Применение абсорбционных термотрансформаторовв энергетических технологиях.

Елистратов С.Л. – д.т.н., заведующий кафедрой ТЭС НГТУ

Новосибирск , 2016г

Абсорбционные бромисто-литиевые машины получили широкоераспространение в мире, поскольку обладают высокой экономическойэффективностью, экологичностью, минимальным потреблениемэлектроэнергии, бесшумностью при работе и длительным сроком службы.Нетоксичный и пожаро- и взрывобезопасный водный раствор бромистоголития в данных машинах является абсорбентом, рабочим телом в такихмашинах является вода и за счет этого они практически не влияют наозоновый слой атмосферы и не создают парниковый эффект.Абсорбционные термотрансформаторы используются при проектированииновых и при реконструкции существующих ТЭС для:• утилизации бросовой теплоты конденсации паровых турбин;• охлаждения воздуха на входе в газовые турбины.Их применение позволяет отказаться полностью или частично отпароводяных теплообменников для нагрева сетевой воды и повыситьэффективность ТЭС. В результате достигается 20%-45% экономияэнергоресурсов. При этом срок окупаемости с учетом существующих цен наэнергоносители составляет от 3 до 5 лет.Диапазон мощностей выпускаемых в мире АБТТ от 70 кВт до 30 МВт,однако с повышением их мощности значительно увеличиваютсявесогабаритные характеристики. Так например, холодильная машинафирмы Broad мощностью 23,6 МВт имеет вес 227 тонн.

Абсорбционные бромисто-литиевые термотрансформаторывыпускаются такими фирмами как: Termax (Индия), Broad, Shuangliang (Китай),Carrier, Trane, Lessar, Century (США), Sanyo, Kаwasaki, Thermal, Hitachi, Ebara(Япония), Hyndai (Ю. Корея) и другими. Они выпускают АБХМ, работающие нарастворах LiBr с одно (СОР=0,7-0,75) и двухступенчатыми (СОР=1,35-1,45)схемами регенерации растворов, а также чиллеры-нагреватели длякомбинированной выработки тепла и холода. Фирма Termax на основесобственного патента начала производство трехступенчатых АБХМ (COP =1,8-1,9), использующих для работы теплоту водяного пара с температурой190 -225 0С. При этом генератор и пластинчатые теплообменники былиизготовлены из нержавеющей стали SS430Ti, стабилизированной титаном.Кроме того, фирма Termax использует технологию последовательногораспределения потоков, благодаря которой раствор LiBr не достигаетодновременно максимальных значений концентрации и температуры ни водном из генераторов. Это приводит к уменьшению коррозионной активностии предотвращает кристаллизацию водного раствора LiBr. Фирма Broadвыпускает абсорбционные машины с толщиной стенок труб до 0,7…1,3 ммвзамен традиционных 0,5 мм, что увеличивает срок службы оборудования до30 лет без замены раствора бромида лития [1]. Китайской компаниейShuangliang разработаны уникальные схемы многоступенчатой утилизациибросовой теплоты на основе абсорбционных технологий (СОР = 1,4-1,7).

Важнейшим преимуществом таких машин является возможностьих использования в качестве теплоутилизаторов, в диапазоне температурбросового тепла от 30 до 1300С. Ведущими мировыми компаниями-производителями чиллеров являются Carrier, Trane, Lessar, Century (США).Широкая линейка абсорбционных чиллеров этих фирм состоит почти из100 типоразмеров, производительностью по холоду от 264 до 5274 кВт, потеплу – от 268 до 5800 кВт. Основные производители мощныхабсорбционных машин – японские компании Sanyo, Kawasaki, Thermal,Hitachi и Ebara. При этом ведущую роль занимает компания Sanyo,предлагающая чиллеры-нагреватели мощностью от 70 до 8700 кВт, в томчисле и установки с интегрированной градирней. Фирмой Hyundai (Ю.Корея) выпускаются абсорбционные холодильные машины повышеннойнадежности для эксплуатации в российских условиях.

В линейке АБХМ основных мировых компаний-производителейтак же появились машины, в которых охлаждение производится доотрицательных температур ( до -50С ) с применением гликолевыхрастворов).

Энергосберегающая технологическая система утилизации

низкопотенциальной бросовой теплоты

100℃

40ºС

Пар

Горячая вода

Вид высокотемпературного ресурса

Источник бросовой

теплоты

Горючий газ

Дымовые газы

Охлаждающая вода

систем оборотного

водоснабжения

Технологическая

вода

сталелитейного

производства

Нагретая

вода

Вода сепараторных

установок

Тепловые стоки

предприятий АБТН

Вход

40%

Выход

100%

Вхо

д

60%

40℃20℃

Энергосбережение：COP=1.7~1.85，утилизируется 40%％ теплоты.

Тепловой ресурс: газ, пар 1…8 бар, горячая вода.

Утилизированная бросовая теплота: вода от 20 до 70 0С.

Защита окружающей среды：В качестве хладагента используется

вода.

Безопасность и надежность：Вакуумное оборудование с низким

уровнем шума и долгим сроком службы.

Высокая производительность ：Единичные установки мощностью до

35 МВт.

Широкая область применения： Производимая вода с температурой

40～100℃ или пар могут быть использованы во многих отраслях

промышленности и жилых помещениях.

Гибкость системы：Нагрузка регулируется в пределах 20％~100％.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Промышленное применение АБТН в централизованных системах теплоснабжения

Особенности центрального теплоснабжения в регионе :

Потребности в тепле обеспечивается угольными

теплоэлектростанциями (ТЭЦ) на базе паровых турбин в составе

когенерационных комплексов.

ТЭЦ производят много бросового низкопотенциального тепла, что

создает хорошие предпосылки использования теплонасосных

технологий.

Потребность в тепле обеспечивается также различными

угольными и газовыми котельными.

Это оборудование возможно заменить на АБТН при наличии

низкопотенциальных источников теплоты на химических,

металлургических, нефтеперерабатывающих и др. предприятиях.

Это может быть охлаждающая вода систем оборотного

водоснабжения энергетических предприятий и энергетического

оборудования, промышленные и хозяйственно-бытовые

канализационные стоки.

Например, осуществить замену квартальных газовых

котельных на абсорбционные тепловые насосы.

Уголь

Электрическая

энергия

Тепловая

энергия

Сброс теплоты

конденсации пара в

окружающую среду

ТЭСТеп

ло

вы

е

по

тер

и

20～60%

В настоящее время теплота конденсации паровых турбин бесполезно

отводиться в воздух через градирни в огромном количестве.

Несмотря на то, что часть пара идет на нагрев сетевой воды около 50%

теплоты конденсации сбрасывается в окружающую среду.

Используя абсорбционные тепловые насосы, можно сохранить эту теплоту

и увеличить тепловую мощность, тем самым повысив эффективность ТЭС в

целом.

Классическая схема применения АБТН

Районная ТЭЦ, город Янгкванг, Китай

Теплопроизводительность: 6 x 30 МВт

Греющий источник: водяной пар, 5 бар

Бросовая теплота: вода с температурой

30/40 0С от градирен

Полезная нагрузка: горячая вода 90/70 0С

Возможность отопления дополнительных площадей;

Прибыль от отопления ＞5 млн. USD в год;

Экономия 500,000 тонн охлаждающей воды в год;

Экономия 49 300 тонн угля в год;

Снижение выбросов СО2 в атмосферу на 98 600 тонн

в год;

Снижение выбросов оксида азота на 730 тонн в год;

Окупаемость менее чем за 2 года.

Классическая схема абсорбционного чиллера

Выбор состава тройной смеси Н2О–LiCl–LiNО3 и исследованиякоррозионной активности, теплофизических свойств выбранногоабсорбента, анализ их влияния на совмещенные процессы тепло-массообмена в абсорбционных преобразователях теплоты.

Новое рабочее тело : абсорбент Н2О – LiCl – LiNО3 предложен дляиспользования в абсорбционных холодильных машинах (АХМ), но дляиспользования его в высокотемпературных АТТ необходима проверкатермической устойчивости солей в растворе при температурах выше 150 °С.

1 – LiBr

2 – LiCl;

3 – CaCl2;

4 – LiCl-CaCl2

5 – LiCl-LiNO3

6 – LiCl-CsCl (5,26:1)

7 – CsCl

Принципиальная схема перспективного абсорбционного

бромисто-литиевого ТН с трехступенчатой десорбцией раствора

5

8,2

Основные стадии процесса десорбции водного раствора

LiBr на поверхности нагрева с температурой 600°С

5

Спасибо за внимание