Абсорбционные тепловые насосы

АБТНПринцип работыПрименениеПроизводители

Тепловые насосы

Что такое АБТН

Назначение АБТН (абсорбционного бромисто — литиевого теплового насоса) – утилизация бросового тепла и его трансформация на более высокий температурный уровень. Для этого тепловому насосу требуется дополнительный источник энергии – не электрический, а тепловой. Выбор модели АБТН определяется температурой бросового тепла, требуемой температурой потребителя тепловой энергии и имеющимся видом дополнительного теплового ресурса.
АБТН первого типа предназначен для утилизации низкотемпературной тепловой энергии (не ниже 30°С). На выходе АБТН формируется температура до 90°С. В составе выходной тепловой энергии АБТН первого типа 40% составляет «бросовая» теплота. А 60% составляет дополнительно потребляемая высокотемпературная тепловая энергия (пар, горячая вода, теплота сжигания топлива). Также возможно использование «бросовой» энергии дымовых (отходящих) газов, отработанного пара, горячей воды, не потребляемой в теплый период года.
АБТН первого типа может заменить собой градирни системы оборотного водоснабжения, и это одна из самых перспективных областей их применения. Однако температура воды, нагретой АБТН первого типа, не превышает 90°С.
АБТН второго типа могут нагреть воду до высоких температур, могут вырабатывать также и пар, и не требуют использования дополнительного источника тепловой энергии. Однако лишь 40% утилизированной энергии трансформируется на высокотемпературный уровень, а 60 % утилизируемой энергии сбрасывается в градирню.

HRH-I HRH-II
Минимальная температура бросового источника 30°C 60°C
Необходимость
в охлаждающей воде (градирня)
Не требуется Требуется
Необходимость в высокотемпературном источнике Требуется Не требуется
Получаемое полезное тепло Вода от 60°C
до 90°C
Вода, пар от 90°С
до 165°С

Плюсы АБТН

  • Количество бросовой теплоты в составе выработанной тепловой энергии более 40%.
  • Эффективность использования топлива при применении АБТН первого типа увеличивается на десятки процентов.
  • Абсорбционные тепловые насосы второго типа утилизируют бросовую теплоту от среднетемпературного источника (60~130 ℃) и вырабатывают высокопотенциальную тепловую энергию (90~165 ℃), не потребляя дополнительный тепловой ресурс.

Преимущества АБТН Shuangliang Eco-Energy

Shuangliang Eco-Energy – крупнейший в мире производитель АБХМ и АБТН. Высокое доверие к продукции завода Shuangliang Eco-Energy определяется длительным (с 1982 года) и успешным (каждый год с конвейера Shuangliang Eco- Energy сходит до 3500 единиц продукции) опытом крупносерийного производства.
На базе Shuangliang Eco-Energy работают единственная в мире специализированная международная докторантура, научно-исследовательский и технологический центр абсорбционных технологий. Shuangliang Eco-Energy разработала китайские национальные стандарты производства АБХМ (аналог ГОСТ), которые строже, чем японские, европейские и североамериканские.
Основными потребителями АБТН является тепло-, электрогенерирующие компании и энергоемкие технологические производства (нефте- и газо-переработка, нефтехимия, производство минеральных удобрений, металлургия и т.п.). Поэтому абсорбционные тепловые насосы, как правило, имеют существенно большую установленную мощность, чем абсорбционные холодильные машины. Если единичная мощность серийных образцов АБХМ ограничиваются полутора десятками МВт, то единичная мощность серийно выпускаемых АБТН производства Shuangliang Eco-Energy достигает 100 МВт.
Технологические достижения и уникальные конструкторские решения Shuangliang Eco-Energy позволяют предлагать компактное (сравнительно с другими производителями), надежное и эффективное оборудование. На базе Shuangliang Eco-Energy работают единственная в мире специализированная международная докторантура, научно-исследовательский и технологический центр абсорбционных технологий, что позволяет находить наилучшие и самые современные технические решения. Опыт производства крупных АБТН и отлаженные алгоритмы оптимизации режимов их использования дают тепловым насосам Shuangliang Eco-Energy особые преимущества.
Итоговая оценка качества АБХМ и АБТН формируется тремя показателями: продолжительность эксплуатации, надежность и эффективность (СОР). И по этим критериям продукция Shuangliang имеет наивысшие оценки.

Наилучшие технологические решения Shuangliang Eco-Energy

1. Коррозионная стойкость материала теплообменных труб генератора абсорбционных бромисто-литиевых машин
Трубы генератора абсорбционного теплового насоса (АБТН) – наиболее уязвимый элемент конструкции, так как раствор бромистого лития является агрессивной средой, особенно при довольно высоких температурах (до 170°С), характерных для эксплуатации паровых, газовых АБТН и АБТН на выхлопных газах. Коррозионная стойкость труб генератора определяет продолжительность безаварийной работы чиллера.
Большинство ведущих производителей АБТН в конструкции генератора с водяным и паровым подогревом используют SS316L (аустенитную нержавеющую сталь). Исключением является лишь один завод, который предпочитает применять ферритную нержавеющую сталь SS430Ti.
Наиболее частой причиной выхода из строя АБТН является питтинговая коррозия труб генератора, интенсивность которой снижается легирующими добавками хрома, никеля и молибдена. Особенно важным является наличие молибдена.
Согласно данным исследования, проведённого финской компанией Outukumpu, одним из крупнейших производителей стали в мире, нержавеющая сталь SS316L имеет высокую коррозийную стойкость по сравнению с другими марками стали, что особенно важно при работе в среде бромистого лития. Устойчивость к питтинговой коррозии стали SS316L в 1,45…1,55 выше, чем у стали SS430Ti.
2. Кожухотрубные теплообменники раствора бромистого лития обеспечивают эксплуатационную безопасность
Некоторые производители абсорбционных холодильных машин используют пластинчатые теплообменники раствора из-за их более низкой стоимости, тогда как в абсорбционных чиллерах Shuangliang используются кожухотрубные теплообменники раствора. Недостатком пластинчатых теплообменников является сложность раскристаллизации рабочего раствора.
Эффективность теплопередачи в пластинчатых теплообменниках выше, поэтому при некоторых условиях может происходить резкое снижение температуры раствора бромистого лития, что может привести к кристаллизации раствора.
Существующие автоматические системы защиты от кристаллизации обеспечивают надежное срабатывание. Однако практика показывает необходимость дополнительных мер защиты от возникновения кристаллизации в нештатных режимах эксплуатации, возникающих, как правило, при отсутствии должного сервиса: нарушение вакуума АБТН, резкое снижение температуры охлаждающей воды ниже допустимого значения, выход из строя регулирующего клапана подачи пара, повреждение насоса раствора и пр.
Вероятность блокирования проходов кристаллизованным раствором значительно выше у пластинчатых теплообменников чем у кожухотрубных, из-за малых размеров каналов.
Для вывода теплообменника из состояния кристаллизации необходимо прогреть ту часть, где она произошла. Определить эту часть в пластинчатом теплообменнике очень тяжело, а зачастую просто невозможно. Поэтому для восстановления работоспособности чиллера необходимо нагреть теплообменник полностью, что требует много времени, особенно при больших размерах АБТН.
Кожухотрубные теплообменники лишены вышеуказанных проблем, прогрев осуществляется по месту кристаллизации, восстановление работоспособности занимает не много времени.
Еще одним фактором, усложняющим раскристаллизацию пластинчатого теплообменника, является более высокое гидравлическое сопротивление, вследствие меньших размеров каналов.
3. Эксплуатационная надежность конструкции трубных пучков теплообменника генератора высокого давления абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов с прямым сжиганием топлива
АБТН с непосредственным сжиганием топлива предъявляет самые высокие требования к конструктивному исполнению высокотемпературного генератора. Ведущими производителями используется две основных системы: жаротрубная и водотрубная. В жаротрубных системах греющая среда (топочные газы) омывает поверхности нагрева (топочное пространство трубы – т.н. «жаровую трубу») с внутренней стороны, тогда как в водотрубных системах греющая среда омывает поверхности нагрева с наружной стороны, а нагреваемая среда находится внутри трубы.
Рис. 1: Водотрубная схема
пластырь
Рис. 2: Жаротрубная схема
пластырь 2_Q

Недостатки жаротрубной системы высокотемпературного генератора в сравнении с водотрубной:

  • Большие габариты (в т. ч. более длинные трубки теплообменника) из-за менее эффективного тепло-массо-обмена.
  • Длинные трубки теплообменника генератора становятся причиной температурных деформаций, что вызывает разрушение конструкции.
  • Повышенная взрывоопасность.
  • Ограниченное общее количество пусков, связанное с температурными деформациями.

Преимущества водотрубных систем в сравнении с жаротрубными

  • Высокая эксплуатационная надежность.
  • Высокая эффективность тепло-массо-обмена, следовательно, меньшие габариты генератора.
  • Меньшие температурные деформации – следовательно, большая продолжительность безаварийной эксплуатации.
  • Меньшая инерционность при пуске и остановке.
  • Меньшая взрывоопасность.