Абсорбционные тепловые насосы. Анализ эффективности различных типов тепловых насосов

Может ли замерзнуть вода в скважине?Нет, вода не замерзнет, т.к. и в песчаной, и в артезианской скважине вода находится ниже точки промерзания грунта. Можно ли в песчаную скважину системы водоснабжения установить трубу диаметром больше 133 мм (у меня насос под большую трубу)?Не имеет смысла при обустройстве песчаной скважины устанавливать трубу большего диаметра, т.к. производительность песчаной скважины небольшая. Для таких скважин специально предназначен насос «Малыш». Может ли проржаветь стальная труба в скважине водоснабжения?Достаточно медленно. Так как при обустройстве скважины загородного водоснабжения производится её гермитизация, в скважину нет доступа кислорода и процесс окисления идет очень медленно. Какие бывают диаметры труб для индивидуальной скважины? Какова производительность скважины при различных диаметрах труб?Диаметры труб для обустройства скважины на воду:114 - 133 (мм) - производительность скважины 1 - 3 куб.м./час;127 - 159 (мм) - производительность скважины 1 - 5 куб.м./час;168 (мм) - производительность скважины 3 - 10 куб.м./час;ПОМНИТЕ! Необходимо, что бы н...

А. В. Попов, Институт теплофизики СО РАН (ИТ СО РАН)

В последнее десятилетие в нашей стране наблюдается значительный интерес к тепловым насосам (ТН). Это связано, в первую очередь, с ростом цен на энергоносители и проблемами экологии. Этому способствует и зарубежный опыт.

Следует отметить, что за рубежом теплонасосная техника находит широкое применение на протяжении уже более 30 лет. В России практическое использование ТН находится в зачаточном состоянии. Такое положение с использованием ТН в России связано как с объективными, так и с субъективными причинами.

В настоящее время на рынке имеются самые различные типы ТН. У специалистов часто возникают проблемы с обоснованием применения и выбором оптимального типа ТН для конкретного объекта. В данной статье приводится укрупненная классификация наиболее распространенных типов ТН, методика анализа их эффективности, практические советы по выбору типа ТН с учетом особенностей конкретного объекта.

Основные типы и классификация ТН

Тепловым насосом называется термодинамическая система (техническое устройство), позволяющая трансформировать теплоту с низкого температурного уровня на более высокий. Данные машины предназначены преимущественно для получения горячей воды, воздуха, пригодных для отопления, горячего водоснабжения и других целей. Необходимым условием для применения ТН является наличие низкотемпературного источника теплоты, по температурным параметрам не пригодного для использования в качестве греющей среды на вышеуказанные цели.

В настоящее время определилось два основных принципиальных направления в развитии ТН:

Парокомпрессионные тепловые насосы (ПТН);

Абсорбционные тепловые насосы (АТН).

Парокомпрессионные тепловые насосы.

Существуют различные типы ПТН. По низкотемпературному источнику теплоты и нагреваемой среде ПТН подразделяются на типы: «вода-вода», «воздух-вода», «воздух-воздух», «вода-воздух». По типу используемого компрессорного оборудования на спиральные, поршневые, винтовые и турбокомпрессорные. По виду привода компрессора- на электроприводные, с приводом от двигателя внутреннего сгорания, газовой или паровой турбины.

В качестве рабочего тепла в данных машинах используются хладоны – преимущественно фторхлорсодержащие углеводороды, Т.Н. фреоны.

Конструкции и принцип работы ПТН подробно описаны в .

Абсорбционные тепловые насосы.

АТН подразделяются на два основных вида - водоамиачные и солевые. В водоамиачных машинах абсорбентом является вода, а хладагентом аммиак. В солевых машинах абсорбентом является водный раствор соли, а хладагентом вода. В мировой практике в настоящее время применяют преимущественно солевые ТН, в которых абсорбентом является водный раствор соли бромистого лития (H 2 O/LiBr) – АБТН.

В АБТН процессы переноса теплоты совершаются с помощью совмещенных прямого и обратного термодинамического циклов, в отличие от парокомпрессионных ТН, в которых рабочее тело (хладон) совершает только обратный термодинамический цикл.

По отечественной классификации абсорбционные бромистолитиевые машины подразделяются на повышающие и понижающие термотрансформаторы. В настоящей работе рассматривается понижающий термотрансформатор, как наиболее распространенный тип.

По виду потребляемой высокотемпературной теплоты АБТН подразделяются на машины:

С паровым (водяным) обогревом;

С огневым обогревом на газообразном или жидком топливе.

По термодинамическому циклу АБТН бывают с одноступенчатой или двухступенчатой схемами регенерации раствора, а также двухступенчатой абсорбцией.

Схемы, конструкции различных типов АБТН и принцип их работы приведены в работах.

Энергетическая эффективность ТН.

Парокомпрессионные и абсорбционные ТН для осуществления термодинамических циклов потребляют различные виды энергии: ПТН- механическую (электрическую), АТН- тепловую.

Для сравнения эффективности различных типов ТН необходим общий показатель. Таким показателем может быть удельный расход топлива на выработку теплоты или коэффициент его использования. Такой подход правомерен ещё и потому, что в России базовыми электростанциями являются тепловые, работающие на органическом топливе.

Энергетическая эффективность ПТН характеризуется коэффициентом преобразования энергии

где Qп – произведенная теплота;

Qк – мощность в тепловом эквиваленте, затраченная на привод компрессора.

Величина коэффициента преобразования ПТН (φ) зависит, в основном, от температур низкотемпературного источника теплоты и температуры нагреваемой среды на выходе из ТН (рис.1). Чем больше перепад температур между нагреваемой и охлаждаемой средами, тем ниже эффективность ПТН.

Рис. 1. Зависимость коэффициента преобразования φ ПТН от перепада температур между нагретой водой (t W2) и охлажденной водой (t S2).

Эффективность АБТН характеризуется коэффициентом трансформации

где Qп – количество произведенной теплоты;

Qг – количество высокотемпературной теплоты, подведенной к генератору ТН.

Реальные коэффициенты трансформации АБТН приведены на рис. 2. В зависимости от перепада температур между нагреваемой и охлаждаемой средами применяют различные типы машин: с одно - или двухступенчатой схемами регенерации раствора; с двухступенчатой схемой абсорбции

Рис. 2. Зависимость коэффициента трансформации М АБТН от перепада температур между нагретой водой (t W2) и охлажденной водой (t S2).

1 – с двухступенчатой схемой регенерации раствора (М = 2,2).

2 – с одноступенчатой схемой регенерации раствора (М = 1,7).

3 – с двухступенчатой абсорбцией (М = 1,35).

В ПТН при использовании электроэнергии на привод компрессора от тепловой электростанции удельный расход топлива (здесь и далее в тепловом эквиваленте) составит В = 1/(φ·ηэл)

где η эл – КПД электростанции с учетом потерь электроэнергии в сетях (в России ~ 0,32).

В ПТН при использовании в качестве привода компрессора двигателя внутреннего сгорания или газовой турбины с утилизацией теплоты продуктов сгорания топлива удельный расход топлива на выработку теплоты составит

В = 1/(φ · ηм + ηт)

где ηм – механический КПД привода;

ηт – тепловой КПД привода.

Удельный расход топлива на выработку теплоты в АБТН составит

В = 1/(М · η)

где η – КПД источника высокотемпературной теплоты или генератора ТН при огневом обогреве.

Удельный расход топлива на выработку теплоты в котле составит

где η – КПД котла.

Рассмотрим различные варианты автономного источника для получения горячей воды. Для сравнения возьмем котел на органическом топливе и различные варианты тепловых насосов (рис. 3).

Рис. 3. Энергетические балансы различных схем производства теплоты:

а) котел на органическом топливе;

б) ПТН с электроприводом от тепловой электростанции;

в) ПТН с приводом от ДВС или газовой турбины;

г) АБТН на газообразном или жидком топливе.

ПТН с электроприводом от тепловой электростанции при коэффициенте преобразования φ<2,6–3 по сравнению с котлом экономию топлива не дает (меньшее значение φ для котлов на твердом топливе, большее на газовом или жидком топливе). С учетом более высоких по сравнению с котлом удельных капитальных вложений на ТНУ и электрогенерирующие мощности использование ПТН с электроприводом может быть экономически оправдано (приемлемый срок окупаемости дополнительных капитальных вложений) при φ=4-5.

ПТН с приводом компрессора от двигателя внутреннего сгорания или газовой турбины при утилизации теплоты продуктов сгорания топлива и системы охлаждения двигателя дает экономию топлива уже при φ≥1,5. Однако экономическая целесообразность применения данного типа ТН должна определяться на основе технико- экономических расчётов, т.к. удельные капитальные затраты на данный тип ТН в несколько раз выше затрат на котел. Применение ПТН с низким коэффициентом преобразования приводит к неоправданно высоким срокам окупаемости капитальных вложений.

АБТН всех типов по сравнению с котлом имеют удельный расход топлива на 40 ÷ 55% ниже. Т.е. эффективность использования топлива в АБТН в 1,7-2,2 раза выше, чем в котле. При этом себестоимость производимой в АБТН теплоты на 25-30 % ниже чем в котле.

Особо следует рассмотреть эффективность использования ТН в составе ТЭЦ. В условиях существующих ТЭЦ часто возникает необходимость увеличения мощности теплофикационного отбора станции. Как правило, эту проблему решают установкой дополнительных «пиковых» котлов. Теплофикационную мощность станции можно существенным образом увеличить за счет применения ТН.

На рис. 4 показана схема применения АБТН в составе ТЭЦ. Такая схема позволяет без изменения балансов и параметров пара в турбине значительно увеличить мощность теплофикационной части станции без увеличения расхода топлива. При этом себестоимость дополнительно произведенной теплоты при существующих ценах на АБТН составляет 60-80 руб/Гкал, а срок окупаемости капитальных вложений не превышает 1-2 лет. Применение ПТН в данной схеме в любом случае будет иметь экономическую эффективность значительно ниже, чем АБТН.

Некоторые авторы, ссылаясь на зарубежный опыт, в частности Шведский, отмечают, что электроприводные ПТН применяют даже при φ<3. Действительно некоторые теплонасосные установки в Швеции и других странах Европы имеют φ≤3 и достаточно рентабельны (срок окупаемости 3-4 года). Это связано, в первую очередь, со структурой электроэнергетики данных стран. В ряде Европейских стран базовыми электрогенерирующими мощностями являются атомные и гидроэлектростанции, а значит относительно дешевая электроэнергия. Поэтому ТНУ с электроприводом в данных странах даже при φ≤3 экономически целесообразны, т. к. позволяют реально экономить дорогостоящее органическое топливо, сократить вредные выбросы в окружающую среду, экономить электроэнергию замещая, электрообогрев.

При выборе типа теплового насоса кроме энергетической и экономической эффективности следует учитывать также особенности различных типов машин (срок службы, воздействие на окружающую среду, ремонтопригоднрность, требуемая квалификация обслуживающего персонала, возможность регулирования мощности в широком диапазоне и т. д.).

С точки зрения воздействия на окружающую среду и безопасность АБТН имеют явное преимущество перед ПТН, т.к. не используют хладоны- фторхлорсодердащие углеводороды. В соответствии с Монреальским протоколм от 1987 года, фактически все хладоны, используемые в ПТН, проходят более тщательный контроль на «озонобезопасность», «парниковый эффект» и облагаются жесткими штрафами при их неправильном применении и утилизации. В АБТН все процессы протекают под вакуумом и в отличие от ПТН, они не подведомственны ГОСГОРТЕХНАДЗОРу.

АБТН имеют значительно больший срок службы, т. к. по существу являются теплообменным оборудованием, высокую ремонтопригодность, мало шумные в работе.

К преимуществам ПТН с электроприводом следует отнести простоту их энергоснабжения. На некоторых объектах это может быть определяющим фактором в их пользу.

Для успешного развития работ по ТН в России имеются все предпосылки: машиностроительная и сырьевая базы, научные и инженерные кадры, значительный объём выполненных научно- исследовательских и опытно- конструкторских работ, освоено производство многих типов ТН, имеется достаточно значимый опыт их эксплуатации, практически неисчерпаемые низкопотенциальные источники теплоты.

В тоже время следует отметить, что, как показывает зарубежный опыт, широкое применение энергосберегающих технологий может быть только при активном участии государства, заключающее, главным образом, в создание законодательных и нормативных актов, стимулирующих использование энергосберегающей техники.

Литература

1) В. Г. Горшков Тепловые насосы. Аналитический обзор //Справочник промышленного оборудования, 2004, № 2.

2) А. Г. Корольков, А.В. Попов, А. Влад. Попов Абсорбционные бромистолитиевые водоохлаждающие и водонагревательные трансформаторы теплоты //Проблемы энергосбережения № 1 (14) февраль 2003.

3) Попов А. В. , Богданов А. И., Паздников А. Г. Опыт разработки и создания абсорбционных бромистолитиевых тепловых насосов //Промышленная энергетика – 1999, № 8- с 38-43.

4) Бараненко А. В., Попов А. В., Тимофеевский Л. С., Волкова О. В. Абсорбционные бромистолитиевые преобразователи теплоты нового поколения //Холодильная техника, 2001, № 4- с18-20.

5) Попов А. В. Система охлаждения и утилизации тепла дымовых газов мусоросжигающих заводов //Очистка и обезвреживание дымовых газов на установках, сжигающих отходы и мусор. - Новосибирск, 1999 - с121-132. Журнал "Проблемы энергосбережения", август,2005г.

| скачать бесплатно Анализ эффективности различных типов тепловых насосов , Попов А. В. ,

Аннотация

На примере ОЭС Беларуси рассматривается возможность использования бромисто-литиевых абсорбционных тепловых насосов для блокирования рассеяния тепловой энергии с циркуляционной водой и водой охлаждения генератора и масла системы смазки. PDF

Annotation

The possibility of usage of Absorption Heat Pump worked on LiBr solution to avoid the lube oil, generator radiation and circulating water heat dissipation is considered in this article by the example of the United Energy System of Belarus.

Абсорбционные тепловые насосы в тепловой схеме ТЭЦ для повышения её энергетической эффективности

В. Н. Романюк , докт. техн. наук , Д. Б. Муслина , А. А. Бобич , магистры техн. наук , Н. А. Коломыцкая , магистр экон. наук , Т. В. Бубырь, студент, Белорусский национальный технический университет, РУП «БЕЛТЭИ», С. В. Мальков, директор ЗАО «Сервис тепло и хладооборудования»

Введение

Перевод на парогазовую технологию ТЭЦ согласно исследованиям Российской академии наук более эффективен, чем переход к парогазовым конденсационным электростанциям (КЭС) , и его следует осуществлять в первую очередь. Однако усовершенствование ТЭЦ с помощью газотурбинных (ГТУ) высокотемпературных надстроек требует больших капвложений, при это привлечение инвестора для КЭС в условиях Беларуси оказалось менее сложной задачей, что и определило отставание модернизации ТЭЦ от перехода к парогазовым КЭС.

Сегодня в ОЭС Беларуси вводятся парогазовые конденсационные блоки с удельным расходом топлива (УРТ) на выработку электроэнергии на уровне 220 г/(кВт×ч), что сопоставимо с его величиной у паротурбинных ТЭЦ республики. Указанное обстоятельство вместе с изменением ситуации на рынке энергоресурсов обострило проблему повышения эффективности паротурбинных ТЭЦ и определило необходимость повышения их эффективности с помощью менее затратных проектов. К соответствующим решениям, что вполне понятно, предъявляется требование по сохранению их актуальности при последующем переводе ТЭЦ на парогазовую технологию. К таким решениям можно отнести и интеграцию в состав ТЭЦ тепловых аккумуляторов , а также иные нововведения, например перевод турбогенераторов на работу с ухудшенным вакуумом. Вместе с тем последнее связано с необходимостью изменений конструкции паротурбинной установки: встраивание в конденсатор сетевого пучка, модификация последних ступеней турбины. И то и другое, как и сама работа турбоустановки с ухудшенным вакуумом, не всегда приемлемы по тем или иным причинам. В этих условиях альтернативным решением переходу на ухудшённый вакуум может быть применение абсорбционных бромистолитиевых тепловых насосов (АБТН). С их помощью обеспечивается более эффективно решение той же задачи блокирования рассеяния тепловой энергии с циркуляционной водой, при этом не требуется каких-либо изменений конструкции турбоустановки.

Указанные АБТН выпускаются в готовой удобной для монтажа и эксплуатации конструкции, получившей название чиллера. Они допускают одновременное использование и в роли холодильных машин, обеспечивающих отпуск холодной воды по температурному графику 7/12 °С, что необходимо, например, на ТЭЦ при её переводе на работу с газотурбинной надстройкой для охлаждения воздуха, поступающего в компрессор ГТУ. В результате достигается практически непрерывное использование абсорбционной установки в течение всего года. Интеграция АБТН, к примеру, в тепловую схему турбогенератора ПТ-60 обеспечивает годовую системную экономию природного газа более 5,5 тыс. т у.т., и при этом достигается выполнение требуемых экономических ограничений: простой срок возврата инвестиций в течение до 2 лет с момента ввода в эксплуатацию, соответствующие значения динамического срока возврата инвестиций, внутренней ставки доходности и др.

Проблема конденсационного пропуска пара теплофикационных турбогенераторов

Технически минимальный пропуск пара в конденсатор турбогенераторов типов «П», «Т», «ПТ» и связанный с ним перерасход топлива, который ранее не вызывал вопросов, сегодня неприемлем. Например, для уже упоминавшихся наиболее распространённых турбогенераторов ПТ-60 и их модификаций минимальный пропуск пара в конденсатор ограничен величиной 12 т/ч. Для начальных параметров пара 13 МПа с учётом вклада регенеративных отборов на этом пропуске пара в конденсатор мощность генерации электроэнергии турбогенератора ПТ-60-130 составляет 4,3 МВт. Рассеяние тепловой энергии с циркуляционной водой (ЦВ), отводящей теплоту процесса конденсации 12 т/ч пара при давлении 4 кПа, - 6,3 Гкал/ч. УРТ на выработку электроэнергии на указанном потоке пара оценивается величиной 0,42 кг/(кВт×ч), что на »0,2 кг больше вытесняемой генерации электроэнергии на парогазовых конденсационных блоках. С учётом 5 % потерь электроэнергии на доставку её к промышленным нагрузкам ТЭЦ этот показатель для КЭС равен 0,24 кг/кВт×ч. При годовой наработке турбогенератора 7,5 тыс. часов пережог топлива составляет »6 тыс. т у.т., в валюте - более 1,5 млн. USD. В связи с общим количеством ТЭЦ в стране (36 единиц) становится очевидной актуальность задачи по устранению такого нерационального использования топлива. В приведённых расчётах в качестве замыкающей ТЭС принимается парогазовый блок с абсолютным электрическим КПД 54 %. Выбор обусловлен тем, что (с учётом структуры потребления в стране тепловой и электрической энергии, а также изменений в структуре генерации указанных энергопотоков после внедрения на паротурбинных ТЭЦ высокотемпературных надстроек) с вводом АЭС в составе генерирующих мощностей ОЭС Беларуси не остаётся нагрузки для паротурбинных КЭС, используемых сегодня в качестве замыкающих мощностей .

Решение задачи подавления рассеяния тепловой энергии с циркуляционной водой с помощью перевода турбогенераторов на работу с ухудшенным вакуумом

Давление в конденсаторе турбины при работе на ухудшённом вакууме (УВ) увеличивается до 0,06 МПа, а мощность генерации электроэнергии на рассматриваемом расходе 12 т/ч пара в конденсатор составляет 3,4 МВт. При этом из теплофикационного отбора вытесняется пар в количестве, соответствующем потоку тепловой энергии 6,3 Гкал/ч (7,2 МВт). Удельная выработка Т-отбора рассматриваемого турбогенератора с учётом вклада потоков регенерации составляет ≈516 кВт×ч/Гкал, что позволяет определить снижение мощности генерации электроэнергии до 3,2 МВт на пропуске пара в Т-отбор в связи с переходом к режиму УВ. Таким образом, при переходе к ухудшённому вакууму в конденсаторе ПТ-60 в связи со снижением мощности генерации ТЭЦ передаётся на КЭС до 4,3 – (3,4 – 3,2) = 4,1 МВт. Соответствующая часовая системная экономия топлива оценивается величиной 0,79 т у. т./ч и состоит из следующих слагаемых в сравнении со штатным режимом, имеющих место в связи с:

Вытеснением генерации на потоке пара в конденсатор и передачей её на КЭС ПГУ: 4,3 (0,42 – 0,24) = 0,77 т/ч;

Вытеснением генерации на потоке пара в Т-отбор и передачей её на КЭС ПГУ: 3,2 (0,17 – 0,24) = –0,22 т/ч;

Генерацией в режиме УВ на потоке пара в конденсатор с УРТ равным 164 г/(кВт·ч), которая оценивается в 3,4 · (0,24 - 0,164) = 0,25 т/ч.

Очевидно, что при переводе турбогенератора на работу с ухудшенным вакуумом годовое число часов его работы, определяющее в том числе системную экономию топлива, зависит от конкретных условий зоны теплоснабжения и состава ТЭЦ. В том случае, когда оно будет равно ранее указанным 7,5 тыс. часов, системная годовая экономия топлива составит 5,9 тыс. т у.т.

Абсорбционный тепловой насос

Абсорбционный тепловой насос - устройство непрерывного действия, предназначенное для передачи тепловой энергии от источника с более низкой температурой к источнику с более высокой температурой. Для компенсации подобного неестественного перехода тепловой энергии требуется на привод АБТН затратить тепловую энергию (ТЭ). Абсорбционные установки обратного цикла уступают по энергетическим характеристикам парокомпрессионным машинам, но если последним для работы требуется энергетически и экономически более ценная механическая энергия, то первые могут использовать дешёвую тепловую энергию отборов паровых турбин, утилизационных котлов энергии выхлопных газов газовых двигателей внутреннего сгорания, вторичных энергоресурсов. Это обстоятельство и определяет для АБТН нишу, которую они в ближайшее время займут в различных технологических системах.

В роли рабочего тела в АБТН используются растворы (в рассматриваемом случае вода - бромистый литий), в которых концентрация компонентов различна для жидкой и паровой фаз. Концентрация компонентов не может отличаться от величины, соответствующей уравнению равновесия раствора, что делает возможным конденсацию (абсорбцию) холодного пара более горячим жидким раствором до выравнивания концентраций в соответствии с указанным уравнением.

В простейшем случае АБТН представляет собой сочетание четырёх теплообменников, размещённых в одном интегрированном корпусе. Их эксплуатация энергетическому персоналу знакома и не создаёт проблем (рис. 1). Два теплообменника (генератор и конденсатор) работают при более высоком давлении и их назначение - получить практически в чистом виде легкокипящую жидкость, в данном случае - воду. Два других теплообменника (испаритель и абсорбер) работают при пониженном давлении. Их задачей является отвод тепловой энергии от источника и превращение полученного пара в компонент жидкого раствора. В ходе описанных превращений от абсорбера и конденсатора отводится теплота соответствующих процессов сорбции и конденсации, которая передаётся нагреваемому теплоносителю, например сетевой воде. Требуется лишь исключить переход температур хладагента через граничные значения, не допустимые для раствора воды в бромистом литии, как при хранении, так и в процессе эксплуатации. Иначе говоря, имеются предельные значения температур потоков теплоотдающего (утилизируемого) и тепловоспринимающего, при которых возможна работа АБТН. Схема реального АБТН несколько сложнее, что связано с регенерацией, повышающей энергетическую эффективность установки, из-за чего несколько увеличивается число теплообменников и сложность схемы.

Эффективность АБТН во многом зависит от температурного диапазона, в котором он эксплуатируется: чем ýже последний, тем выше энергетические показатели установки. Кроме этого, имеются предельные значения температур потоков теплоотдающего (утилизируемого) и тепловоспринимающего, при которых возможна работа АБТН.

При температуре нагреваемого потока 55 °С, что соответствует температуре обратной сетевой воды в межотопительный период, подача циркуляционной воды на утилизацию осуществляется по графику 17/22 °С (давление в конденсаторе - 4 кПа). Нагрев сетевой воды в этом случае обеспечивается до температуры 64 °С. В отопительный период, когда температура обратной сетевой воды может достигать 70 °С, температура циркуляционной воды составит 49/45 °С, чему соответствует давление в конденсаторе 15 кПа. Сетевая вода нагревается до 79 °С. При температурах сетевой воды, находящихся в указанном диапазоне, прочие характеристики потоков можно определить линейной интерполяцией. Для средней температуры отопительного периода –0,7 °С температура обратной сетевой воды равна 47 °С, и требуемое для АБТН давление в конденсаторе составит 4 кПа. Рассматривая ситуацию с изменением параметров потоков в течение года, можно сделать вывод, что в первом приближении установка АБТН обеспечит поддержание давления в конденсаторе в течение всего периода работы на уровне 4 кПа. Давление греющего пара для привода АБТН не должно быть ниже 0,4 МПа, что может быть обеспечено отбором пара из регенеративного отбора № 4 турбины ПТ-60. Отопительный коэффициент АБТН в указанных случаях составляет величину 1,7.

Сущность способа и оценка энергосберегающего эффекта

В тепловой схеме турбогенератора существуют несколько тепловых потоков, рассеиваемых в окружающей среде. На примере турбогенератора ПТ-60 таковыми являются: уже упоминавшийся поток охлаждения ЦВ мощностью 7,3 МВт, потоки систем охлаждения генератора и масла суммарной мощностью 0,47 МВт. Перечисленные тепловые потоки, мощность которых составляет 7,8 МВт, направляются в АБТН с циркуляционной водой, в котором она охлаждается на »4 °С (рис. 2). Для привода АБТН потребляется теплота процесса конденсации пара, потребность в которой определяется отопительным коэффициентом АБТН, и в этом случае величина тепловой нагрузки, определяющей потребление пара, составляет 40,2 ГДж/ч (9,6 Гкал/ч). Сетевой воде передаётся поток тепловой энергии мощностью 18,9 МВт, нагревая её на 10,2 °С.

В результате рассматриваемого использования АБТН при сохранении тепловой нагрузки ТЭЦ перераспределяется генерация электроэнергии между источниками системы, и в нашем примере имеет место уменьшение генерации на ТЭЦ на 4,7 МВт с УРТ 0,42кг/(кВт×ч), что обусловлено следующим:

• уменьшается нагрузка на теплофикационный отбор на величину 15,9 Гкал/ч, в связи с чем снижается мощность генерации на 8,2 МВт (удельная выработка Т-отбора - 516 кВт×ч/Гкал);
• возрастает нагрузка регенеративного отбора № 4 на величину 9,6 Гкал/ч, требуемую для привода АБТН, что увеличивает мощность генерации на 3,5 МВт (удельная выработка регенеративного отбора № 4 - 362 кВт×ч/Гкал).

С учётом указанного уменьшения мощности потока генерации электроэнергии на 4,7 МВт при сохранении отпускаемой тепловой энергии снижение годового расхода топлива ТЭЦ в нашем случае составит до 11,9 тыс. т у.т.:

• 4,3 0,42 7,5 = 13,5 тыс. т у.т. - снижение, связанное с устранением генерации электроэнергии с УРТ 420 г/(кВт×ч) на пропуске пара в конденсатор;
• 4,3 (0,17 – 0,136) 7,5 = 1,1 тыс. т у.т. - снижение, связанное с передачей генерации электроэнергии от потока теплофикационного отбора с УРТ 170 г/(кВт×ч) потоку в конденсатор, с охлаждением циркуляционной воды в АБТН, что соответствует УРТ 136 г/(кВт×ч);
• 3,2 (0,17 – 0,283) 7,5 = –2,7 тыс. т у.т. - увеличение, связанное с передачей генерации электроэнергии от потока теплофикационного отбора с УРТ 170 г/(кВт×ч) потоку в регенеративный отбор № 4 с УРТ 283 г/(кВт×ч).

Вместе с тем годовая системная экономия топлива в нашем случае составит до 5,5 тыс. т у.т.

Приведённые результаты дополняются поясняющими схемами разных режимов работы рассматриваемого турбогенератора на рис. 3–5.

Абсорбционные тепловые насосы в схеме ТЭЦ

Для сопряжения АБТН с турбогенератором ПТ-60 можно использовать как два чиллера меньшего, так и один большего типоразмера. Более гибким представляется вариант с двумя АБТН. Для их привода могут использоваться различные теплоносители: пар, вода, дымовые газы, топливо. В данном случае это пар давлением не менее 0,4 МПа. В варианте с двумя установками, кроме всего прочего, обеспечивается единообразие абсорбционного оборудования ТЭЦ: тепловые насосы и холодильные машины оказываются взаимозаменяемы, что может быть полезным при надстройке ТЭЦ газотурбинными установками, когда потребуется стабилизировать их параметры в летний период, охлаждая всасываемый компрессором воздух . Расположение АБТН возможно как в контейнерном варианте, так и в здании. Во всех случаях необходимо, чтобы температура в помещении не опускалась ниже 5 °С. Безусловно, требуется индивидуальный подход исходя из комплекса условий конкретной площадки: компоновочных, гидравлических и пр.

Экономическая оценка

С учётом стоимости строительно-монтажных работ и вспомогательного оборудования для реализации рассматриваемого в примере варианта требуется порядка 3 млн. USD. Для ТЭЦ при годовом числе часов работы турбогенератора 7,5 тыс. срок возврата инвестиций и прочие показатели определяются снижением потребления природного газа на 11,9 тыс. т у.т. при неизменной тепловой нагрузке и снижении мощности генерации электроэнергии на 4,7 МВт. Средневзвешенный тариф и себестоимость электроэнергии на ТЭЦ соответственно равны 88,5 и 51,4 USD/(МВт×ч). При стоимости природного газа 244 USD за 1 т у.т. годовой экономический эффект обеспечивает простой срок возврата инвестиций - 2,3 года. Динамический срок окупаемости при ставке дисконтирования 20 % составляет 2,8 года, внутренняя норма рентабельности - 42 % (рис. 7).

Динамический срок окупаемости при ставке дисконтирования 20 % выходит за горизонт расчёта 10 лет и лишь при ставке дисконтирования 15 % уменьшается до 9,6 лет.

Системная годовая экономия топлива в результате реализации проекта оценивается в 5,5 тыс. т у.т. При этом, естественно, неизменно потребление тепловой и электрической энергии. Экономический годовой эффект от системного снижения потребления природного газа оценивается в »1,3 млн. USD. При приведённых ранее прочих значениях аргументов простой срок окупаемости составляет 2,7 года, динамический срок окупаемости при ставке дисконтирования 20 % - 4,3 года, внутренняя норма рентабельности - 35 % (рис. 9).

Приведённые энергетические и экономические показатели указывают на отличную инвестиционную привлекательность проекта для ОЭС страны.

Выводы

1. Блокирование рассеяния энергии в тепловых схемах ТЭЦ актуально. Конструктивно наиболее просто это достигается с помощью интеграции АБТН в тепловую схему ТЭЦ. При этом имеют место высокие технико-экономические показатели, обеспечивающие инвестиционную привлекательность проекта.

2. Снижение потерь тепловой энергии в схемах ТЭЦ с помощью перехода к работе турбогенераторов с ухудшенным вакуумом или с использованием АБТН расширяют варианты решения задачи. Выбор оптимального решения требует дифференцированного подхода исходя из условий конкретной зоны теплоснабжения и состава оборудования теплогенерирующего источника.

3. Использование АБТН в схемах ТЭЦ снижает генерацию электроэнергии на ТЭЦ за счёт исключения ее выработки на потоке пара в конденсатор, что, кроме всего прочего, облегчает покрытие графика электропотребления в части прохождения минимумов нагрузок ОЭС. Интегральное изменение генерации для всех ТЭЦ страны оценивается до 300 МВт.

4. Интеграция абсорбционных тепловых насосов в тепловые схемы ТЭЦ с целью блокирования рассеяния тепловой энергии востребована и в том случае, если реализован вариант перевода турбогенераторов на работу с ухудшенным вакуумом, поскольку с помощью АБТН обеспечивается возможность утилизации теплоты систем охлаждения масла, генератора и пр.

5. Снижение на ТЭЦ генерации электроэнергии на 4,7 МВт при сохранении тепловой нагрузки и одновременном снижении потребления природного газа непосредственно на ТЭЦ на »12 тыс. т у.т. в год определяют экономическую целесообразность в зависимости от тарифов на природный газ и электроэнергию, ставки рефинансирования и т. п. в конкретном регионе. Во всех случаях обеспечиваются высокие энергетические и экономические показатели проекта.

6. Инвестиции, требуемые для реализации рассматриваемого примера, оцениваются величиной порядка 3 млн. USD. Окупаемость АБТН отвечает существующим экономическим ограничениям для обеспечения инвестиционной целесообразности.

7. Рассмотренный пример приведён для турбогенератора ПТ-60-130 с пропуском пара в конденсатор 12 т/ч и нагрузкой сетевой воды 19 Гкал/ч, которая при необходимости может быть уменьшена до 14 Гкал/ч. При увеличении тепловой нагрузки необходимо применить более мощные АБТН.

8. Использование АБТН целесообразно в теплотехнических системах, где имеются прежде всего тепловые потоки от установок комбинированной выработки энергии, вторичные энергоресурсы и пр.

Литература

1. Попырин Л. С., Дильман М. Д. Эффективность технического перевооружения ТЭЦ на базе парогазовых установок // Теплоэнергетика. - 2006. - № 2. - С. 34–39.

2. Романюк В. Н., Бобич А. А., Коломыцкая Н. А., Муслина Д. Б., Романюк А. В. Эффективное обеспечение графика нагрузок энергосистемы // Энергия и Менеджмент. - 2012. - № 1. - С. 13–20.

3. Хрусталёв Б. М., Романюк В. Н., Ковалёв Я. Н., Коломыцкая Н. А. К вопросу обеспечения графиков электрической нагрузки энергосистемы с привлечением потенциала энерготехнологических источников промышленных предприятий // Энергетика и Менеджмент. - 2010. - № 1. - С. 4–11.

4. Романюк В. Н., Бобич А. А., Коломыцкая Н. А. и др. Повышение эффективности ГТУ на ТЭС в летний период // Энергия и Менеджмент. - 2011. - № 1. - С. 18–22.

Центробежный тепловой насос содержит парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой. Для обеспечения надежности работы насоса в условиях угрозы кристаллизации в потоке жидкого абсорбента насос содержит средство, чувствительное к началу кристаллизации абсорбента в рабочей жидкости или к началу недопустимо высокой вязкости, а также средство для предотвращения дальнейшей кристаллизации и/или для растворения кристаллизованного раствора или уменьшения высокой вязкости. 8 с. и 6 з.п.ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к абсорбционным тепловым насосам, в частности к абсорбционным центробежным тепловым насосам, и к способу работы указанных тепловых насосов. Абсорбционные тепловые насосы содержат следующие компоненты: испаритель, абсорбер, генератор, конденсатор и необязательно теплообменник раствора; и загружаются соответствующей рабочей смесью в жидкой фазе. Рабочая смесь содержит летучий компонент и абсорбент для него. В абсорбционных тепловых насосах, высокотемпературный источник теплоты, так называемой высокопотенциальной теплоты, и низкотемпературный источник теплоты, так называемой низкопотенциальной теплоты, передает теплоту к тепловому насосу, который затем передает (или эжектирует) сумму подводимой теплоты от обоих источников при промежуточной температуре. При работе обычных абсорбционных тепловых насосов, рабочую смесь, богатую летучим компонентом (для удобства называемую ниже как "Смесь R"), нагревают под давлением в генераторе посредством высокопотенциальной теплоты так, чтобы образовывался пар летучего компонента и рабочая смесь, которая менее богата или бедна летучим компонентом (для удобства называемая ниже как "Смесь L"). В известных одноступенчатых тепловых насосах, вышеуказанный пар летучего компонента из генератора конденсируется в конденсаторе при той же высокой температуре с выделением тепла и образованием жидкого летучего компонента. Жидкий летучий компонент для уменьшения его давления пропускают через расширительный клапан, а оттуда подают к испарителю. В испарителе вышеуказанная жидкость принимает тепло от низкотемпературного источника теплоты, как правило, от воздуха или воды при температуре окружающей среды, и испаряется. Результирующий пар летучего компонента проходит к абсорберу, где он абсорбируется в Смеси L с повторным образованием Смеси R и выделением тепла. После этого Смесь R передают к парогенератору и таким образом завершают цикл. Возможно много вариантов этого процесса, например, тепловой насос может иметь две или более ступеней, где пар из летучего компонента, испаренного посредством первого упомянутого (первичного) парогенератора конденсируется в промежуточном конденсаторе, который термически связан для подачи теплоты с промежуточным парогенератором, который производит дополнительный пар летучего компонента для конденсации в первом упомянутом (первичном) конденсаторе. Когда мы хотим указать на физическое состояние летучего компонента, мы для удобства будем называть его газообразным летучим компонентом (когда он находится в газообразном или парообразном состоянии) или жидким летучим компонентом (когда он находится в жидком состоянии). Летучий компонент может иначе называться хладагентом, а смеси L и R - жидким абсорбентом. В конкретно приведенном примере, хладагентом является вода, а жидким абсорбентом - раствор гидроксида, содержащий гидроксиды щелочного металла, как описано в европейском патенте ЕР-А-208427, содержание которого включено в эту заявку ссылкой. В патенте США N 5009085, содержание которого включено в эту заявку ссылкой, описан один из первых центробежных тепловых насосов. С применением насосов типа, описанного в патенте США N 5009085, связано несколько проблем и различные аспекты настоящего изобретения направлены на преодоление или по меньшей мере на уменьшение этих проблем. В тепловых насосах, описанных, например, в патенте США N 5009085, имеется опасность катастрофического отказа, если рабочая жидкость должна кристаллизоваться или испытывать другое препятствие прохождению потока. По этой причине тепловой насос, как правило, работает при максимальной концентрации раствора, установленной для использования в условиях, которые достаточно далеки от условия кристаллизации, и определяемой желанием скорее предотвратить кристаллизацию, чем обеспечить максимальную эффективность насоса. Мы разработали модификацию, которая начинает корректирующее воздействие при обнаружении начала кристаллизации, обеспечивая, таким образом, возможность безопасной работы теплового насоса в условиях, близких к состоянию кристаллизации. В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение обеспечивает создание абсорбционного теплового насоса, содержащего средство, чувствительное к началу кристаллизации абсорбента в рабочей жидкости или к началу недопустимо высокой вязкости, для введения в действие средства для предотвращения дальнейшей кристаллизации и/или для растворения кристаллизованного материала или уменьшения указанной вязкости. Область наибольшей склонности к кристаллизации или препятствованию прохождению потока, как правило, расположена на пути потока жидкого абсорбента в абсорбер из теплообменника раствора, где имеет место самая низкая температура и самая высокая концентрация. Средство для предотвращения кристаллизации или уменьшения вязкости может содержать средство для создания клиренса, предназначенное для увеличения температуры и/или уменьшения концентрации абсорбента в рабочей жидкости в указанном месте кристаллизации или вблизи него. Например, поток жидкости может быть отведен, по меньшей мере временно, для увеличения температуры потока, проходящего в указанном месте кристаллизации, либо прямо, либо косвенно посредством теплообмена. Этот процесс может быть активирован посредством определения локального давления в точке, расположенной выше по технологической цепочке от места кристаллизации. Один способ предусматривает передачу тепла жидкому абсорбенту, проходящему в противоположном направлении, через посредство теплообменника раствора, когда жидкий абсорбент проходит от парогенератора к абсорберу, причем часть жидкого абсорбента, проходящего по пути от генератора к абсорберу, которая будет иметь относительно высокую температуру, отводится для введения в обратный поток из абсорбера к генератору. В этом случае, температура обратного потока увеличивается, что увеличивает температуру потока выше по технологической цепочке от места кристаллизации, приводя благодаря этому к растворению кристаллов или уменьшению вязкости жидкости в указанном месте. Такой отвод может быть достигнут посредством монтажа чувствительного к давлению регулятора, например, клапана или порога между этими двумя потоками, благодаря которому указанный отвод начинается тогда, когда противодавление, вызванное началом кристаллизации или недопустимо высокой вязкости, превышает предварительно заданное пороговое значение. В альтернативном случае, жидкий хладагент может быть отведен от конденсатора к испарителю для повышения благодаря этому температуры испарения, заставляя испарять повышенное количество хладагента и захватываться абсорбентом, приводя к временному уменьшению концентрации абсорбента в рабочей жидкости и к увеличению температуры рабочей жидкости в области кристаллизации. Дополнительная проблема заключается в поддержании целесообразно высокой эффективности при работе теплового насоса при менее чем полной мощности, при уменьшении подъема температуры и/или тепловой нагрузки. Подъем температуры определяется как разность температур испарителя и абсорбера. Мы установили, что можно увеличить эффективность цикла в условиях неполной нагрузки путем регулировки скорости потока жидкого абсорбента в течение цикла в соответствии с тепловой нагрузкой и/или подъемом температуры. Кроме того, мы обнаружили, что можно создать такую конструкцию теплового насоса, чтобы динамическое или статическое давления в насосе способствовали регулировке скорости потока жидкого абсорбента для соответствия превалирующему подъему температуры или тепловой нагрузке, исключая, таким образом, необходимость применения поддающихся регулировке регулирующих клапанов или аналогичных устройств, хотя мы не исключаем возможность применения таких регулирующих устройств. В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение обеспечивает создание абсорбционного теплового насоса, содержащего парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой так, чтобы обеспечить пути (циклического прохождения потока жидкости) для жидкого летучего компонента и жидкого абсорбента для него, и регулятор скорости потока для регулировки скорости потока указанного жидкого абсорбента в соответствии по меньшей мере с одним из параметров: (а) разность температур между абсорбером и испарителем, (б) тепловая нагрузка на тепловой насос, а также (в) одним или более других рабочих параметров. Скорость потока может быть отрегулирована различными способами, но предпочтительным является способ регулировки без изменения мощности насоса. Таким образом, регулятор скорости потока может обычно содержать средство для ограничения потока, расположенное на пути потока жидкого абсорбента от указанного генератора. Ограничение может регулироваться так, чтобы обеспечивать требуемые эксплуатационные характеристики посредством применения активной системы регулировки, но мы установили, что адекватное регулирование может быть достигнуто посредством пассивного ограничителя, например, отверстия, завихрителя, капиллярной трубки или комбинированием некоторых или всех этих устройств. Предпочтительно, чтобы конструкция теплового насоса была такой, чтобы скорость потока жидкого абсорбента из генератора зависела от перепада рабочего давления на каждом конце пути жидкого абсорбента от генератора и/или от перепада избыточного давления вследствие какого-либо различия между уровнями свободных поверхностей в жидком абсорбенте на каждом конце пути жидкости от генератора. Таким образом, тепловой насос и характеристики потока ограничителя могут быть сделаны такими, чтобы обеспечить соответствующую скорость потока, которая изменяется в зависимости от рабочих давлений для обеспечения изменения скорости потока для соответствия рабочим условиям, как описано ниже со ссылкой на фиг. 6. Аналогичным образом, на каждом конце пути жидкости от генератора могут быть установлены емкости, причем эти емкости имеют такие размеры и расположены так, чтобы обеспечивать уровни свободных поверхностей на выбранных высотах или на расстояниях в радиальном направлении, чтобы в процессе работы дать требуемый перепад избыточного давления. В одном характерном примере, генератор содержит емкость в виде загрузочной камеры, в которой жидкий абсорбент улавливается перед входом в генератор, и которая ограничивает свободную поверхность, и путь жидкости от генератора заканчивается в желобе, смежном абсорберу, причем загрузочная камера расположена так, чтобы при нормальной работе уровень свободной поверхности жидкости в ней был выше (или находился дальше в радиальном направлении внутрь) относительно свободной поверхности жидкости в желобе. В альтернативном варианте, конец пути жидкого абсорбента ниже по технологической цепочке от генератора может заканчиваться в выпускном отверстии, которое, как правило, выше поверхности жидкости в емкости, связанной с ним, которое улавливает жидкость, выпускаемую из него, в соответствии с чем высота выпускного отверстия определяет избыточное давление на выходе. Как сказано выше, может быть осуществлено активное регулирование скорости потока жидкого абсорбента. Таким образом, указанный регулятор скорости потока может содержать один или более датчиков для определения или предсказания одного или более рабочих параметров устройства и средство, чувствительное к указанным датчикам, для регулировки в соответствии с этим скорости потока указанного жидкого абсорбента. Другие трудности, связанные с применением центробежных тепловых насосов, включают в себя различные насосные устройства, каждое из которых, как правило, содержит червячный насос, который ограничен в отношении вращения, когда вращается тепловой насос, и который черпает жидкость из кольцевого желоба или емкости и подает ее туда, куда надо. В типовой конструкции червячного насоса, при запуске тепловой насос сначала неподвижен и жидкость будет уловлена в нижней дуге желоба, имеющего глубину в радиальном направлении, которая гораздо больше, чем при вращении теплового насоса. Червячный насос представляет собой качающуюся массу, причем это означает, что насос также находится в нижней части желоба, погруженным в жидкость. Следовательно, при запуске появляется большая сила сопротивления движению червячного насоса, возникающая при взаимодействии жидкости в желобе с червячным насосом, которая уменьшает эффективность теплового насоса и задерживает начало установившегося режима работы. Мы разработали новый вид червячного насоса, который позволяет значительно уменьшить сопротивление при запуске, имеющее место в обычных конструкциях. Конструкция также имеет преимущество в том отношении, что уменьшает постоянную массу, как у обычных червячных насосов, и таким образом уменьшает ударные нагрузки, которые, вероятно, испытывает червячный насос в транспорте. В соответствии с этим, в другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает получение абсорбционного теплового насоса, содержащего вращательный узел, включающий в себя парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой так, чтобы обеспечивать пути циклического потока жидкости для летучего компонента и жидкого абсорбента, причем одно из указанных устройств (указанные генератор, испаритель и указанный абсорбер) включает в себя червячный насос, содержащий качающийся элемент, установленный с возможностью поворота в указанном узле, ограниченный от вращения с указанным узлом и предназначенный при использовании для улавливания жидкости из желоба, как правило, периферийно расположенного, или из емкости, при этом указанный качающийся элемент включает в себя качающийся контейнер, эксцентричный относительно оси вращения указанного узла, для заливки жидкости из указанного желоба или емкости, когда насос находится в состоянии покоя. Это устройство имеет несколько важных преимуществ. Поскольку часть жидкости будет находиться в качающемся контейнере, в желобе будет меньше жидкости и, следовательно, значительно уменьшаются силы сопротивления, возникающие при запуске насоса. Кроме того, жидкость в качающемся контейнере увеличивает массу червячного насоса в стационарном состоянии, что означает увеличение инерции и по этой причине - меньшее влияние сил сопротивления. В указанную емкость может поступать жидкость из желоба через отверстие без нагнетания посредством насоса, но предпочтительно, чтобы указанный червячный насос содержал средство для подачи по меньшей мере части жидкости, улавливаемой посредством него, в указанный качающийся контейнер. Таким образом, при работе указанного насоса в установившемся режиме, масса жидкости в указанном качающемся контейнере может обеспечивать значительную или основную часть массы указанного качающегося элемента. Качающийся контейнер может содержать сливное дренажное средство для обеспечения возможности слива части жидкости в указанном контейнере назад в указанные желоб или емкость. Таким образом, в типовом варианте осуществления, при работе указанного теплового насоса в установившемся состоянии при горизонтальном расположении оси вращения, указанный контейнер по меньшей мере частично погружен в жидкость, содержащуюся в указанном желобе или емкости и по меньшей мере частично наполнен жидкостью. Очевидно, что такое устройство червячного насоса может быть использовано вместо любого из червячных насосов, применяемых в обычных центробежных тепловых насосах. Насосы, соответствующие этому аспекту настоящего изобретения, обеспечивают также важное средство обеспечения емкости для начального буфера для любого желоба, содержащего жидкость, и в частности, содержащего поддающиеся изменению количества жидкости для обеспечения возможности регулировки концентрации жидкого абсорбента, как будет описано ниже. Мы также разработали устройство, которое регулирует относительные доли абсорбента и летучих компонентов в смеси для согласования с рабочими параметрами. И в этом случае, это может быть достигнуто посредством измерения температуры и применения одного или более регулирующих клапанов, но мы установили, что можно обеспечить регулировку концентрации абсорбента посредством приемлемой конструкции насоса, так что в зависимости от рабочих параметров, поддающееся изменению количество хладагента вынуждено храниться в емкости, обеспечивая благодаря этому соответствующую регулировку концентрации раствора. Мы также разработали это устройство, чтобы обеспечить дополнительную возможность ограничения максимальной концентрации раствора. В соответствии с этим, в другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает получение абсорбционного теплового насоса, имеющего рабочую жидкость (содержащую абсорбент и летучий компонент), содержащего средство для регулировки концентрации указанного абсорбента в указанной рабочей жидкости в соответствии по меньшей мере с (а) разностью температур абсорбера и испарителя или (б) в соответствии указанной рабочей жидкости с тепловой нагрузкой на указанный тепловой насос, а также (в) в соответствии с одним или более других рабочих параметров. Предпочтительно, чтобы концентрация регулировалась посредством изменения количества летучего компонента, хранимого в подвижном буфере. Таким образом, указанное средство для регулировки концентрации может включать в себя одну или более емкостей для хранения поддающегося изменению количества летучего компонента и/или жидкого абсорбента и средство для нагнетания жидкости в указанную емкость и для откачивания жидкости из указанной емкости для регулировки указанной концентрации. В процессе работы, количество летучего компонента, испаряемого посредством испарителя при конкретном подъеме температуры, является функцией концентрации жидкого абсорбента. Когда скорость испарения уменьшается, больше жидкости улавливается в испарителе и, в этом аспекте настоящего изобретения, избыток жидкости хранится в буфере, уменьшая, таким образом, долю летучего компонента в смеси, подаваемой в абсорбер и, таким образом, приводя к увеличению скорости испарения. В особом варианте осуществления, подвижные буферы смеси и летучего компонента хранятся в соответствующих емкостях, как правило, в генераторе и испарителе, хотя, безусловно, возможны другие места хранения. Подвижные емкости могут удобно содержать качающиеся контейнеры, как указано выше, которые увеличивают инерцию червячных насосов. Предпочтительным является ограничение концентрации рабочей жидкости в тепловом насосе. Например, буфер летучего компонента может содержать переливные средства, которые ограничивают максимальное истощение циркулирующей смеси путем ограничения количества хладагента, который может храниться в качающемся контейнере в испарителе. Таким образом, переливное средство может пропускать жидкий летучий компонент из указанной подвижной емкости в поток жидкого абсорбента, подаваемого к абсорберу, когда концентрация превышает заданный предел или приближается к нему. Это может быть определено в связи с количеством хладагента в указанной подвижной емкости и/или улавливающимся смежно указанному испарителю. Дополнительным источником неэффективности центробежных тепловых насосов, как мы обнаружили, является склонность узлов червячного насоса к колебаниям вокруг оси вращения, если уровень жидкости в соответствующем желобе падает ниже впускного патрубка червячного насоса, и такие колебания могут значительно повлиять на эффективность насоса. Принимая это во внимание, мы разработали различные устройства, посредством которых колебания могут быть погашены. В соответствии с другим аспектом, настоящее изобретение обеспечивает получение абсорбционного теплового насоса, включающего в себя вращательный узел, содержащий парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, причем указанный тепловой насос содержит червячный насос, установленный с возможностью вращения в указанном узле, но ограниченный от вращения с ним, указанный червячный насос имеет впускное отверстие для улавливания жидкости из периферийного желоба или емкости, которая вращается относительно указанного червячного насоса, указанный насос включает в себя стабилизирующее средство, стабилизирующее указанный червячный насос в основном, но не исключительно, если уровень жидкости в указанном желобе или емкости ниже указанного впускного отверстия. Стабилизирующее средство может быть различных видов. В одном примере, указанное стабилизирующее средство может содержать приспособление, ограничивающее направляющую, которая в свою очередь ограничивает движение подвижного груза, который установлен с возможностью гашения раскачивания указанного червячного насоса. В этом случае, колебания могут быть легко погашены в результате рассеяния энергии, вызываемого силами сопротивления движения груза по указанной направляющей. Направляющая предпочтительно является изогнутой, причем ее выпуклая поверхность в вертикальном направлении выше или ниже центра тяжести и вала. В альтернативном варианте, указанное стабилизирующее средство может содержать средство, создающее гидродинамическое сопротивление, например, ребро или другую поверхность, обладающую повышенным гидродинамическим сопротивлением, или дополнительное впускное средство для дополнительного червячного насоса. Дополнительная трудность, с которой могут столкнуться, в частности, при запуске центробежного теплового насоса, заключается в том, что запасы жидкости в системе могут быть такими, что не обеспечивается достаточного потока смеси к генератору. Это может привести к сильному перегреву и разрушению стенки генератора. Принимая это во внимание, мы разработали новое устройство, которое гарантирует то, что насос, обеспечивающий поток смеси к генератору, имеет приоритетный доступ к рабочей смеси. В еще одном аспекте, настоящее изобретение обеспечивает получение абсорбционного теплового насоса, содержащего вращательный узел, включающий в себя парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, которые соединены между собой так, чтобы обеспечивать пути (циклического потока жидкости) для жидкого летучего компонента и жидкого абсорбента для него, насос (обеспечивающий поток смеси к генератору) для нагнетания жидкого абсорбента на нагретую поверхность указанного генератора, насос (обеспечивающий поток смеси от генератора) для улавливания и откачивания жидкости, стекающей с поверхности указанного генератора, и средство для гарантии того, что указанный насос, обеспечивающий поток смеси к генератору, имеет адекватную подачу жидкости для смачивания поверхности указанного генератора в начале работы теплового насоса. Средство, гарантирующее адекватную подачу жидкости, предпочтительно содержит общую емкость, в которую в процессе работы поступает жидкий абсорбент, стекающий с указанной поверхности генератора, и жидкий абсорбент для распыления на указанную поверхность генератора, а указанный насос, обеспечивающий поток смеси к генератору, и указанный насос, обеспечивающий поток смеси от генератора (предпочтительно каждый), принимают жидкий абсорбент из указанной общей емкости, причем указанный насос, обеспечивающий поток смеси к генератору, имеет к ней приоритетный доступ. В одном варианте осуществления, указанные насосы, обеспечивающие поток смеси к генератору и от генератора, являются червячными насосами, указанная емкость - периферийным желобом, а впускной патрубок червячного насоса, обеспечивающего поток смеси к генератору, проходит в радиальном направлении дальше от оси вращения, чем впускной патрубок насоса, обеспечивающего поток смеси от генератора. Насос, обеспечивающий поток смеси к генератору, и насос, обеспечивающий поток смеси от генератора, могут представлять собой один насос с разделением потока выше по технологической цепочке. Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает получение абсорбционного теплового насоса, содержащего вращательный узел, включающий в себя парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой так, чтобы обеспечивать пути циклического потока жидкости для жидкого летучего компонента и жидкого абсорбента, а также содержащий общую емкость для улавливания жидкого абсорбента, стекающего с нагретой поверхности указанного генератора, и для приема жидкости, предназначенной для подачи к нагреваемой поверхности генератора. Другой трудностью, с которой сталкиваются в центробежных тепловых насосах типа, описанного в патенте США N 5009085, является обеспечение эффективного массо- и теплопереноса к жидкому хладагенту в конденсаторе и абсорбере. В соответствии с этим ранним патентом, абсорбер и конденсатор содержали диск абсорбера и диск конденсатора на каждой из боковых сторон перегородки, а поверхности, поверх которых соответственно проходит смесь и вода, были ограничены плоскими пластинами, соответствующими тогдашнему пониманию центробежной интенсификации процесса, как было описано ранее в европейском патенте ЕР-В-119776. Однако мы обнаружили, что теплообменники могут быть выполнены из спиральной трубы и к удивлению это обеспечивает эффективное увеличение тепло- и массопереноса в центробежных насосах. В соответствии с другим аспектом, настоящее изобретение обеспечивает получение абсорбционного центробежного теплового насоса, содержащего узел, включающий в себя парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, причем один или более из этих устройств (конденсатор, испаритель и абсорбер) содержат теплообменник, ограниченный спиралью трубы или имеющий гофрированную наружную поверхность. Эта спираль может быть, как правило, замкнута промежуточными витками спирали, находящимися в контакте, или замкнута как со следующим внутренним, так и со следующим наружным витком, для ограничения теплообменника с двумя прерывистыми или гофрированными поверхностями. Труба имеет предпочтительно уплощенное круглое поперечное сечение, причем уплощенные части расположены близко друг к другу или к областям, находящимся во взаимном контакте. Спираль может быть плоской или тарельчатой. В обычных тепловых насосах внутренняя атмосфера содержит воздух и коррозия ведет к образованию свободного газообразного водорода, который ухудшает абсорбцию летучего компонента жидким абсорбентом, ухудшая, таким образом, эффективность насоса. С этим можно бороться путем регулярной откачки теплового насоса, но это является трудоемкой и потенциально опасной операцией и, таким образом, не рекомендуемой для промышленного применения. Альтернативной возможностью является применение палладиевых штырей, но они дороги и также требуют нагревателей и соответствующего оборудования. Однако мы обнаружили, что путем тщательного выбора материалов можно значительно уменьшить количество водорода, который обычно выделяется, и обеспечить получение относительно недорогого и простого устройства для поглощения свободного водорода с тем, чтобы он не ухудшал экплуатационные характеристики теплового насоса. В соответствии с этим, в другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается абсорбционный тепловой насос, содержащий подложку из материала, который в процессе применения способен поглощать и/или связывать молекулы водорода. Материал подложки содержит вещество, поддающееся гидрогенизации, включающее в себя приемлемый катализатор. Примерами пригодных материалов, поддающихся гидрогенизации, являются материалы на основе способных к химическому восстановлению органических полимеров, поддающихся гомогенно катализируемой гидрогенизации. Типовая комбинация содержит стирол-бутадиеновый триблоксополимер (полистирол-полибутадиен-полистирол), например, Kraton D1102, поставляемый из Shell Chemical Company, и иридиевый катализатор, например, Crabtree Catalist, описываемый ниже, или рениевый катализатор. Квалифицированным в этой области техники специалистам известно много других пригодных материалов, обладающих аналогичными свойствами. Предпочтительно, чтобы подложка содержала индикатор, который бы указывал на состояние материала, к которому он приближается, в котором он насыщен водородом или по другим причинам больше не способен связывать или поглощать водород. Мы также разработали систему обеспечения защиты для сброса избыточных давлений в тепловом насосе, но которая также неожиданно позволила обеспечить длительную и/или продленную эксплуатацию теплового насоса. В этом аспекте настоящего изобретения, соответственно, обеспечивается получение абсорбционного теплового насоса, содержащего камеру генератора/промежуточного конденсатора, находящуюся под высоким давлением, камеру промежуточного генератора/конденсатора, находящуюся под промежуточным давлением, и камеру абсорбера и испарителя, находящуюся под низким давлением, и включающий в себя редукционное средство, расположенное между (а) указанной камерой высокого давления и указанной камерой промежуточного давления и/или (б) указанной камерой промежуточного давления и указанной камерой низкого давления. Редукционное средство предпочтительно обеспечивает регулируемое понижение давления, благодаря чему поток через указанное редукционное средство является зависимым от перепада давления. В одном примере, когда перепад давления достигает заданного уровня, редукционное средство открывается и скорость потока увеличивается с увеличением перепада давления. В этом случае рабочий диапазон устройства расширяется и оно может работать как одноступенчатый тепловой насос и возвращаться к двухступенчатому режиму работы, когда перепад давления снова становится ниже заданного уровня. Известно, что абсорбенты на основе гидроксида, включая те, которые описаны в европейском патенте ЕР-А-208427, являются очень агрессивными, особенно при высоких температурах, при которых работает камера сгорания, и что надо быть очень осторожным при выборе материалов, из которых сделан герметичный кожух, ограничавающий вращательный узел и внутренние компоненты. До настоящего времени стенки и компоненты делали из медноникелевых сплавов, например, из монеля, имеющих значительное содержание никеля и других металлов. Однако мы обнаружили, отчасти к своему удивлению, что несмотря на то, что это казалось бы противоречит здравому смыслу, фактически можно применять медь и медные сплавы, содержащие менее 15 мас.% других металлических компонентов сплава. В дополнительном аспекте настоящего изобретения, соответственно, обеспечивается получение абсорбционного теплового насоса, содержащего герметичный кожух, содержащий рабочую жидкость, содержащую один или более гидроксидов щелочного металла, причем по меньшей мере часть указанного кожуха, которая находится в контактном взаимодействии с указанной рабочей жидкостью, выполнена из медного материала, содержащего до 15 мас.% добавок, например, таких как хром, алюминий, железо и другие металлы. Предпочтительно, чтобы по существу весь кожух был выполнен из указанного медного материала. Указанный медный материал предпочтительно содержит медноникелевый сплав. Мы обнаружили, что медноникелевые сплавы с низким содержанием никеля, которые, как бы следовало ожидать, должны бы были сильно корродировать при контактном взаимодействии с жидким гидроксидом, фактически обладают высоким сопротивлением коррозии даже при высоких температурах в парогенераторе. Настоящее изобретение может быть распространено на любую комбинацию обладающих признаком изобретения элементов, описанных в этой заявке выше или в следующем ниже описании со ссылкой на прилагаемые чертежи. В частности, определенные элементы могут, где позволяет контекст, быть использованы в центробежных и нецентробежных тепловых насосах, а также в одноступенчатых или многоступенчатых тепловых насосах по отдельности или в комбинации друг с другом. Настоящее изобретение распространяется также на способы работы абсорбционных тепловых насосов в соответствии с принципами, описанными выше и в приведенном ниже описании. Таким образом, в дополнительном аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ работы абсорбционного теплового насоса, предусматривающий текущий контроль рабочей жидкости для обнаружения или предсказания начала кристаллизации абсорбента в рабочей жидкости или начала недопустимо высокой ее вязкости и, при обнаружении или предсказании любого из вышеуказанных состояний, предусматривающий инициирование превентивных мер для предотвращения дальнейшей кристаллизации и/или растворения кристаллизованного материала или для уменьшения указанной вязкости. Предпочтительно, чтобы указанная операция инициирования содержала отвод потока жидкости (например, теплой рабочей жидкости) по меньшей мере временно для увеличения температуры смежной области, склонной к кристаллизации или к увеличению вязкости. Там, где рабочая жидкость содержит жидкий абсорбент, поддающийся кристаллизации, указанная операция инициирования может предусматривать по меньшей мере временное уменьшение концентрации жидкого абсорбента в области, смежной или находящейся выше по технологической цепочке от области, склонной к кристаллизации. В дополнительном аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ работы абсорбционного теплового насоса, содержащего парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой так, чтобы обеспечить пути (циклического потока жидкости) для жидкого летучего компонента и жидкого абсорбента для него, который предусматривает регулировку скорости потока в соответствии по меньшей мере с одним из параметров: (а) разность температур между абсорбером и испарителем,
(б) величина тепловой нагрузки на тепловой насос, и
(в) в соответствии с одним или более других рабочих параметров. Теперь настоящее изобретение будет подробно описано на примере теплового насоса с различными его модификациями со ссылкой на сопроводительные чертежи, где
Фиг. 1 - принципиальная схема устройства двухступенчатого теплового насоса, соответствующего настоящему изобретению, не ограничивающего температуры и давление, которые приведены только для иллюстрации. Фиг. 2 - схематический вид сбоку теплового насоса, соответствующего настоящему изобретению, на котором показаны основные компоненты теплового насоса, но для простоты иллюстрации не показаны некоторые межсоединения, компоненты и рабочая жидкость. Фиг. 3 - пример демпфирующего устройства для применения с червячным насосом в модификации теплового насоса, показанного на чертежах. Фиг. 4 - другой пример демпфирующего устройства для применения с червячным насосом. Фиг. 5 - принципиальная схема, иллюстрирующая возможную (чувствительную к давлению) регулировку потока, предназначенную для уменьшения возможности кристаллизации в потоке жидкого абсорбента, проходящем между генератором и абсорбером. Фиг. 6 - идеализированная диаграмма, представляющая оптимальные концентрации раствора и температуры других элементов теплового насоса для установки температуры испарителя и двух разных температурных подъемов. На фиг. 1 и 2 иллюстрируется вариант осуществления теплового насоса, соответствующего настоящему изобретению, который содержит герметично уплотненный модуль 10, приводимый во вращение валом 12 и ограничивающий область 14 высокого давления, область 16 промежуточного давления и область 18 низкого давления. Термины "высокое давление", "промежуточное давление" и "низкое давление" относятся к давлениям в этих областях при работе теплового насоса. Внутренняя область теплового насоса не содержит воздух в процессе его работы. Как показано, область 14 высокого давления слева ограничена стенкой, действующей как парогенератор 20, которая нагрета с наружной стороны посредством камеры сгорания 22. На своей другой стороне, область 14 высокого давления ограничена стенкой, которая ограничивает конденсатор 24 на своей поверхности высокого давления и промежуточный парогенератор 26 на другой поверхности и которая также ограничивает левый конец области 16 промежуточного давления. Дополнительная стенка 27 расположена в области 14 высокого давления, расположенной между парогенератором 20 и конденсатором 24, и ограничивает загрузочную камеру 28, предназначенную для улавливания жидкости из патрубка 30 генератора ((прим. пер.) на сопроводительных чертежах к описанию на английском языке, вероятно, ошибочно ссылочный номер "30" не указан), как описано ниже. Область 16 промежуточного давления отделена от области низкого давления перегородкой 32 и содержит спаренный змеевик 34 конденсатора и первый и второй теплообменники 36 и 38 раствора, соответственно. Область 18 низкого давления содержит змеевик 40 абсорбера и спаренный змеевик 42 испарителя. В процессе работы, богатая водой смесь воды и гидроксидов щелочного металла отчерпывается из общего желоба 44 к и от генератора посредством впускного патрубка 46 червячного насоса, обеспечивающего поток смеси к генератору, и выходит из напорного патрубка 48 к генератору на парогенератор 20 для растекания по (его) поверхности. Часть летучего компонента (вода) испаряется и проходит к конденсатору 24. Оставшаяся, бедная водой смесь "L" улавливается в желобе 44 к генератору и от генератора. Впускной патрубок 46 червячного насоса, обеспечивающего поток смеси к генератору, образует часть узла 50 червячного насоса взвешенной жидкости и будет более подробно описан ниже. Впускной патрубок 52 червячного насоса, обеспечивающего поток смеси к генератору, является частью того же узла, но расположенной в радиальном направлении внутрь относительно впускного патрубка 46 червячного насоса, обеспечивающего поток смеси к генератору. Червячный насос, обеспечивающий поток смеси от генератора, нагнетает смесь "L" в кольцевую загрузочную камеру 28, откуда смесь проходит по трубе (не показана) в охладительный проходной канал первого теплообменника 36 раствора, где она отдает тепло смеси "R", проходящей в другой ветви и вокруг для возврата к желобу 44 к генератору и от генератора, от промежуточного парогенератора 26 (см. фиг. 1). После прохождения через охладительный проходной канал первого теплообменника 36 раствора, смесь "L" проходит через охладительный проходной канал второго теплообменника 38 раствора, где он отдает тепло жидкости на другой ветви, которая проходит от абсорбера 40 пара к промежуточному парогенератору 26. Из охладительного проходного канала смесь "L" проходит через ограничитель 54 потока (см. фиг. 1) и отсюда в кольцевой желоб 56, образованный на боковой поверхности перегородки 32 абсорбера. Отсюда смесь улавливается посредством впускного патрубка 58 червячного насоса, обеспечивающего поток смеси к абсорберу, и нагнетается через напорный патрубок 60 на змеевик абсорбера 40, где она поглощает летучий компонент из испарителя 42. Смесь, которая теперь богата водой, улавливается в желобе 62 из абсорбера, откуда ее нагнетают в загрузочную камеру 64, образованную как кольцевой желоб на перегородке 32, в радиальном направлении внутрь желоба 56 на абсорбере, через посредство впускного патрубка 66 червячного насоса, обеспечивающего поток смеси от абсорбера, и напорного патрубка 68. Червячные насосы, обеспечивающие поток смеси к абсорберу и от абсорбера, являются частью общего узла 65. Из загрузочной камеры 64 богатая водой смесь проходит к нагревательному проходному каналу теплообменника 38 второго раствора, где она нагревается и затем поступает к желобу 70 на промежуточном генераторе. Оттуда жидкость улавливается посредством впускного патрубка 72 червячного насоса, обеспечивающего поток смеси к промежуточному генератору, и выпускается посредством напорного патрубка 74 по направлению к центру промежуточного генератора 26, где он принимает теплоту от промежуточного конденсатора 24 на другой поверхности той же стенки. Часть летучего компонента испаряется посредством промежуточного парогенератора 26 и проходит к змеевиковому конденсатору 34 первичного конденсатора. Жидкая смесь, выходящая из промежуточного парогенератора 26, улавливается в желобе 76, откуда она вычерпывается посредством впускного патрубка 78 насоса, обеспечивающего поток смеси от промежуточного генератора, и подается через посредство напорной трубы 80 к нагревательному проходному каналу первого теплообменника 36 раствора, где она нагревается и затем возвращается к общему желобу 44 генератора. Червячные насосы, обеспечивающие поток смеси к промежуточному генератору и от него, образуют часть общего узла, смонтированного на валу 12. Для ясности иллюстрации не показаны соединения потока с теплообменниками раствора. При рассмотрении цикла прохождения потока летучего компонента очевидно, что часть летучего компонента испаряется в области 14 высокого давления, когда смесь проходит поверх парогенератора 20, и газообразный летучий компонент конденсируется на поверхности промежуточного конденсатора 24. После этого конденсированный жидкий летучий компонент через дроссель 82 (см. фиг. 1) проходит к первичному конденсатору 34 в области 16 промежуточного давления. Из первичного конденсатора 34 жидкий летучий компонент проходит через дополнительный дроссель 84 к желобу 86 на испарителе в области 18 низкого давления. Здесь жидкость улавливается посредством впускного патрубка 88 червячного насоса 89, обеспечивающего поток смеси к испарителю, и нагнетается через посредство напорной трубы 90 на змеевик 42 испарителя. Оттуда испаренный газообразный летучий компонент проходит к змеевику абсорбера 40, где он снова абсорбируется в смесь, и затем следует по пути смеси. Второй впускной патрубок 92 червячного насоса ограничивает уровень жидкого летучего компонента в желобе 86 посредством откачивания избытка жидкого летучего компонента в контейнер 102, который связан с насосом, обеспечивающим поток смеси к испарителю, и который имеет сливное отверстие 94 и переливную трубу 96. Правый конец вала 12 разделен на пропускные каналы 103, 105 для обеспечения пути потока жидкого хладагента, например, воды, который проходит в центре вала, циркулирует в спаренных змеевиках первичного конденсатора 34 и затем в змеевике 40 абсорбера и выходит из вала. Поток через змеевики 34 конденсатора начинается, как очевидно, во внутренней части левого змеевика, проходит по спирали в направлении наружу, затем возвращается внутрь и выходит. В змеевиковом абсорбере 40 поток начинается в наружной части змеевика и проходит по спирали по направлению внутрь. Аналогичным образом, контур (не показан) охлажденной жидкой воды подает и улавливает охлажденную воду из змеевиков 42 испарителя. Теперь, когда описано общее устройство, будут описаны некоторые конкретные усовершенствования или модификации. Регулировка скорости потока смеси абсорбента
Скорость потока смеси абсорбента в тепловом насосе регулируют посредством ограничителя 54 потока в линии между вторым теплообменником 38 раствора и желобом 56 на абсорбере, связанным с абсорбером 40 пара. Ограничитель 54 потока может быть отверстием, капиллярной трубкой, завихрителем или жиклером, а скорость потока через ограничитель 54 определяется давлением, действующим через него. Таким образом, скорость потока зависит от соответствующих давлений, а не от производительности насоса, обеспечивающего поток смеси от генератора, как прежде. По этой причине скорость потока будет модулирована перепадом давления между областями 14, 18 высокого и низкого давления, соответственно, а также определяющим давление расстоянием (клиренсом) между свободной поверхностью загрузочной камеры 28 и свободной поверхностью желоба на абсорбере. Скорость потока абсорбента будет автоматически увеличиваться, когда увеличивается перепад давления между областями 14 и 18. Характеристики ограничителя 54, характер перепада давления между областями 14 и 18, а также расположение и емкость загрузочной камеры 28 и желоба 56 выбирают такими, чтобы обеспечить требуемое изменение скорости потока в зависимости от режима работы. Минимальный расход в требуемых условиях работы, как правило, устанавливают, принимая во внимание кристаллизацию, но какой-либо запас выше этого уменьшает эффективность теплового насоса вследствие повышенных потерь в теплообменниках раствора. С точки зрения термодинамики, наилучшая эффективность будет получена, когда концентрации абсорбента достаточна только для поддержания подъема температуры, требуемого циклом. В этих условиях различные факторы будут определять требуемый удельный массовый расход абсорбента. В системах, в которых применяют воду в качестве хладагента и неорганическую соль в качестве абсорбента, минимальный расход при данном подъеме температуры может быть ограничен посредством максимальной концентрации раствора, которая может быть допустимой перед началом кристаллизации. На фиг. 6 показаны типовые характеристики идеальной жидкости, где можно видеть, что температуры абсорбера и конденсатора составляют 58 o С, а смесь при данной концентрации раствора может абсорбировать хладагент при температуре 4 o C. Такая концентрация раствора может быть очевидной для идеального цикла, показанного для получения температуры 200 o C генератора. Когда температуры абсорбера и конденсатора опускаются до 35 o C, то можно видеть, что, если концентрация раствора уменьшается так, чтобы удовлетворять новым условиям, то температура генератора падает до 117 o C. Это означает, что для данного массового расхода абсорбента в цикле, тепловые потери в теплообменниках также вероятно должны упасть. Кроме того, такая более низкая концентрация также существенно уменьшит температуру кристаллизации, позволяющую уменьшить скорость потока (а следовательно, более высокий диапазон концентрации раствора). Система управления, описанная в этой заявке, для дополнительного улучшения эксплуатационных характеристик обеспечивает как автоматическую регулировку концентрации, так и регулировку массового расхода. Червячные насосы взвешенной жидкости
Общий узел 50 насоса, обеспечивающего поток смеси к генератору и от генератора, содержит качающийся контейнер 98, подвешенный на валу 12 посредством подшипника цапфы, в который подается жидкость из общего желоба 44 посредством впускного патрубка 100, который находится в радиальном направлении внутрь от впускных патрубков 46 и 52. Это означает, что в процессе работы часть жидкости, нормально удерживаемой в желобе на генераторе, удерживается в качающемся контейнере, делая существенный вклад в постоянную массу насосного узла 50. При отключении насоса, существенная часть жидкости будет, как правило, улавливаться в желобе 44 и смещаться качающейся массой качающегося контейнера для насосного узла. В соответствии с иллюстрируемым устройством, когда насос неподвижен, жидкость остается в нем или проходит в качающийся контейнер 98 через впускной патрубок 100, уменьшая, таким образом, уровень жидкости в желобе и увеличивая массу насосного узла. Эти элементы делают вклад в значительное уменьшение сопротивления при запуске. Аналогичным образом, насос 89, обеспечивающий поток смеси к испарителю, содержит качающийся контейнер 102, который действует в качестве качающегося груза и, кроме того, в качестве подвижного демпфера для хладагента, как должно быть описано ниже. Регулировка концентрации жидкого абсорбента
В устройстве, показанном на фиг. 2, предполагается, что концентрация абсорбента регулируется автоматически в соответствии со скоростью абсорбции испаренного летучего компонента абсорбером 40. Насос 89, обеспечивающий поток смеси к испарителю, содержит впускной патрубок 92, который откачивает любой избыток жидкого летучего компонента в контейнер 102. Этот жидкий летучий компонент удаляют из циркуляции и таким образом заставляют долю абсорбента в циркулирующей смеси увеличиваться, когда увеличивается содержимое контейнера 102. Имеется регулируемое сливное отверстие 94 назад в желоб 86. Максимальную концентрацию абсорбента ограничивают посредством снабжения емкости 102 переливной трубой 96, которая обеспечивает слив в желоб 62 от абсорбера. Таким образом, концентрация абсорбента автоматически регулируется посредством поддающегося изменению хранения количества жидкого летучего компонента в контейнере 102 и могут быть удовлетворены предварительно описанные требования, предъявляемые к циклу. Демпфирование червячного насоса
На фиг. 3 показана схематическая конфигурация демпфирующего устройства для червячного насоса, который может быть использован для любого или всех червячных насосов в тепловом насосе, иллюстрируемом на фиг. 2. Насос 104 установлен посредством цапфы на валу 12 и содержит корпус 106 и впускной патрубок 108 червячного насоса. Ниже впускного патрубка 108 червячного насоса предусмотрен тормозной элемент в виде нерабочего впускного патрубка 107. Следовательно, даже если впускной патрубок червячного насоса свободно (с зазором) проходит выше уровня жидкости, нерабочий впускной патрубок 107 еще погружен и, таким образом, обеспечивает важное амортизирующее средство, когда впускной патрубок червячного насоса выходит или повторно входит в жидкость. В альтернативном устройстве, показанном на фиг. 4, несколько деталей аналогичны деталям, показанным на фиг. 3, и указаны такими же ссылочными номерами. Однако ниже цапфы предусмотрена изогнутая направляющая 110, которая несоосна с валом 12 и которая определяет ограничивающий канал для груза 112. Этот груз ограничен так, чтобы он мог двигаться по направляющей, когда корпус отклоняется вокруг вала, стремясь вернуть корпус в положение равновесия, но с некоторым сопротивлением так, чтобы быстро рассеивалась кинетическая энергия движения маятника. Направляющая может иметь много конфигураций. Это устройство особенно эффективно, когда отсутствует смежная неподвижная конструкция, действующая в качестве репера. Предотвращение кристаллизации
Как было указано выше, для обеспечения эффективности цикла желательно работать как можно ближе к пределу кристаллизации, но эффекты кристаллизации могут быть катастрофическими. В соответствии с этим, как можно видеть на фиг. 1 и 5, схема отвода потока установлена такой, что как только обнаруживается начало кристаллизации, смесь из парогенератора 20 может быть отведена в точке 112, расположенной по технологической цепочке выше второго теплообменника 38 раствора, для соединения в точке 114 с потоком из абсорбера 40 пара для ввода во второй теплообменник 38 раствора. Это заставляет температуру потока, входящего во второй теплообменник 38 раствора из абсорбера 40 пара, увеличиваться, что увеличивает температуру потока из второго теплообменника раствора к абсорберу пара, в области 116, где вероятнее всего должна начаться кристаллизация. В устройстве, показанном на фиг. 5, отвод потока регулируется посредством порога 118, чувствительного к давлению. При нормальной работе перепад давления между точками 112 и 114 не достаточен для преодоления высоты, определенной порогом, и, таким образом, между этими точками он не проходит. Однако при начале кристаллизации в области 116, противодавление в точке 112 достаточно велико, чтобы заставлять жидкость течь к точке 114. В этом устройстве ограничитель 54 потока может быть перемещен вверх по технологической цепочке относительно точки 112 отвода потока. Могут быть использованы различные другие регуляторы потока, и для удобства иллюстрации на фиг. 1 такое регулирующее средство показано в виде регулирующего клапана 120. Этот элемент может быть также использован при работе с рабочими жидкостями, склонными к нежелательным увеличениям вязкости, стремящимся препятствовать движению потока. Общий желоб к генератору и от него
Будет показано, что различные впускные патрубки 46, 52 и 100 червячного насоса берут жидкость из одного желоба 44, но что впускной патрубок 46 для обеспечения потока смеси к генератору погружен в желоб глубже, чем другие два. Это гарантирует то, что при запуске и в других экстремальных состояниях, насос, обеспечивающий поток смеси к генератору, имеет предпочтительный доступ к жидкости в желобе, уменьшая, таким образом, возможность возникновения такой ситуации, когда поверхность генератора является сухой. Загрязнение водородом
В иллюстрируемых вариантах осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна из герметичных областей 14, 16, 18 содержит элемент 114 из поддающегося гидрогенизации полимерного материала, в который введен катализатор и который имеет большое сродство к молекулам водорода и который в процессе эксплуатации абсорбирует водород из атмосферы внутри устройства для предотвращения загрязнения жидкого абсорбента на абсорбере. Типовой комбинацией полимера и катализатора является стиролбутадиеновый триблоксополимер (полистирол-полибутадиен-полистирол), например, Kraton D1102, поставляемый из Shell Chemical Company, и иридиевый катализатор, например, Crabtree Catalist PF 6 (где COD - 1,5-циклооктадиен; py - пиридин, tcyp - трициклогексилфосфин). Элемент из такого материала объемом 300 мл модет оказаться достаточным для поглощения свободного водорода в течение несокльких лет эксплуатации. Понижение давления
Устройство, показанное на фиг. 2, содержит также редукционные клапаны 122, 124, расположенные между областями 14 и 16 высокого и среднего давления, а также областями 16 и 18 среднего и низкого давления, соответственно. Редукционные клапаны обеспечивают плавную модуляцию скорости потока давлением, когда они открыты, позволяя, таким образом, тепловому насосу иметь расширенный рабочий диапазон, работать как одноступенчатый тепловой насос, когда перепад давления через редукционные клапаны превышает давлением открытия клапана, и возвращается к двухступенчатой работе, при возврате давления к нормальному значению.

Формула изобретения

1. Абсорбционный тепловой насос, отличающийся тем, что он содержит средство, чувствительное к началу кристаллизации абсорбента в рабочей жидкости или к началу недопустимо высокой вязкости, для запуска средства для предотвращения дальнейшей кристаллизации и/или для растворения кристаллизованного материала или для уменьшения указанной вязкости. 2. Абсорбционный тепловой насос по п.1, отличающийся тем, что он содержит средство для создания клиренса, предназначенное для увеличения температуры и/или уменьшения концентрации абсорбента в рабочей жидкости в области, склонной к кристаллизации или увеличению вязкости, или рядом с этой областью. 3. Абсорбционный тепловой насос по п.2, отличающийся тем, что он содержит средство для отвода потока жидкости, по меньшей мере, временно, для увеличения температуры потока, проходящего через указанную область, склонную к кристаллизации или к увеличению вязкости. 4. Абсорбционный тепловой насос по п.2 или 3, отличающийся тем, что указанное средство для создания клиренса выполнено чувствительным к локальному давлению выше по технологической цепочке от области, склонной к кристаллизации или к увеличению вязкости. 5. Абсорбционный тепловой насос по п.2 или 3, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью отдачи тепла жидким абсорбентом, проходящим от парогенератора к абсорберу, жидкому абсорбенту, проходящему в противоположном направлении через теплообменник раствора, причем указанный тепловой насос содержит средство для отвода части жидкого абсорбента от потока, проходящего от парогенератора к абсорберу, для введения ее в обратный поток от абсорбера к парогенератору для увеличения благодаря этому температуры потока выше по технологической цепочке от области, склонной к кристаллизации или к увеличению вязкости. 6. Абсорбционный тепловой насос по п.5, отличающийся тем, что указанное средство для отвода содержит чувствительный к давлению регулятор, например клапан или пороговое устройство между двумя потоками, обеспечивающий инициирование указанного отвода, когда противодавление, вызванное началом кристаллизации или недопустимо высокой вязкостью, превышает заданное пороговое значение. 7. Абсорбционный тепловой насос по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что указанное средство для отвода выполнено с возможностью отвода жидкого хладагента от конденсатора к испарителю для повышения температуры испарения, увеличения в соответствии с этим количества испаряемого и захватываемого абсорбентом хладагента и обеспечения временного уменьшения концентрации абсорбента в рабочей жидкости и увеличения температуры рабочей жидкости в области кристаллизации. 8. Способ работы абсорбционного теплового насоса, отличающийся тем, что он включает в себя текущий контроль рабочей жидкости для обнаружения или предсказания начала кристаллизации абсорбента в рабочей жидкости или начала в ней недопустимо высокой вязкости и при обнаружении или предсказании любого из этих состояний инициирование превентивных мер для предотвращения дальнейшей кристаллизации и/или растворения кристаллизованного материала или для уменьшения указанной вязкости. 9. Абсорбционный тепловой насос, содержащий парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой с обеспечением циклического потока жидкости для жидкого летучего компонента и жидкого абсорбента для него, отличающийся тем, что он содержит регулятор скорости потока указанного жидкого абсорбента в соответствии, по меньшей мере, с одним из параметров: разностью температур между абсорбером и испарителем, тепловой нагрузкой на тепловой насос и одним или более других рабочих параметров. 10. Способ работы абсорбционного теплового насоса, содержащего парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой с обеспечением циклического потока жидкости для жидкого летучего компонента и жидкого абсорбента для него, отличающийся тем, что он включает в себя регулировку скорости потока в соответствии, по меньшей мере, с одним из параметров: разностью температур между абсорбером и испарителем, тепловой нагрузкой на тепловой насос и одним или более других рабочих параметров. 11. Абсорбционный тепловой насос, содержащий вращательный узел, включающий в себя парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой с обеспечением циклического потока жидкости для летучего компонента и жидкого абсорбента для него, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно из указанных устройств, а именно парогенератор, испаритель и указанный абсорбер, включает в себя червячный насос, содержащий качающийся элемент, установленный с возможностью поворота в указанном узле, ограниченный против вращения с указанным узлом и расположенный при применении для сбора жидкости, как правило, из периферийно расположенного желоба или емкости, причем указанный качающийся элемент содержит качающийся контейнер, установленный эксцентрично относительно оси вращения указанного узла для заливки жидкости из указанного желоба или емкости, когда насос находится в состоянии покоя. 12. Абсорбционный тепловой насос, имеющий рабочую жидкость, содержащую абсорбент и летучий компонент, отличающийся тем, что он содержит средство для регулировки концентрации указанного абсорбента в указанной рабочей жидкости в соответствии, по меньшей мере, с одним из параметров: разностью температур между абсорбером и испарителем, тепловой нагрузкой на тепловой насос и одним или более других рабочих параметров. 13. Способ работы абсорбционного теплового насоса, содержащего вращательный узел, включающий в себя парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой с обеспечением циклического потока жидкости для летучего компонента и жидкого абсорбента для него, отличающийся тем, что он включает в себя регулировку концентраций жидкого абсорбента и летучего компонента, преобладающих в выбранной части или частях указанного теплового насоса, путем хранения, поддающегося изменению, количества жидкости в контейнере для заливки жидкости. 14. Абсорбционный центробежный тепловой насос, содержащий узел, включающий в себя парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, отличающийся тем, что одно или более из устройств, а именно конденсатор, испаритель и абсорбер содержит теплообменник, ограниченный спиралью трубы или имеющий гофрированную наружную поверхность.

Изобретение относится к способам сжатия рабочей жидкости, используемым для переноса теплоты от теплоносителя с более низкой (Е) температурой к теплоносителю с более высокой температурой (Al), и может быть использовано в тепловом насосе. Способ сочетает абсорбцию и изменение концентрации раствора электролита, например ZnCl2, (Na, K, Cs, Rb) ОН, CoI2, (Li, K, Na) (Cl2, Br2, I, SO4) или вещества, концентрация которого снижается при повышении температуры, в полярных растворителях: Н2О, NH3, метаноле, этаноле, метиламине, DMSO, DMA, AN, формамиде, муравьиной кислоте. Охлаждают высококонцентрированный насыщенный раствор, выходящий из абсорбера-теплообменника (A1) от высокой (1) до низкой (2) температуры при прохождении через теплообменник-кристаллизатор (НЕ) с образованием кристаллов абсорбента. Отделяют кристаллы (K1), остается низкоконцентрированный раствор (2). Для охлаждения частично расширяют низкоконцентрир. раствор (2), подают пар на кристаллы (К1), в котором они поглощаются. Сжимают раствор до давления испарителя-теплообменника (Е). Расширяют низкоконцентрир. раствор в турбине с производством работы или холодильного цикла для частичного испарения в испарителе-теплообменнике (Е) при заданной температуре и образования пара растворителя. Отделяют дополнительные кристаллы абсорбента (K2), соединяют их с ранее отобранными кристаллами (K1). Нагревают пар, пропуская его через теплообменник-кристаллизатор (HЕ), и сжимают (5) его под давлением абсорбера (A1). Низкоконцентрир. раствор (3), оставшийся после частичного испарения сжимают до давления абсорбера (А1) и нагревают в теплообменнике-кристаллизаторе (HЕ). Отделенные кристаллы нагревают в теплообменнике-кристаллизаторе (HЕ), растворяют в нагретом растворе (3) с образованием высококонцентрир. раствора. Подача пара (4) в абсорбер (A1), где пар абсорбируется, при этом отводится тепло и вновь образуется исходный раствор. Способ повышает эффективность переноса тепла, например, при нагревании-кондиционировании воздуха. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к абсорбционным холодильным машинам. Абсорбционная холодильная машина со встроенной теплонасосной установкой содержит блок генератора с первым конденсатором и блок абсорбера с первым испарителем. Первый конденсатор первого блока соединен жидкостным трубопроводом с первым испарителем второго блока, а генератор связан с абсорбером линиями крепкого и слабого растворов, проходящими соответственно через охлаждающую и греющую полости первого регенеративного теплообменника. Абсорбционная холодильная машина дополнительно снабжена теплонасосной установкой, солнечным нагревателем и градирней. Теплонасосная установка включает в себя второй конденсатор, компрессор, второй испаритель и второй регенеративный теплообменник, при этом генератор соединен линией горячей воды с входом второго конденсатора по воде, выход которого соединен с входом солнечного нагревателя. Выход солнечного нагревателя подключен к входу генератора, по охлаждающей воде выход первого конденсатора подключен к входу второго испарителя. Выход второго испарителя подключен к входу в градирню, выход которой подсоединен к входу первого конденсатора с помощью насоса охлаждающей воды. Техническим результатом является повышение экономичности, мобильности и надежности абсорбционной холодильной машины. 1 ил.

Абсорбционный тепловой насос (варианты) и способ его работы (варианты)

АБТН являются высокоэффективным энергосберегающим оборудованием для теплоснабжения различных объектов и предназначены для нагрева воды до 50 - 90 о С, с использованием в качестве источника энергии теплоты греющего пара с давлением до 0,75 МПа или топлива - природного газа, а также низкопотенциальной сбросной или природной теплоты от различных источников с температурой 20-40 о С. Доля дешевой низкопотенциальной теплоты, используемой в АБТН для выработки полезной теплоты составляет около 40 %. АБТН имеют исключительные потребительские свойства: высокую эффективность, экологическую чистоту, низкий уровень шума при работе, простоту в обслуживании, длительный срок службы, полную автоматизацию. Для АБТН не требуется больших количеств электроэнергии, как для парокомпрессорных тепловых насосов. Рабочим веществом (хладагентом) в АБТН является вода, абсорбентом - водный раствор соли бромистого лития.

АБТН могут использоваться для получения горячей воды на нужды отопления и горячего водоснабжения, для нагрева и охлаждения технологических сред в промышленности, энергетике, сельском хозяйстве и т.д.

Устройство и принцип действия

В состав АБТН входят тепломассообменные аппараты различного назначения, соединенные контурами для циркуляции хладоагента и абсорбента. Теплообменные поверхности аппаратов выполнены в виде горизонтальных пучков из тонкостенных медноникелевых теплообменных труб. Все оборудование машин скомпановано в единый агрегат на опорной раме, поставляемый заказчику в сборе в полной заводской готовности. Принцип действия АБТН основан на способности раствора абсорбента поглощать водяные пары, имеющие более низкую температуру чем раствор. Хладагент - вода кипит под вакуумом на трубном пучке испарителя, за счет теплоты, отводимой от циркулирующей в трубках охлаждаемой среды (источника низкопотенциальной теплоты). Водяные пары поглощаются раствором абсорбента на трубном пучке абсорбера с выделением теплоты, которая отводится циркулирующей в трубках нагреваемой водой. Разбавленный раствор из абсорбера откачивается в генератор, где на трубном пучке осуществляется регенерация (выпаривание) поглощенных в абсорбере водяных паров, за счет теплоты греющего теплоносителя. Сконденсированные нагреваемой водой в конденсаторе водяные пары хладоагента возвращаются в испаритель, а концентрированный раствор - в абсорбер.

Отличительной особенностью российских АБТН нового поколения являются:

низкая удельная металлоемкость;

высокая компактность;

длительный срок службы;

полная заводская готовность.

Новые высокоэффективные ингибиторы коррозии обеспечивают практически 100%-ную защиту от коррозии всех элементов конструкции.

Номинальные параметры и характеристики

Номинальные параметры теплоносителей:

Температуры, вход/выход: охлаждаемая вода - 30/25 о С;

нагреваемая вода - 40/70 о С;

Давление греющего пара - 0,5 МПа абс;

Теплотворная способность природного газа - 35,8 МДж/нм 3 .

Скачать краткую информацию по АБТН. Листовка (1,3 Мб), pdf.

Схемы использования АБТН

Выработка тепла и холода

Работа тепловых насосов основана на способности концентрированного водного раствора бромистого лития абсорбировать (поглощать) водяной пар с выделением теплоты. Температура абсорбции выше температуры конденсации пара при том же давлении. В результате, появляется возможность "отобрать" теплоту у низкотемпературного теплового источника и передать её нагреваемой воде с более высоким температурным уровнем. Все процессы в машине протекают под вакуумом, в замкнутом цикле. Для регенерации раствора бромистого лития и требуется источник высокопотенциальной тепловой энергии. В качестве источника тепловой энергии применяются: водяной пар (АБТН - П), теплота сгорания топлива (АБТН - Т) . Теплота, необходимая для регенерации раствора бромистого лития, также передается нагреваемой воде. При этом удельный расход высокопотенциального тепла в тепловом насосе по сравнению с обычным котлом снижается в 1,7 раза.

Для примера приводятся схемы теплового баланса тепловых насосов и водогрейного котла на топливе.

В тепловых насосах конструкции "ОКБ ТЕПЛОСИБМАШ" используются высококачественные комплектующие, конструкционные материалы и специальные ингибиторы коррозии, обеспечивающие срок службы не менее 20 лет. Машины по качеству и основным параметрам соответствуют мировому уровню.

ООО "ОКБ ТЕПЛОСИБМАШ" предлагает абсорбционные бромистолитиевые тепловые насосы с паровым и огневым обогревом нового поколения собственной конструкции Производятся на отечественных предприятиях По качеству и основным параметрам соответствуют мировому уровню.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ КОНСТРУКЦИИ "ОКБ ТЕПЛОСИБМАШ" ЭТО:

• высокая эффективность, исключительная компактность, экологическая чистота,
• бесшумность при работе, простота в обслуживании;
• применение высококачественных конструкционных материалов теплообменных поверхностей (медноникелевые сплавы);
• высокая вакуумная плотность, высокоэффективные ингибиторы коррозии, срок службы машин не менее 20 лет;
• полная автоматизация, обеспечивающая экономичный режим работы машин в диапазоне 30-100 % мощности;
• компоновка машины в единый агрегат на опорной раме, поставка заказчику в сборе в полной заводской готовности;
• отсутствие динамических нагрузок, монтаж на площадке, рассчитанной только на статическую нагрузку от веса машины.

Представляется весь комплекс инженерных услуг при проектировании холодильных станций, проведении монтажных, пуско-наладочных работ, подготовке обслуживающего персонала, гарантийное обслуживание поставляемого оборудования.