Водоаммиачная система

В этой системе аммиак является хладагентом, а вода — абсорбентом. На рис. 07 в той части схемы, которая лежит слева от красного прямоугольника, происходит холодильный цикл, в котором применяется переохладитель конденсата — перегреватель пара. Из этой части установки в другую, обозначенную красным прямоугольником, поступает испарившийся хладагент (в данном случае — аммиак) низкого давления, а оттуда возвращается пар аммиака высокого давления.

Если устройства в красном прямоугольнике заменить компрессором (и пароохладителем), данный цикл превратится в обычный парокомпрессионный цикл. В абсорбционных системах, вместо того чтобы использовать механическую энергию для повышения давления, преимущественно используется тепло. Аммиак очень хорошо растворим в воде и, следовательно, легко поглощается в абсорбере. Так как это экзотермический процесс, абсорбер необходимо охлаждать.

После абсорбера насос повышает давление жидкости до давления конденсации. При этом повышенном давлении производят разделение аммиака и воды. Сложность в том, что аммиак и вода являются летучими веществами, т.е. для разделения требуется дистилляция. Любой инженер-химик узнает в этом оборудовании ректификационную колонну с кипятильником, верхним конденсатором и теплообменником исходного раствора и кубового остатка. Такой набор оборудования является обычным для химической промышленности.

Указанным способом можно получить пары аммиака с чистотой более 99,5%. Из-за высокого сродства аммиака и воды практически невозможно, да и не нужно получать чистую воду в нижней части ректификационной колонны. Этот слабый раствор содержит приблизительно 20-40% аммиака. После абсорбции получается крепкий раствор, содержащий на 5-30% больше аммиака, т.е. около 40-50%.

Наконец, крепкий раствор должен быть подогрет до температуры дистилляции, а слабый раствор охлажден, чтобы облегчить абсорбцию. Это происходит в теплообменнике растворов. Все теплообменные процессы в аммиачных абсорбционных установках можно проводить в ПТО, от паяных никелевых аппаратов, применяемых в небольших домашних кондиционерах, до сварных или полусварных ПТО, применяемых в больших установках на промышленных или торговых предприятиях.

Связанные с теплообменом проблемы, которые требуется при этом решать, мало зависят от размеров установки. Большинство узлов установки не являются критическими, для них применяются обычные одно- или двухфазные теплообменники. Однако некоторые узлы требуют особого внимания.

"Добавить комментарий"

Каскадный холодильный цикл

Конденсатор-испаритель (К-И) это ключевой компонент каскадной установки. Если производительность цикла НД больше фактической тепловой нагрузки, то К-И будет периодически включаться и выключаться, вероятно, только на стороне НД. Холодный хладагент будет в этом случае поступать в теплый конденсатор, что может вызвать в итоге термическую усталость. Полностью сварные или паяные теплообменники (ПТО и КТТО) чувствительны к таким режимам, полусварные ПТО — нет. Режим непосредственного охлаждения является более опасным, чем работа только на жидкой фазе хладагента.

В такой установке можно использовать те же приемы, что и при охлаждении масла, т.е. медленный пуск системы или поддержание небольшого постоянного расхода холодного хладагента через теплообменник, чтобы предотвратить резкой возрастание подачи холодного хладагента.

"Добавить комментарий"

Абсорбционный цикл. Применения

Сравнение экономичности этих двух циклов зависит от доступности того или иного вида энергии. При наличии дешевой электроэнергии парокомпрессионный цикл может быть более выгодным. Если доступны дешевые низкопотенциальные источники тепла (вторичные энергоресурсы), то более экономичным решением может оказаться абсорбционный цикл. Существует три типа применения пластинчатых теплообменников в абсорбционных циклах. Для большинства применений характерно, что для генератора используется фактически бесплатное тепло, а теплообменники играют ключевую роль в определении экономичности установки.

Совместное производство тепла и электроэнергии. Для молокозавода, бойни, рыбообрабатывающего завода и т.д. необходимы электроэнергия, горячий пар или тепло, охлажденная вода или холодильная установка. Электроэнергия вырабатывается дизельными генераторами или с помощью газовых турбин. Образующиеся при этом газообразные продукты сгорания используются для получения горячего пара. Часть этого пара или продуктов сгорания может служить источником тепла в абсорбционной установке.

Пластинчатые теплообменники промышленного назначения (полностью сварные или полусварные) применяются в качестве всех теплообменников такой абсорбционной установки.

Предприятия химической промышленности зачастую производят большое количество избыточного тепла, которое можно использовать для получения охлажденной воды. Могут применяться полностью сварные или полусварные ПТО.
Реверсивные кондиционеры для жилых помещений.

Это развивающаяся область применения абсорбционных машин. Во многих странах, особенно, в Восточной Азии, существует потребность в обогреве жилищ зимой и кондиционировании воздуха летом. В противоположность большинству северных стран, где пик потребления электроэнергии приходится на зиму, здесь потребление электроэнергии является высоким в течение всего года. Пик потребления природного газа приходится на зиму.

Увеличение числа кондиционеров за последние несколько лет привело к перегрузке электросети летом, в то время как сеть природного газа остается недогруженной. Кроме того, кондиционеры, как и другие бытовые электроприборы, должны работать бесшумно. Отсюда следует, что абсорбционные реверсивные кондиционеры являются прекрасной альтернативой парокомпрессионным. Однако кондиционеры на базе КТТо были бы слишком тяжелыми (250 кг) для практического применения. Такие агрегаты покрывают эмалью, как холодильники, печи и т.д, их доставляют заказчику два грузчика на пикапе.

Подходящим решением могло бы стать применение реверсивных кондиционеров на базе никелевых паяных теплообменников (или ППТО из других стойких к аммиаку материалов). Это вдвое снижает вес установки. Однако такие системы все еще находятся в стадии разработки.

"Добавить комментарий"

Абсорбционный цикл

Теория

В холодильном цикле есть этап, на котором пар хладагента, имеющий после выхода из испарителя низкие температуру и давление, преобразуются в пар с высокими температурой и давлением, после чего для охлаждения пара можно применять воду с достаточно высокой температурой. В парокомпрессионном цикле этот этап совершается в компрессоре. Однако сжатие паров хладагента стоит дорого. Эксплуатация, монтаж, контрольно-измерительные приборы, сам компрессор — все это стоит дорого.

Однако существуют и другие способы. В абсорбционном цикле пар, выходящий из испарителя, абсорбируется (растворяется) во вспомогательной жидкости — абсорбенте. Давление этого жидкого раствора затем повышается с помощью насоса. Поднять давление в жидкости с помощью насоса — это более простая и дешевая операция, чем сжатие пара. Другое достоинство абсорбционного цикла заключается в его практически бесшумной работе. Насос производит гораздо меньше шума, чем компрессор.

При высоком давлении хладагент и абсорбент разделяются либо в процессе дистилляции, либо просто в результате испарения. В результате, как и в случае парокомпрессионного цикла, образуется газообразный хладагент высокого давления, который затем конденсируется, после чего подвергается расширению, т.е. протекает обычный цикл. В процессе дистилляции к генератору (кипятильнику) подводят тепло от низкопотенциального источника. Эта тепловая энергия заменяет механическую при сжатии пара. Кроме пара хладагента высокого давления в этом процессе получается и более или менее восстановленный абсорбент, который снова возвращается в абсорбер.

Существует два основных типа абсорбционных систем: водо-аммиачные и бромистолитиевые. Водоаммиачная система работает при высоком давлении (приблизительно 24 бара) и пригодна для компактных установок. В этой системе аммиак является хладагентом, а вода -абсорбентом. В этом случае нет каких-либо особых проблем с коррозией, за исключением запрета на применение меди и цинка. Обычно применяют низкоуглеродистую или нержавеющую сталь.

Бромистолитиевая система работает при низком давлении (до 1 бара). Вода является хладагентом, а LiBr — абсорбентом. Концентрированный раствор LiBr может вызвать коррозию обычных конструкционных материалов, поэтому требуются специальные меры предосторожности. Из-за большого объема паров эти системы довольно громоздкие.

"Добавить комментарий"

Каскадный цикл

Многоступенчатые циклы можно сделать термодинамически эффективными, но они обладают некоторыми отрицательными качествами.

При высоких температурах давление хладагента может быть очень большим, что потребует применения дорогого оборудования.
При низких температурах давление может быть низким, возможно, отрицательным. Поскольку в контуре всегда есть утечки, пусть и маленькие, в систему будет подсасываться воздух, и производительность конденсатора уменьшится. Объем пара увеличивается, что опять-таки потребует применения дорогого оборудования.

Масло неравномерно распределяется между ступенями, особенно если при высоких температурах оно растворяется в хладагенте, а при низких — нет. Это может ухудшить смазку компрессоров или потребовать дорогой системы управления смазкой. Эти проблемы преодолеваются применением каскадной холодильной машины, где ступени разделены на два самостоятельных контура — две ветви. В таком цикле испаритель верхней ступени служит конденсатором для нижней ступени. ППТО могут работать при малой разности температур и превосходно подходят для применения в этом цикле, см. рис. 06.

В разных ветвях каскадной машины можно применять разные хладагенты, наилучшим образом отвечающие рабочим условиям в данной ступени. Эффективность системы возрастает с уменьшением разности температур между средами в конденсаторе-испарителе. И в этом случае превосходно подходит ППТО.

В примере на рис. 06 производительности ступеней точно соответствуют друг другу, но это не является обязательным. Обычно высокотемпературная ступень имеет более высокую производительность и обслуживает различных потребителей холода, включая конденсатор-испаритель низкотемпературной ступени.

Существует одна проблема, связанная с конденсатором-испарителем. Перепады температур между двумя сторонами могут быть очень велики. Если система запускается слишком быстро, в теплообменнике могут возникнуть термические напряжения, что ведет к повреждению паяных соединений пластин (и крепления труб в КТТО — кожухотрубных теплообменниках). Замечания о системе управления, необходимой для решения данной проблемы

"Добавить комментарий"

Еще...