Значение COP термодинамического цикла АБХМ BROAD
Значение COP термодинамического цикла АБХМ BROAD определяет целесообразность
Значение COP термодинамического цикла АБХМ BROAD колеблется в широких пределах в зависимости от кратности (количества ступеней) регенерации раствора, качества работы теплообменного оборудования установки и соотношения параметров внешних теплоносителей. Оценка значения COP определяет целесообразность применения конкретного типа АБХМ в тех или иных производственных процессах.
В качестве энергоресурса, энергоэффективность АБХМ BROAD обладает уникальным потенциалом одновременного содействия долгосрочной энергетической безопасности, экономическому росту и даже улучшению здоровья и благосостояния людей; в частности, она является основным инструментом сокращения выбросов парниковых газов. Мероприятия по энергоэффективности, посредством сокращения или ограничения потребления энергии, могут повысить устойчивость к разнообразным рискам, таким как рост и изменчивость цен на энергию, нагрузка на энергетическую инфраструктуру и сбои в системах энергоснабжения.
Компания BROAD сделала вывод, что инвестиции в энергоэффективность обеспечивают уменьшение потребления энергии, превышающее объемы производства любого другого энергетического ресурса во многих странах. Это указывает на то, что энергоэффективность представляет собой скрытый топливный резерв, и является фактически «топливом номер один». Показатели энергоэффективности как раз и используются для того, чтобы количественно оценить, насколько велик объем этого скрытого, или «первого» топлива. Для лучшего понимания движущих сил и потенциала энергоэффективности важно разрабатывать обоснованные решения поддержания соответствующих показателей цикла.
Тепловой коэффициент абсорбционной машины зависит от температуры кипения и конденсации, а также от температуры греющего тела. Номинальная температура охлажденной жидкости составляет 7°С, как универсальное значение для проектирования систем центрального кондиционирования в гражданском строительстве и системах технологического охлаждения в промышленности. В зависимости от технологии, в которой применятся АБХМ, температура охлажденной жидкости может колебаться в пределах 3÷20°С.
Тепловой коэффициент абсорбционной машины
Тепловой коэффициент абсорбционной машины зависит от температуры кипения и конденсации, а также от температуры греющего тела. Номинальная температура охлажденной жидкости составляет 7°С, как универсальное значение для проектирования систем центрального кондиционирования в гражданском строительстве и системах технологического охлаждения в промышленности. В зависимости от технологии, в которой применятся АБХМ, температура охлажденной жидкости может колебаться в пределах 3÷20°С.
Термодинамические свойства воды и раствора бромида лития таковы, что для обеспечения оптимального процесса абсорбции перепад температур между охлажденной и охлаждающей жидкостью не должен превышать 25°С. Повышение значения температур приводит к снижению интенсивности абсорбции в АБХМ, что ведет к снижению эффективности АБХМ в целом. При перепаде ≥ 30°С процесс абсорбции в АБХМ практически прекращается.
В рабочем состоянии LiBr полностью растворяется в воде, но перегрев или переохлаждение определенных участков могут привести к его кристаллизации. Данный процесс чаще всего вызван низкой температурой воды на входе в конденсатор или наличием не конденсирующихся газов. Снижение температуры воды после градирни ниже критической приводит к переохлаждению агента и переходу в зону кристаллизации.
В АБХМ BROAD предусмотрена механическая система перелива, которая защитит машину от роста концентрации раствора и от кристаллизации в любой ситуации, даже если органы автоматического управления не сработают. Зависимость значения концентрации солевого раствора от температуры кристаллизации можно проследить на рисунке.
| Линии | Обозначение |
| 31–32 | пленочное кипение хладагента (раствор LiBr малой концентрации) в испарителе 1-й ступени, сопровождающееся изменением его концентрации (линия 31–23) и испарением водяного пара |
| 32–39 | абсорбция водяных паров водным раствором LiBr в абсорбере 1-й ступени |
| 32–37 | нагрев разбавленного (слабого) раствора LiBr (в абсорбере 1-й ступени) в рекуперативном теплообменнике 1-й ступени и рекуперативном теплообменнике 2-й ступени (линия 37-7) |
| 7-10 | нагрев разбавленного раствора LiBr в генераторе до равновесной температуры начала кипения |
| 10–4 | десорбция разбавленного раствора LiBr и восстановление его поглощающей способности |
| 4–8 | охлаждение концентрированного (крепкого) раствора LiBr в рекуперативном теплообменнике 2-й ступени |
| 8–9 | охлаждение концентрированного раствора в абсорбере 2-й ступени до равновесной температуры начала абсорбции |
| 9–2 | абсорбция концентрированным раствором LiBr водяных паров из испарителя 2-й ступени в абсорбере 2-й ступени, разбавление крепкого раствора до промежуточной (средней) концентрации |
| 1–2 | пленочное кипение хладагента (вода) при постоянной положительной температуре в испарителе 2-й ступени |
| 2–38 | охлаждение раствора LiBr средней концентрации в рекуперативном теплообменнике 1-й ступени |
| 38–39 | охлаждение раствора средней концентрации до равновесной температуры начала абсорбции в абсорбере 1-й ступени |
| 10–3 | конденсация перегретого водяного пара при постоянной температуре в конденсаторе |
| 3–1 | дросселирование хладагента (вода) при входе в испаритель 2-й ступени |
| 1–31 | дросселирование хладагента (вода) при входе в испаритель 1-й ступени и смешивание с хладагентом — слабо концентрированным раствором LiBr |
Таким образом, цикл замыкается, процесс повторяется заново.
Значения основных параметров цикла АБХМ
Оценка численного значения основных параметров цикла с двухступенчатой абсорбцией и одноступенчатой регенерацией раствора для разных граничных условий приведена в таблицах и показана на рисунке
| Наименование (обозначение) | Ед. изм. | Значение | ||||||||
| Температура охлаждаемой жидкости вход/выход | °С | 5/0 | 0/-5 | -5/-10 | 5/0 | 0/-5 | -5/-10 | 5/0 | 0/-5 | -5/-10 |
| Температура охлаждающей жидкости вход/выход | °С | 27/34 | ||||||||
| Температура греющей среды вход/выход | °С | 90/80 | 105/95 | 120/110 | ||||||
| Недонвсыщение в абсорбере 1-й и 2-й ступеней | % | 1,0 | ||||||||
| Недовыпаривание в генераторе | % | 0,5 | ||||||||
| Температурный напор (минимальный) на «холодном» конце абсорберов 1-й и 2-й ступеней | °С | 6,0 | ||||||||
| Температурный напор на «горячем» конце конденсатора | °С | 2,0 | ||||||||
| Температурный напор на «холодном» конце испарителя 1-й ступени | °С | 1,0 | ||||||||
| Температурный напор на «холодном» конце испарителя 2-й ступени | °С | 2,0 | ||||||||
| Разность температур (минимальный) на «холодном» конце теплообменника 1-й ступени | °С | 5,0 | ||||||||
| Разность температур (минимальный) на «холодном» конце теплообменника 2-й ступени | °С | 10,0 | ||||||||
| Наименование (обозначение) | Ед. изм. | Значение | ||||||||
| Концентрация слабого раствора действительная | % | 49,0 | 51,2 | 53,5 | 48,5 | 51,0 | 53,0 | 47,8 | 59,0 | 52,5 |
| Концентрация промежуточного раствора действительная | % | 53,0 | 54,8 | 56,2 | 53,9 | 55,4 | 56,6 | 54,4 | 55,8 | 57,4 |
| Концентрация крепкого раствора действительная | % | 60,0 | 62,0 | 65,0 | ||||||
| Зона дегазации | % | 11 | 8,8 | 6,5 | 13,5 | 11,0 | 9,0 | 17,2 | 15,0 | 12,5 |
| Кратность циркуляции | % | 5,46 | 6,82 | 9,23 | 4,59 | 5,64 | 6,89 | 3,78 | 4,33 | 5,2 |
| Температура испарения | °С | -2,0 | -7,0 | -12,0 | -2,0 | -7,0 | -12,0 | -2,0 | -7,0 | -12,0 |
| Концентрация промежуточного раствора на входе в абсорбер 1-й ступени | °С | 20,2 | 17,8 | 15,8 | 19,5 | 17,5 | 15,0 | 18,6 | 16,0 | 14,2 |
| Температура слабого раствора | °С | 15,2 | 12,8 | 10,8 | 14.5 | 12,5 | 10,0 | 13,6 | 11,0 | 9,2 |
| Температура испарения | °С | 8,0 | 5,6 | 3,7 | 7,3 | 4,5 | 2,6 | 6,5 | 4,0 | 1,7 |
| Концентрация крепкого раствора на входе в абсорбер 2-й ступени | °С | 38,4 | 38,0 | 38,3 | 38,3 | 38,4 | 38,1 | 36,3 | 38,0 | 38,3 |
| Концентрация промежуточного раствора на входе в абсорбер 2-й ступени | °С | 34,4 | 33,0 | 33,3 | 33,3 | 33,4 | 33,1 | 33,3 | 33 | 33,3 |
| Концентрация крепкого раствора на выходе из генератора | °С | 81,4 | 86 | 93,2 | ||||||
| Температура конденсации | °С | 36,0 | ||||||||
| Удельная массовая холодопроизводительность испарителя 1-й ступени | кДж/кг | 1123 | 1106 | 1083 | 1127 | 1111 | 1095 | 1132 | 1119 | 1101 |
| Удельная массовая холодопроизводительность испарителя 2-й ступени | кДж/кг | 1232 | 1244 | 1263 | 1226 | 1238 | 1250 | 1221 | 1230 | 1240 |
| Удельная тепловая нагрузка абсорбера 2-й ступени | кДж/кг | 1493 | 1535 | 1591 | 1494 | 1532 | 1570 | 1489 | 1528 | 1564 |
| Удельная тепловая нагрузка конденсатора | кДж/кг | 2502 | 2511 | 2524 | ||||||
| Удельная тепловая нагрузка генератора | кДж/кг | 2873 | 2932 | 3010 | 2878 | 2932 | 2986 | 2881 | 2934 | 2984 |
| Коэффициент | 0,544 | 0,552 | 0,562 | 0,543 | 0,550 | 0,557 | 0,542 | 0,548 | 0,555 | |
| Тепловой коэффициент действительного цикла | 0,391 | 0,377 | 0,360 | 0,392 | 0,379 | 0,367 | 0,393 | 0,381 | 0,369 | |
- Исходные данные
-
Наименование (обозначение) Ед. изм. Значение Температура охлаждаемой жидкости вход/выход °С 5/0 0/-5 -5/-10 5/0 0/-5 -5/-10 5/0 0/-5 -5/-10 Температура охлаждающей жидкости вход/выход °С 27/34 Температура греющей среды вход/выход °С 90/80 105/95 120/110 Недонвсыщение в абсорбере 1-й и 2-й ступеней % 1,0 Недовыпаривание в генераторе % 0,5 Температурный напор (минимальный) на «холодном» конце абсорберов 1-й и 2-й ступеней °С 6,0 Температурный напор на «горячем» конце конденсатора °С 2,0 Температурный напор на «холодном» конце испарителя 1-й ступени °С 1,0 Температурный напор на «холодном» конце испарителя 2-й ступени °С 2,0 Разность температур (минимальный) на «холодном» конце теплообменника 1-й ступени °С 5,0 Разность температур (минимальный) на «холодном» конце теплообменника 2-й ступени °С 10,0 - Результаты расчета
-
Наименование (обозначение) Ед. изм. Значение Концентрация слабого раствора действительная % 49,0 51,2 53,5 48,5 51,0 53,0 47,8 59,0 52,5 Концентрация промежуточного раствора действительная % 53,0 54,8 56,2 53,9 55,4 56,6 54,4 55,8 57,4 Концентрация крепкого раствора действительная % 60,0 62,0 65,0 Зона дегазации % 11 8,8 6,5 13,5 11,0 9,0 17,2 15,0 12,5 Кратность циркуляции % 5,46 6,82 9,23 4,59 5,64 6,89 3,78 4,33 5,2 Температура испарения °С -2,0 -7,0 -12,0 -2,0 -7,0 -12,0 -2,0 -7,0 -12,0 Концентрация промежуточного раствора на входе в абсорбер 1-й ступени °С 20,2 17,8 15,8 19,5 17,5 15,0 18,6 16,0 14,2 Температура слабого раствора °С 15,2 12,8 10,8 14.5 12,5 10,0 13,6 11,0 9,2 Температура испарения °С 8,0 5,6 3,7 7,3 4,5 2,6 6,5 4,0 1,7 Концентрация крепкого раствора на входе в абсорбер 2-й ступени °С 38,4 38,0 38,3 38,3 38,4 38,1 36,3 38,0 38,3 Концентрация промежуточного раствора на входе в абсорбер 2-й ступени °С 34,4 33,0 33,3 33,3 33,4 33,1 33,3 33 33,3 Концентрация крепкого раствора на выходе из генератора °С 81,4 86 93,2 Температура конденсации °С 36,0 Удельная массовая холодопроизводительность испарителя 1-й ступени кДж/кг 1123 1106 1083 1127 1111 1095 1132 1119 1101 Удельная массовая холодопроизводительность испарителя 2-й ступени кДж/кг 1232 1244 1263 1226 1238 1250 1221 1230 1240 Удельная тепловая нагрузка абсорбера 2-й ступени кДж/кг 1493 1535 1591 1494 1532 1570 1489 1528 1564 Удельная тепловая нагрузка конденсатора кДж/кг 2502 2511 2524 Удельная тепловая нагрузка генератора кДж/кг 2873 2932 3010 2878 2932 2986 2881 2934 2984 Коэффициент 0,544 0,552 0,562 0,543 0,550 0,557 0,542 0,548 0,555 Тепловой коэффициент действительного цикла 0,391 0,377 0,360 0,392 0,379 0,367 0,393 0,381 0,369
Оптимальное значение COP термодинамического цикла АБХМ BROAD позволяет улучшить рекуперацию тепла в высокотемпературном теплообменнике, а за счет этого уменьшить расход первичного источника, оборотной воды и более равномерно распределяется нагрузка между генератором высокого и низкого давлений.