Термодинамический расчет одноступенчатой абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины (АБХМ)
Стр 1 из 5Следующая ⇒ ГЛАВА 8. ТРИГЕНЕРАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ Основы тригенерации Тепловая энергия может использоваться как в системах отопления для нагрева воздуха внутри помещений, так и в системах кондиционирования для охлаждения воздуха. В летний период при отсутствии отопительных нагрузок существующая нагрузка ГВС не может обеспечить требуемую утилизацию теплоты, отводимую от источника энергоснабжения, вырабатывающего в этот период только электрическую энергию. В то же время могут потребоваться затраты энергии на кондиционирование производственных и административ- ных зданий. В этом случае целесообразно в схему генерирующей установки включить холодильную машину (трансформатор теплоты). Такой способ использования первичного источника энергии, когда осуществляется выработка тепловой и электрической энергии, а также холода называется тригенерацией. Промышленностью выпускаются различные типы трансфоматоров тепла, такие как компрессионные, абсорбционные, струйные. Однако для работы в составе когенерационных установок, рассмотренных выше наиболее подходящими являются абсорбционные холодильные установки. Это объясняется тем, что для их работы может быть использована внешняя энергия, передаваемая в форме тепла, отводимого, например, от газопоршневого или газотурбинного двигателя. Этим абсорбционные установки принципиально отличаются от компрессионных трансформаторов тепла, в которых для повышения потенциала тепла используется более ценный вид энергии, а именно электрическая энергия, необходимая для привода компрессора. На рис.8.1 представлены принципиальные схемы компрессионных и абсорбционных холодильных машин.
а
б Рис.8.1. Принципиальные схемы холодильных машин: а - парокомпрессионная холодильная машина; б - абсорбционная холодильная машина
Парокомпрессионная холодильная машина (ПХМ) Парокомпрессионная холодильная машина состоит из следующих основных элементов: испарителя, компрессора, конденсатора, фильтр-осушителя и терморегулирующего дроссельного вентиля (ТРВ), соединенных между собой трубопроводами в замкнутую систему, заполненную низкокипящей рабочей жидкостью (хладоагентом). В ПХМ осуществляется замкнутый цикл циркуляции хладоагента. В испарителе хладоагент кипит с переходом в парообразное состояние при пониженном давлении и температуре ниже температуры окружающей среды. Необходимая для кипения теплота отнимается от охлаждаемого тела, вследствие чего его температура понижается вплоть до температуры кипения хладоагента. Хладоагент в парообразном состоянии поступает в компрессор, в котором сжимается с повышением давления до Сжатые пары хладоагента из компрессора поступают в конденсатор, в котором охлаждаются водой или окружающим воздухом. Вследствие отвода теплоты пары хладоагента конденсируются. Полученный жидкий хладоагент поступает в ТРВ. Процесс дросселирования жидкого хладоагента сопровождается частичным изменением его агрегатного состояния так, что часть жидкого хладоагента, прошедшая через дроссель, превращается в насыщенный пар. Таким образом, из ТРВ выходит смесь жидкости и насыщенного пара (влажный пар) при пониженном давлении, соответствующем давлению в испарителе. Жидкость в испарителе кипит при полученном давлении, поглащая тепло от воздуха через стенки испарителя. Пары, поступающие из дросселя и образовавшиеся при кипении, всасывает компрессор. Температура и давление кипения зависят от подачи компрессора и интенсивности теплообмена между кипящим хладоагентом и воздухом. Температура паров на выходе из компрессора зависит от разности давлений на входе и выходе из компрессора (степени повышения давления) и достигает 120 – 190 оС.
В конденсаторе происходит три процесса: охлаждение сжатых паров до состояния насыщения, их конденсация и переохлаждение жидкого хладоагента. Как правило, температура конденсации на 10 оС ниже температуры охлаждающей среды. Температура переохлаждения в воздушном конденсаторе достигает 4 – 6 оС. Далее жидкий хладоагент через фильтр-осушитель поступает в дроссель (ТРВ), и цикл повторяется. На рис.8.2 представлена принципиальная схема ПХМ и цикл в Т-S диаграмме. Рис.8.2. Принципиальная схема ПХМ и цикл Т-S диаграмме: 1–2 - действительный процесс сжатия в компрессоре; 1–2/ - идеальный или изоэнтропийный процесс сжатия в компрессоре; 2–3 - процесс охлаждения перегретого пара (хладоагента) до состояния насыщения; 3–3/ - процесс конденсации хладоагента; 3/–4 - процесс переохлаждения жидкого хладоагента; 4–5 - процесс дросселирования жидкого хладоагента, характеризуемый постоянством энтальпии в начале и конце процесса [28]
Энергетический баланс ПХМ выражается следующим соотношением:
где
где
где
где Внешняя удельная работа компрессора, определяемая с учетом электромеханических потерь, составит
где двигателя, Одним из показателей, характеризующих эффективность работы парокомпрессионных холодильных машин, является удельный расход электроэнергии на единицу вырабатываемого холода:
Величину обратную том установки. Эта величина характеризует количество единиц холода, вырабатываемого в установке на единицу затраченной электроэнергии.
Абсорбционные холодильные машины Абсорбционные холодильные машины классифицируются по способу подвода тепловой энергии на машины прямого и непрямого нагрева. В машинах прямого нагрева источником тепла может быть газ или другое топливо, сжигаемое непосредственно в установке. В машинах непрямого нагрева используется горячая вода, пар или уходящие газы от газотурбинных или газопоршневых двигателей. По способу использования внутрицикловой тепловой энергии различают одноступенчатые и двухступенчатые холодильные машины. Во всех типах абсорбционных холодильных машин используются рабочая жидкость, состоящая из хладоагента и абсорбента с близкими физическими свойствами. В настоящее время широко используются два вида рабочей жидкости: 1) бромид лития ( 2) вода и аммиак. В первом случае хладоагентом является вода, и поэтому в таких установках температура охлаждаемой среды может быть равной 3 – 9 0С, что соответствует температуре насыщения воды при давлении в испарителе равном 0,6 – 1,2 кПа. В связи со значительной разницей в температурах кипения компонентов ( Во втором случае в качестве хладоагента используется аммиак, и здесь можно получить предельно низкую температуру. Разность температур кипения для этого бинарного раствора составляет всего
В обоих случаях рабочая жидкость циркулирует в контуре машины при высоком вакууме. На рис.8.3 представлена схема одноступенчатой бромистоли-тиевой абсорбционной холодильной установки. Установка состоит из двух основных элементов, которые попарно размещаются в корпусе: генератор (Г) с конденсатором (К) и испаритель (И) с абсорбером (А) (поглотителем). Высокотемпературный теплоноситель, например, охлаждающая жидкость системы охлаждения газопоршневого двигателя, подаются в трубный пучок генератора, над которым разбрызгивается рабочая жидкость холодильной машины (слабый по
Рис.8.3. Схема бромистолитиевой холодильной установки
Водяной пар, выпаренный в генераторе, поступает в конденсатор, в котором конденсируется за счет отвода теплоты водяным теплоносителем контура охлаждения. Отведенная теплота посредством контура охлаждения передается окружающей среде через радиаторы или градирни. Конденсат хладоагента (вода) из конденсатора при давлении В испарителе конденсат вскипает за счет понижения давления и Полученная таким образом охлажденная вода из трубного пучка испарителя направляется в систему кондиционирования для охлаждения воздуха, циркулирующего внутри здания. Далее водяной пар, полученный в испарителе, поступает в абсорбер (поглотитель), в котором смешивается и частично поглощается крепким по
В теплообменнике слабый раствор подогревается крепким раствором, отводимым из генератора и имеющим более высокую температуру. Процессы, протекающие в абсорбционных холодильных машинах, принято изображать в
На рис.8.4 представлена Для данной холодильной установки считается, что чем выше концентрация воды (хладоагента) в растворе, тем он слабее.
Рис.8.4. Две верхние пограничные кривые показывают состояние сухого насыщенного пара над кипящим жидким раствором при двух давлениях: Две нижние кривые на диаграмме изображают состояние кипящей жидкости при тех же давлениях Как уже было сказано, в генераторе раствор кипит при давлении В абсорбере смешиваются два потока: жидкий раствор в состоянии 4 и водяной пар, полученный в испарителе, в состоянии 13. При смешении получается двухфазная смесь, которая после охлаждения (процесс 4-5), за счет отвода теплоты Полученный раствор отводится насосом с повышением давления до Процесс 7-2 характеризует выпаривание воды из раствора. Полученный пар конденсируется в конденсаторе за счет отвода теплоты Вакуум в испарителе образуется за счет поглощения паров воды раствором бромида лития и поддерживается путем отсасывания воздуха, проникающего в систему, вакуум-насосом. Удаление воздуха из конденсатора также осуществляется вакуум-насосом. В настоящее время одноступенчатые АБХМ часто применяются на тех объектах, где имеются легкодоступные источники сбросного тепла. Машины этого типа используются в составе систем кондиционирования воздуха и в качестве источника охлажденной воды для различных технологических процессов. Установочная мощность одноступенчатых АБХМ составляет, как правило, от 25 кВт до 5 МВт. Двухступенчатые абсорбционные холодильные машины обладают более высокой эффективностью, чем одноступенчатые. В этих установках используются два конденсатора или два абсорбера. На рис.8.5 представлена принципиальная схема абсорбционной холодильной установки с двойным конденсатором.
Рис.8.5. Схема двухступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором
Такое усложнение объясняется стремлением снизить количество тепловой энергии, выводимой из конденсатора и абсорбера холодильной машины и передаваемой окружающей среде. В первом генераторе за счет нагрева от внешнего источника образуются пары хладоагента при частичном выпаривании хладоагента из раствора, которые поступают в первый конденсатор. Обедненная смесь абсорбента (раствора) и хладоагента поступает во второй генератор. Во втором генераторе происходит окончательное выпаривание воды из раствора за счет тепловой энергии, выделившейся при конденсации хладоагента в первом конденсаторе. Затем жидкий хладоагент из первого конденсатора и парообразный хладоагент из второго генератора поступают во второй конденсатор, в котором происходит окончательный процесс конденсации. Следует иметь в виду, что давление На рис.8.6 представлена схема двухступенчатой АБХМ с двойным абсорбером. В этом случае генератор разделен на низко-и высокотемпературную секции. Пары хладоагента из испарителя поступают в абсорбер 2, в котором частично поглощаются раствором. Оставшиеся пары хладоагента поступают в абсорбер 1. Скрытая теплота паров хладоагента в первом абсорбере используется для выпаривания паров хладоагента из бинарного раствора во втором низкотемпературном генераторе 2. В свою очередь для выпаривания паров хладоагента из бинарного раствора в высокотемпературном генераторе 1 используется тепловая энергия от внешнего источника. Пары хладоагента из генераторов 1 и 2 поступают в единый конденсатор. В качестве источника тепловой энергии в машинах этого типа используется перегретый пар высокого давления либо различные виды топлива, чаще всего природный газ. Двухступенчатые АБХМ целесообразно использовать в тех случаях, когда стоимость электрической энергии высока по отношению к стоимости топлива, однако капитальные затраты двухступенчатых установок значительно выше капитальных затрат одноступенчатых установок.
Рис.8.6. Схема двухступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным абсорбером
Термодинамический расчет одноступенчатой абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины (АБХМ)
Тепловой баланс АБХМ определяется равенством следующих величин:
где
Уравнение теплового баланса генератора:
где
Удельная тепловая нагрузка конденсатора, определяющая количество теплоты, необходимое для конденсации 1 кг пара, выпаренного в генераторе:
где Удельная холодопроизводительность соответствует тому количеству теплоты, которое, например, отводится из кондиционируемого помещения и используется для испарения конденсата, поступающего в испаритель из конденсатора установки.
где
В абсорбере при поглощении раствором бромистого лития паров воды происходит выделение теплоты, которую необходимо отводить. Удельную тепловую нагрузку абсорбера можно определить, используя следующее уравнение:
Следует иметь в виду, что Расход циркулирующего хладоагента (воды в растворе бромистого лития) в контуре установки может быть рассчитан по известной тепловой нагрузке генератора
Тепловые нагрузки отдельных элементов абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины могут быть определены следующим образом: - конденсатора - теплообменника - абсорбера Удельный расход теплоты:
Холодильный коэффициент:
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|