CC BY
65
УДК 621.574
Получение низких температур кипения хладагента
^ ^ с» ^ и с» *
в абсорбционной бромистолитиевои холодильном машине
В. Г. ГОРШКОВ, Д. Г. МУХИН
[email protected] 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
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
