CC BY
80
УДК 621.574
Получение низких температур кипения хладагента
^ ^ с» ^ и с» *
в абсорбционной бромистолитиевои холодильном машине
В. Г. ГОРШКОВ, Д. Г. МУХИН
teplonasos@yandex.ru Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН 630090, г. Новосибирск, Академика Лаврентьева пр., 1 Канд. техн. наук А. А. ДЗИНО Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет ИТМО Институт холода и биотехнологий 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
Приведены краткие сведения о возможных областях применения абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин (АБХМ) с температурой охлажденной среды 0...1,5 °С. В статье даны результаты исследований в области создания низкотемпературных АБХМ (до температур 0-5 °С), проведенные в России и за рубежом. В связи с появлением спроса на низкотемпературные АБХМ, для исследований в этой области температур в институте теплофизики СО РАН создана стендовая установка.
Ключевые слова: абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины, низкотемпературные AБХМ.
* Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ по госконтракту № 14.518.11.7015 от 19 июля 2012 г.
Generating low boiling temperatures of a refrigerant in a lithium bromide absorption refrigerating system
V. G. GORSHKOV, D. G MUKHIN
teplonasos@yandex.ru
Kutateladze institute of thermophysics siberian branch of the russian academy of science Ph. D. A. A. DZINO University ITMO Institute of Refrigeration and Biotechnologies 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str, 9
A summary of possible applications is given for lithium bromide absorption refrigerating systems (LBARS) with the temperature of cooled medium 0....1,5 °C. A review of research results obtained in Russia and abroad in the sphere of low-temperature LBARS (up to temperatures 0-5 °C) is presented. Because of a growing demand for low-temperature LBARS, a test bench has been made at the Institute of Thermal Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, for researching this range of temperatures. Keywords: lithium bromide absorption refrigerating systems, low-temperature.
Область применения традиционных абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин (АБХМ), в основном ограничивается системами охлаждения технологического оборудования и кондиционирования воздуха, где требуется захоложеная вода с температурой 5^15 оС. Данное ограничение накладывается из-за того, что хладагентом в этих машинах является вода, которая замерзает при температурах 0 оС и ниже.
Вода с температурой 0,5^1,5 оС, так называемая «ледяная вода», применяется в технологических процессах ряда отраслей промышленности:
— при производстве молока, сливок: пастеризации молока, настаивании, охлаждении и упаковке сливок и аналогичной продукции, готовых к употреблению;
— при производстве сыра: в холодильных камерах, где сыр укладывается для дозревания;
— на птицефабриках: промывка птицы в холодной воде;
— при обработке овощей, ягод и фруктов: промывка в холодной воде, длительное хранение;
— при производстве соков и концентратов: охлаждение соков после пастеризации;
— при промышленном производстве мороженого: пастеризованная смесь для мороженого — хранение смеси при 4 оС;
— при промышленной переработке рыбы: охлаждение тузлука;
— в технологии производства пластмасс: охлаждение оборотной воды для экструдеров, охлаждение форм и фильер;
— в энергетике: охлаждение воздуха на входе в ГТУ (использующихся в ПГУ, ДКС, ГПС). АБХМ с низкотемпературным охлаждением в теплое время года позволяет увеличить мощность турбопривода от 5 до 20 %, получить экономию удельного расхода топлива на 3-8%.
В основном, для получения низких температур на данных промышленных объектах, в настоящее время, используются электроприводные парокомпрессионные холодильные машины (ПКХМ).
На объектах пищевой промышленности, как правило, всегда в избытке имеется тепловая энергия (горячая вода, пар — в том числе и сбросной), необходимая,
52
ВЕСТНИК МАХ № 4, 2013
к примеру, для технологии переработки молока (пастеризации), в системах отопления и горячего водоснабжения. Практически все молочные заводы имеют свои котельные и покупают электроэнергию для производства холода в ПКХМ. При этом расход электроэнергии на получение 1 МВт холода «ледяной воды» составляет около 250 кВт. Тепловая энергия на этих объектах для производства холода в настоящее время не используется. Применение АБХМ для получения «ледяной воды» за счет тепловой энергии водяного пара экономически оправдано в связи с низкой стоимостью тепловой энергии по сравнению с электроэнергией. В АБХМ на получение 1 МВт холода требуется всего лишь около 3-х кВт электроэнергии, т. е. почти в 83 раза меньше, чем в ПКХМ.
Зарубежными коллегами освоен выпуск низкотемпературных АБХМ, так с 2000 г. японская фирма «Hitachi-Appliances, Inc.» производит АБХМ для получения температуры охлаждаемой среды (рассола) до -5 оС [1, 2]. В этих машинах хладагентом является водный раствор бромистого лития с концентрацией не ниже 15%. Температура хладагента в низкотемпературном испарителе достигает -10 оС. Машины используются в пищевом производстве (охлажденная среда циркулирует в холодильных камерах) для хранения замороженных продуктов.
Выпускаются машины холодопроизводительностью от 170 до 1000 кВт с паровым и газовым обогревом. Достигнутый тепловой коэффициент машин равен 0,58.
Исследования и работы, проведенные в России
Еще в 1987 г. в Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности под руководством Дзино А. А. [3] проведено теоретическое и экспериментальное исследование процесса кипения рабочего
вещества в испарителе АБХМ при отрицательных температурах.
В качестве рабочего вещества (хладагента) в испарителе использован водный раствор бромистого лития с концентрацией 4-7%. Это позволило осуществить процесс кипения в области температур -1... -3 оС и получать при этом хладоноситель с температурой около 0 оС. При этом абсорбер охлаждался водой с температурой 24-26 оС, а в качестве греющего источника в генераторе использовался ВЭР с температурой 70 оС и выше.
В связи с поступающими запросами от предприятий молочной промышленности и энергокомпаний, в институте теплофизики СО РАН были возобновлены работы по созданию АБХМ для получения температур охлажденной среды до 0 оС и ниже.
29 апреля 2013 г. в России, на действующем промышленном образце АБХМ, были проведены испытания по получению низких температур кипения хладагента (до 1..1,5 оС) и захоложенной воды (до 3... 4 оС). Действующая АБХМ — холодильная машина с одноступенчатой регенерацией раствора с паровым обогревом АБХМ-2000П установленная на производстве капролактама ОАО «Азот» (г. Кемерово). Данная машина разработана и поставлена ООО «ОКБ Теплосиб-маш» (г. Новосибирск), введена в эксплуатацию в ноябре 2012 г.
Целью испытаний было установление возможности устойчивой работы АБХМ при температурах кипения хладагента 1.1,5 оС.
В процессе испытаний была реализована работа АБХМ в устойчивом режиме и зарегистрированы основные параметры работы. Теплотехнические параметры работы машины, зарегистрированные с 09 до 10 ч 29.04.2013 г., приведены на рис. 1.
В процессе испытаний параметры работы менялись незначительно:
Охлаждающая вода
Конденсатор
Охлажденная вода С. = 3,5 °C
Охлаждаемая
вода*-^
С. = 6,7 °C
Греющий пар
РГП = 0,1 ата
t = 56 °C
Растворный насос Растворный теплообменник
Рис. 1. Параметры работы АБХМ-2000П в низкотемпературном режиме с 09 до 10 ч, 29.04.2013
11
Охлаждающая вода \
Греющий пар
Хладагент Хладагент (пар)
Охлаждающая вода
Слабый раствор LiBr
Неконденсирующиеся газы
Конденсат греющего пара
крепкий раствор LiBr
Рис. 2. Принципиальная схема АБХМ с открытым испарителем: 1 — испаритель; 2 — абсорбер; 3 — генератор;
4 — конденсатор; 5 — теплообменник;
6 — насос хладагента; 7 — насос растворный;
8 — газоотделитель; 9 — насос вакуумный; 10 — потребитель холода; 10 — разбрызгивающее устройство
— значение температуры хладагента в диапазоне 1,1.1,3 оС;
— абсолютное давление пара в испарителе 630.670 Па;
— значение температуры охлажденной воды в диапазоне 3,2.3,7 оС;
— температура охлаждающей воды 21.22 оС;
— давление пара 1,0.1,1 ата.
Испытания действующей промышленной АБХМ показали возможность стабильной работы одноступенчатой холодильной машины с температурой хладагента 1.1,5 оС. При этом тепловой коэффициент машины был в пределах 0,6-0,65.
Результат испытаний может быть использован для разработки низкотемпературной АБХМ с «открытым» испарителем (см. рис. 2) [4-6]. Принципиальным отличием этой машины, от существующих АБХМ традиционной конструкции, является отсутствие трубного пучка испарителя. Хладагент в этой машине используется в качестве захоложенной среды, циркулируя между потребителем и полостью испарителя. К примеру, хладагент — «ледяная вода» с температурой ~ 1 °С непосредственно поступает на охлаждение потребителя.
В АБХМ традиционной конструкции и с «открытым» испарителем есть возможность получать отрицательные температуры кипения хладагента (до -8. -10 оС). В этом случае, в качестве хладагента используется низкоконцентрированный раствор бромистого лития с концентрацией 15-18% [3].
В настоящее время, в Институте теплофизики СО РАН создана специальная стендовая установка для исследований и получению опытных данных для разработки низкотемпературных АБХМ.
Список литературы
1. Uchida S., Nishiguchi A. // Refrigeration, JP, 2006; Vol. 81; No 946. pp. 618-621.
2. Sakiyama A., Nishiguchi A. Развитие абсорбционной холодильной машины, работающей на тепле и охлаждающей до температур ниже 0 °С. Труды международной конференции по сорбционным тепловым насосам. 1999 г., Мюнхен, Германия.
3. Дзино А. А. Эффективность применения абсорбционных бромистолитиевых термотрансформаторов с низкотемпературным греющим источником для получения отрицательных температур кипения рабочего ве-щества./Автореф. дисс... на соискание уч. ст. канд. техн. наук. — Ленинград. 1987.
4. Тимофеевский Л. С., Малинина О. С. Математическая модель абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины с двухступенчатой генерацией пара рабочего вещества // Вестник Международной академии холода. 2011. № 2.
5. Холодильные машины: Учеб. для студентов вузов специальности «Техника и физика низких темпе-ратур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский; Под общ. ред. Л. С. Тимофеевско-го. — СПб.: Политехника, 2006.
6. Тимофеевский Л. С., Малинина О. С. Сопоставление параметров циклов АБХМД при различных температурах внешних источников // Вестник Международной академии холода. 2011. № 3.
References
1. Uchida S., Nishiguchi A. Refrigeration, JP, 2006; Vol. 81; No 946. pp. 618-621.
2. Sakiyama A., Nishiguchi A. Razvitie absorbcionnoj holodil'noj mashiny, rabotajushhej na teple i ohlazhdajush-hej do temperatur nizhe 0 °С. Trudy mezhdunarodnoj kon-ferencii po sorbcionnym teplovym nasosam. 1999. Munich, Germany.
3. Dzino A. A. Jeffektivnost' primenenija absorbcionnyh bromistolitievyh termotransformatorov s nizkotemperatur-nym grejushhim istochnikom dlja poluchenija otricatel'nyh temperatur kipenija rabochego veshhestva./Avtoref. diss. na soiskanie uch. st. kand. tehn. nauk. — Leningrad. 1987.
4. Timofeevskij L. S., Malinina O. S. Vestnik Mezhdunarodnoj akademii holoda. 2011. No 2.
5. Holodil'nye mashiny: Ucheb. dlja studentov vuzov special'nosti «Tehnika i fizika nizkih temper-atur»/A. V. Baranenko, N. N. Buharin, V. I. Pekarev, L. S. Timofeevskij. — SPb.: Politehnika, 2006.
6. Timofeevskij L. S., Malinina O. S. Vestnik Mezhdunarodnoj akademii holoda. 2011. No 3.
1
4
3
