RU157013U1 - Абсорбционная бромисто-литиевая холодильная машина (абхм) - Google Patents

Abstract

Абсорбционная бромисто-литиевая холодильная машина, включающая генератор, конденсатор, испаритель 1-й ступени, абсорбер 1-й ступени, испаритель 2-й ступени, абсорбер 2-й ступени, теплообменники, насосы, в контурах которых циркулирует рабочее вещество, отличающаяся тем, что в качестве испарителя 1-й ступени используют испаритель открытого типа с форсунками, а рабочее вещество, водный раствор бромистого лития, является одновременно охлаждаемой жидкостью.

Description

Полезная модель относится к холодильной технике и может быть использована в системах хладоснабжения предприятий пищевой, химической, нефтехимической и других отраслей промышленности. Полезная модель может быть использована в энергетике в системах охлаждения воздуха на входе в компрессоры газовых турбин и технологиях транспортировки природного газа.

Область применения традиционных абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин (АБХМ) ограничивается системами охлаждения технологического оборудования и кондиционирования воздуха, где требуется вода с температурой 5÷15°C. Данное ограничение накладывается из-за того, что хладагентом в этих машинах является вода, которая замерзает при температурах 0°C и ниже.

Известны низкотемпературные двухступенчатые АБХМ японской фирмы «Hitachi-Appliances, Inc.» для получения температуры охлаждаемой среды до - 5°C.

Известна абсорбционная холодильная машина [JP 2000171118, 23.06.2000, F25B 15/00, F25B 47/00], включающая высокотемпературный генератор, низкотемпературный генератор, конденсатор, два блока абсорбер-испаритель, теплообменники, насосы, трубопроводы и растворный бак с электродами. Для получения более низких температур охлаждаемой жидкости (порядка 0°C) в изобретении используют медные теплообменные поверхности. Использование медных поверхностей приводит к проблемам в работе машины, так как медь растворяется в абсорбенте, и требуется использование электродов и растворного бака, что усложняет конструкцию и требует дополнительных энергозатрат.

Известна двухступенчатая абсорбционная холодильная машина [JP 2001147053, 29.05.2001, F25B 15/00], включающая высокотемпературный генератор, низкотемпературный генератор, конденсатор, испаритель и абсорбер 1-ой ступени, испаритель и абсорбер 2-ой ступени, жидкостный теплообменник, циркуляционный насос, насосы хладагента, растворный насос и др.

Известна двухступенчатая абсорбционная холодильная машина [JP 2001317833, 16.11.2001, F25B 15/00], включающая высокотемпературный генератор, низкотемпературный генератор, конденсатор, испаритель и абсорбер 1-ой ступени, испаритель и абсорбер 2-ой ступени.

В качестве прототипа выбрано техническое решение, предложенное в статье [Shuichiro Uchida, Akira Nishiguchi, Low temperature absorption refrigerating machine with water-LiBr mixed refrigerant // Refrigeration, JP, 2006; Vol. 81; No 946. pp. 618-621]. В статье рассмотрена двухступенчатая абсорбционная бромисто-литиевая холодильная машина, включающая два генератора, конденсатор, два блока абсорбер-испаритель и средство контроля концентрации хладогента.

В аналогах и прототипе хладагентом является водный раствор бромистого лития с концентрацией порядка 15%. Температура хладагента в низкотемпературном испарителе закрытого типа достигает -10°C. Температура охлаждаемой жидкости достигает -5°C.

Схема АБХМ с закрытым испарителем неприменима для получения температур охлаждаемой среды ниже -5°C, так как повышение температуры охлаждающей воды требует увеличения концентрации абсорбента, вследствие чего резко возрастает опасность кристаллизации концентрированого раствора.

Технической задачей полезной модели является получение отрицательных температур, до -10°C, охлаждаемой жидкости в теплоиспользующих АБХМ.

Для решения поставленной задачи предлагается использовать схему АБХМ с одноступенчатой регенерацией абсорбента с «открытым» испарителем», включающую генератор, конденсатор, испаритель открытого типа 1-ой ступени, абсорбер 1-ой ступени, испаритель закрытого типа 2-ой ступени, абсорбер 2-ой ступени, теплообменники, насосы. В контурах АБХМ циркулирует рабочее вещество, водный раствор бромистого лития, которое является одновременно охлаждаемой жидкостью.

В предлагаемой полезной модели для получения отрицательных температур используют одноступенчатый водяной обогрев.

Схемы предлагаемой АБХМ, а также диаграмма Дюринга приведены на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема АБХМ. Где: 1 - испаритель 1-ой ступени; 2 - абсорбер 1-ой ступени; 3 - генератор; 4 - конденсатор; 5 - испаритель 2-ой ступени; 6 - абсорбер 2-ой ступени; 7 - теплообменник 1-ой ступени; 8 - теплообменник 2-ой ступени; 9 - насос хладагента 2-ой ступени; 10 - насос растворный 2-ой ступени; 11 - насос хладагента 1-ой ступени; 12 - насос растворный 1-ой ступени; 13 - система вакуумирования; 14 - клапан подержания концентрации; 15 - клапан подержания уровня; 16 - насос промежуточного теплоносителя.

АБХМ состоит из генератора, конденсатора и двух блоков абсорбер-испаритель. В схеме реализован ступенчатый перенос низкопотенциальной теплоты охлаждаемой жидкости на средний температурный уровень к охлаждающей жидкости. В качестве греющего источника используют горячую воду с температурным графиком - 90/70°C, характерным для систем тригенерации, широко применяемым в распределенной энергетике.

Греющий источник в данной схеме является побочным теплом от выработки электроэнергии, которое в летнее время почти не используется и большая его часть отводится в окружающую среду.

Ожидаемый КПД абсорбционного цикла с использованием двух абсорберов и испарителей с одноступенчатой регенерацией раствора - 0,3÷0,4, а аналогичного цикла с двухступенчатой регенерацией раствора - 0,55÷0,7.

Принцип действия АБХМ основан на способности водного раствора LiBr поглощать (абсорбировать) водяной пар, имеющий более низкую температуру и, за счет этого, переводить теплоту на более высокий температурный уровень, достаточный для его отвода в атмосферу или для нужд потребителя. Процесс протекает по замкнутому циклу.

В качестве хладагента используют:

- раствор воды и соли бромистого лития (LiBr) массовой концентрацией 10÷15%, который распыляют в испарителе 1-ой ступени;

- воду, которую распыляют в испарителе 2-ой ступени.

В качестве абсорбента используют водный раствор соли бромистого лития (LiBr) массовой концентрацией:

- 58÷64% - концентрированный раствор,

- 56÷57% - раствор средней концентрации,

- 52÷55% - разбавленный раствор.

В качестве теплоносителей используют:

- охлаждающий теплоноситель - воду;

- греющий теплоноситель - воду или водяной пар;

- промежуточный теплоноситель - воду.

Соль LiBr выбрана в качестве добавки по причине того, что температура замерзания раствора воды и LiBr при различных концентрациях LiBr достаточно достоверно определена и при смешении абсорбента и хладагента не происходит химического взаимодействия двух сред.

В испарителе 1-ой ступени 1 распыляют хладагент (водный раствор LiBr массовой концентрацией 10÷15%), который является одновременно и охлаждаемым теплоносителем. Хладагент транспортируют и распыляют насосом хладагента 1-ой ступени 11.

Охлаждаемый теплоноситель, поступающий от потребителя в испаритель 1-ой ступени, имеет температуру 0°C. Теплоноситель, подаваемый потребителю, имеет температуру -10°C.

Конструкция испарителя 1-ой ступени является «открытой», т.е. в испарителе отсутствуют теплообменные поверхности, и, теплообмен производится на каплях, распыляемых форсунками, при этом к установке подводят холодильную нагрузку от потребителя. Такое техническое решение позволяет получать низкую температуру (-10°C), охлаждаемого теплоносителя -одновременно хладагента.

Водяные пары, испаряясь из бинарной смеси хладагента (водный раствор LiBr массовой концентрацией 10÷15%), поглощаются абсорбентом (раствором средней концентрации), который подают в абсорбер 1-ой ступени 2 из абсорбера 2-ой ступени 6 с помощью растворного насоса 2-ой ступени 10 через теплообменник 1-ой ступени 7.

Конструкция абсорбера 1-ой ступени 2 является горизонтальнотрубной, орошаемой тонкой пленкой абсорбента (раствора средней концентрации).

В результате поглощения водяных паров хладагента, абсорбент (раствор средней концентрации) становится разбавленным, его поглощающая способность снижается. Для восстановления поглощающей способности разбавленный абсорбент перекачивают растворным насосом 1-ой ступени 12 в генератор 3 через теплообменники 1-ой ступени 7 и 2-й ступени 8. Разбавленный абсорбент проходит через рекуперативные теплообменники 1-ой и 2-ой ступеней, соответственно, 7 и 8, предназначенные для уменьшения необратимых потерь абсорбционного цикла.

Конструкция генератора 3 является горизонтальнотрубной, орошаемой тонкой пленкой разбавленного абсорбента (раствора). В генераторе 3 разбавленный абсорбент восстанавливает свою поглощающую способность благодаря подводу греющего теплоносителя, воды или пара. При этом происходит пленочное кипение разбавленного абсорбента (раствора), из него удаляется водяной пар, который конденсируют в конденсаторе 4. Раствор при этом становится концентрированным и безнапорным способом возвращается в абсорбер 2-ой ступени 6 через теплообменник 8.

Теплота абсорбции абсорбера 1-ой ступени 2 поглощается испарителем 2-ой ступени 5. Циркуляция промежуточного теплоносителя, воды, в трубах абсорбера 1-ой ступени 2 и испарителя 2-ой ступени 5 организована при помощи насоса 16. Промежуточный теплоноситель нагревается в абсорбере 1-ой ступени и охлаждается в испарителе 2-ой ступени.

В испарителе 2-ой ступени 5 распыляют хладагент (воду). Водяные пары поглощаются абсорбентом (концентрированным раствором), который поступает в абсорбер 2-ой ступени из генератора 3.

Конструкция испарителя 2-ой ступени 5 является горизонтальнотрубной, орошаемой тонкой пленкой воды.

Конструкция абсорбера 2-ой ступени 6 является горизонтальнотрубной, орошаемой тонкой пленкой концентрированного раствора.

В результате поглощения водяных паров хладагента концентрированный раствор становится раствором средней концентрации. Теплота абсорбции абсорбера 2-ой ступени 6 и теплота конденсации в конденсаторе 4 поглощается охлаждающим теплоносителем, который циркулирует в трубах абсорбера и конденсатора. При этом охлаждающий теплоноситель нагревается от 27 до 34°C Далее раствор средней концентрации из абсорбера 2-ой ступени поступает в абсорбер 1-ой ступени 2 с помощью растворного насоса 2-ой ступени 10.

Для подержания уровня концентрации водного раствора соли бромистого лития в испарителе 1-ой ступени 1 предусмотрен клапан подержания концентрации 14, пропускающий абсорбент (раствор) в нужном количестве. Так замыкается цикл по абсорбенту.

Конструкция конденсатора 4 является горизонтальнотрубной. Конденсат безнапорным способом возвращается в испаритель 2-ой ступени 5.

Из испарителя 2-ой ступени хладагент (воду) с помощью насоса хладагента 2-ой ступени 9 подают в испаритель 1-ой ступени, а также для полного смачивания поверхности теплообмена в испаритель 2-ой ступени 5. Для поддержания уровня хладагента (воды) в испарителе 1-ой ступени 1 предусмотрен клапан поддержания уровня 15, пропускающий конденсат в нужном количестве. Так замыкается цикл по хладагенту.

При работе установки неизбежным является образование неконденсирующихся газов - продуктов коррозии и поступления воздуха через микронеплотности. Для их удаления применяют систему вакуумирования 13.

На фиг. 2 представлена Р-Т-ξ - диаграмма холодильного цикла (диаграмма Дюринга) заявляемой АБХМ. В холодильном цикле, происходят следующие процессы:

Линия 1-11 показывает процесс переноса водяного пара, испаряющегося из бинарной смеси хладагента, из испарителя в абсорбер при постоянной температуре «минус» 10°C.

Линия 20-11 - поглощение водяных паров раствором LiBr (концентрацией - ξ=57% масс.) в абсорбере 1-ой ступени.

Линия 11-12 - перемещение разбавленного раствора LiBr (ξ=51%) из абсорбера в генератор и его нагрева в рекуперативном теплообменнике 1-ой ступени и (Линия 12-13) рекуперативном теплообменнике 2-ой ступени.

Линия 13-14 - нагрев разбавленного раствора LiBr (ξ=51%) в генераторе до равновесной температуры начала кипения.

Линия 14-15 - кипение разбавленного раствора LiBr (ξ=51%), удаление из него воды и восстановление поглощающей способности (ξ=61%).

Линия 15-16 - перемещение концентрированного раствора LiBr (ξ=61%) из генератора в абсорбер 2-ой ступени через рекуперативный теплообменник 2-ой ступени.

Линия 16-17 - охлаждение концентрированного раствора (ξ=61%) в абсорбере 2-ой ступени до равновесной температуры начала абсорбции.

Линия 17-18 - поглощение концентрированным раствором LiBr (ξ=61%) водяных паров из испарителя 2-ой ступени - (Линия 10-18) в абсорбере 2-ой ступени. Частичное разбавление концентрированного раствора (ξ=57%).

Линия 18-19 - перемещение раствора LiBr средней концентрации (ξ=57%) из абсорбера 2-ой ступени в абсорбер 1-ой ступени через рекуперативный теплообменник 1 ступени.

Линия 19-20 - охлаждение раствора средней концентрации (ξ=57%) в абсорбере 1-ой ступени до равновесной температуры начала абсорбции.

Таким образом, цикл замыкается, процесс повторяется заново.

Предлагаемое техническое решение позволяет получать отрицательные температуры охлаждения, до -10°С в теплоиспользующих АБХМ, где хладагентом является слабоконцентрированный водосолевой раствор LiBr.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением указанного технического результата, представлены в работах коллектива авторов настоящей полезной модели и других разработчиков.

С целью изучения возможности устойчивой работы холодильной машины с одноступенчатой регенерацией раствора с паровым обогревом при температурах кипения хладагента 1,0÷1,5°C были проведены испытания АБХМ-2000П, установленной на производстве капролактама ОАО «Азот» (г. Кемерово). Результаты испытаний [Горшков В.Г., Мухин Д.Г., Дзино А.А. Получение низких температур кипения хладагента в абсорбционной бромистолитиевой холодильной машине. // Вестник Международной академии холода, 2013, No 4] показали, что в АБХМ традиционной конструкции с «открытым» испарителем есть возможность получать отрицательные температуры кипения хладагента (до -8÷-10°C и ниже). В этом случае, в качестве хладагента следует использовать низкоконцентрированный раствор бромистого лития с концентрацией 15-18% [Дзино А. А. Эффективность применения абсорбционных бромистолитиевых термотрансформаторов с низкотемпературным греющим источником для получения отрицательных температур кипения рабочего вещества. / Автореф. дисс… на соискание уч. ст.канд. техн. наук. - Ленинград. 1987].

Claims (1)

1. Абсорбционная бромисто-литиевая холодильная машина, включающая генератор, конденсатор, испаритель 1-й ступени, абсорбер 1-й ступени, испаритель 2-й ступени, абсорбер 2-й ступени, теплообменники, насосы, в контурах которых циркулирует рабочее вещество, отличающаяся тем, что в качестве испарителя 1-й ступени используют испаритель открытого типа с форсунками, а рабочее вещество, водный раствор бромистого лития, является одновременно охлаждаемой жидкостью.

   

Images