АБТН-П |
АБТН2-П |
АБТН-Т |
АБТН-2Т |
|
|
Холодопроизводительность, кВт |
350-4000 |
350-4000 |
350-4000 |
350-4000 |
|
Теплопроизводительность, кВт |
850-10000 |
600-7200 |
850-10000 |
600-7200 |
|
Температура охлаждаемой воды, °С |
30/25 |
30/25 |
30/25 |
30/25 |
|
Температура нагреваемой воды, °С |
30/80 |
30/55 |
30/80 |
30/55 |
|
Греющая среда |
Пар |
Пар |
Топливо |
Топливо |
|
Давление греющего пара, МПа |
0,4 |
0,7 |
- |
- |
|
Коэффициент трансформации |
1,75 |
2,25 |
1,75 |
2,25 |
|
Удельный расход природного газа на выработку теплоты, м3/МВт |
|
|
68 |
54 |
Длительный опыт эксплуатации показал их высокую надежность и эффективность. Так на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе холодильные машины Теплосибмаш эксплуатируются более 5 лет (40 тыс.часов работы) в непрерывном круглогодичном режиме. За этот период существенных отказов в их работе не было.
Многочисленные запросы, поступающие в адрес ООО «ОКБ Теплосибмаш» говорят о том, что потенциальная потребность в абсорбционных бромистолитиевых машинах в России высока. Это связано с необходимостью замены существующего морально и физически устаревшего парка машин, строительством новых объектов, дефицитом и высокой стоимостью электроэнергии.
В настоящее время на Российском рынке, кроме машин Теплосибмаш, предлагаются бромистолитиевые холодильные машины (чиллеры) различных зарубежных компаний (американские, японские, китайские и т.д.). Чем руководствоваться при выборе машины?
Несомненно, важнейшим показателем холодильных машин и тепловых насосов является их энергетическая эффективность, надежность, срок службы, эксплутационные расходы, В настоящее время машины ведущих зарубежных компаний и Теплосибмаш имеют практически одинаковую энергетическую эффективность: тепловой коэффициент у одноступенчатых машин 0,7-0.75, у двухступенчатых - 1,25-1,3. Здесь основное отличие зарубежных и российских машин заключается в объемных расходах греющей и охлаждающей воды, В Российских машинах объемный расход греющей воды на 50% а охлаждающей воды на 30% ниже, чем у многих зарубежных машин. Это связано с тем, что зарубежные машины создавались преимущественно для жаркого тропического климата.
Надежность, срок службы бромистолитиевых машин обеспечивается главным образом качеством конструкционных материалов, комплектующего оборудования и ингибиторами коррозии. В зарубежных машинах и машинах Теплосибмаш, применяются одинаковые конструкционные материалы: корпусные элементы из углеродистой стали, теплообменные трубки — из меди, медно-никелевых сплавов, внутренние устройства — из нержавеющей стали. В машинах Теплосибмаш применяются комплектующие изделия как российских так и зарубежных производителей. Для циркуляции хладагента (воды) используются герметичные насосы с мокрым ротором серийного европейского производства. Насосы не требуют обслуживания, ресурс не менее 10 лет.
Рис. 3 Абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина мощностью 1 750 кВт. Установлена на ОАО «Казаньоргсинтез» в 2006 году
Насосы для циркуляции раствора бромистого лития герметичные с магнитной муфтой Российского производства. Эти насосы имеют высокую надежность и ремонтопригодность. Трубопроводная арматура европейского производства, приборы КИПиА, электрооборудование, вакуум-насосы как российского, так и зарубежного производства. Блочные горелки — немецкие. Заключение. 1 . Абсорбционнные бромистолитиевые машины и тепловые насосы являются высокоэффективным, экологически чистым энергосберегающим оборудованием и широко применяются в мире. 4. В России достаточно машиностроительных мощностей, сырьевых ресурсов, научных и инженерных кадров для обеспечения как минимум собственного рынка высококачественными абсорбционными холодильными машинами и тепловыми насосами. Многие экономически развитые страны имеют национальные программы по данному классу машинам. Нужна такая программа и в России. Литература.
1. Бараненко АВ., Тимофеевский Л.С., Долотов А. Г., Попов А. В. Абсорбционные преобразователи теплоты // СП6, 2005. - 337с. 5. Попов А.В. Анализ эффективности различных типов тепловых насосов// Энергосбережение. 2005. №1-2 (19). С.10-14.
На заводе-изготовителе машины Теплосибмаш подвергаются тщательным испытаниям на герметичность и вакуумную плотность в специальных термостатированных помещениях.
Высокая вакуумная плотность машины — залог высокой производительности и длительного срока ее службы. Кроме этого, в раствор бромистого лития вводятся специальные ингибиторы коррозии и поверхностно-активные вещества. [3]
При транспортировке машины щиты управления и некоторые приборы КИПиА демонтируются. После установки машины на фундамент и подключения внешних коммуникаций подготовка к ее пуску занимает не более 2-3 дней. Срок изготовления любой машины не превышает 3-4,5 месяцев с момента заказа.
Опыт эксплуатации и анализ эффективности российских абсорбционных бромистолитиевых машин нового поколения показал следующее. Себестоимость холода, получаемого в АБХМ, использующих в качестве греющего источника сбросную теплоту, в 2-3 раза, а на природном газе на 30-40% ниже себестоимости холода, получаемого в парокомпрессионных электроприводных холодильных машинах.
Себестоимость дополнительной (утилизируемой) теплоты, получаемой в АБТН с паровым (водяным) обогревом в 2-3 раза ниже, чем в котле на органическом топливе. При существующих ценах на энергоносители в России срок окупаемости капитальных вложений на АБТН составляет от 2 до 4 лет.
С ростом цен на энергоносители эффективность применения АБХМ и АБТН будет возрастать.
Опыт применения бромистолитиевых холодильных машин за последние 5-6 лет в России показывает, что у потребителей зарубежных машин часто возникают проблемы с их запуском и эксплуатацией. Это связано, в первую очередь, не с качеством машин, а с отсутствием необходимого сервиса и технической поддержки со стороны поставщика машин, как на стадии проектирования холодильной установки, так и при ее строительстве и эксплуатации. Потребители отечественных машин таких проблем не имеют.
Теплосибмаш является единственной российской компанией, выполняющей весь комплекс работ по бромистолитиевым холодильным машинам и тепловым насосам - разработка, организация производства, пуско-наладочные работы, гарантийное и сервисное обслуживание, помощь Заказчику в выборе оптимальной схемы холодильных и теплонасосных установок.
2. В России с 2001 года начато производство и применение различных типов отечественных абсорбционных бромистолитиевых машин нового поколения, по качеству и основным параметрам соответствующих мировому уровню. Накоплен уникальный опыт по их применению.
3. Для условий России абсорбционные машины более эффективны, чем электроприводные компрессорные, т.к. базовыми электрогенерирующими системами в России являются тепловые электростанции, потребляющие природное органическое топливо.
2. Корольков А.Г., Попов АВ., Попов А.Влад. Абсорбционные бромистолитиевые водоохлаждающие и водонагревательные трансформаторы теплоты // Проблемы энергосбережения. 2003. 1(14). С.13-17.
3. Волкова О.В. Повышение надежности абсорбционных бромистолитиевых преобразователей теплоты путем применения ингибиторов коррозии // Холодильная техника. 2001. №8.
4. Бараненко А.В., Попов А.В., Тимофеевский Л.С. Энергосберегающие абсорбционные бромистолитиевые водоохлаждающие и водонагревательные преобразователи теплоты и инженерные системы // АВОК – северо-запад. 2001. №4.
6. Новоселов АМ., Попов АВ. Холодильная установка нового поколения для оптимизации температурного режима электролиза хрома // Металлург. 2005. №6.
7. Галимова Л.В., Славин Р.Б., Попов АВ. Энергосберегающая система на базе паротурбинной установки и абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины нового поколения // Холодильная техника.
2007. №2.
