Каскадный  парокомпрессорный термотрансформатор

 

       Каскадные схемы - комплекс одноступенчатых циклов, связанных между собой общим теплообменником.

       Число общих теплообменников определяет число каскадов. В каждом цикле используется не один, а слой хладагентов, что позволяет существенно расширить теплоподъем.

 

 

Q_B                                                                                       2¢

T

PB2        K

I             KM2         3¢

4¢

K-И

PB1        II            KM1                                                         1

И                                                  5

 

Q_H

 

Для С₂Н₄: t_НК = -104 ⁰С (t_ОХЛ = -100 ⁰С)

       Основной недостаток: большие эксергетические потери в совместном теплообменнике в виду большой разности температур теплоносителей.

 

20. ОСНОВНОЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПАРОЖИДКОСНЫХ ТТ

 

Основное оборудование:

1) компрессор;

2) теплообменники:

- конденсаторы;

- испарители;

- охладители конденсата;

- регенеративный теплообменник;

3) регулирующая станция (РВ, ТВ);

4) сепараторы.

Вспомогательное оборудование:

1) маслоотделитель;

2) ресивер;

3) осушители хладагента;

4) баки-аккумуляторы.

Основные типы компрессоров:

1) поршневые:

- прямоточные;

- не прямоточные;

2) центробежные (турбокомпрессоры);

3) винтовые;

4) ротационные;

5) эжекторы.

 

 

Схема прямоточного компрессора:

 

Нагнетательный клапан

 

Всасывающий клапан

 

 

 

 

Схема не прямоточного компрессора:

 

 

 

По энергетическим характеристикам первый тип компрессоров лучше, но второй тип – проще.

Компрессоры: вертикальные, горизонтальные и V-образные.

Поршневые компрессоры имеют наибольшую степень сжатия, винтовые компрессоры – самые быстроходные и компактные, а ротационные обладают свойством реверсивности.

       Особенности теплообменников:

В конденсаторе пар находится в межтрубном пространстве, а охлаждающая вода течет по трубкам (исключение – воздушный конденсатор).

       Маркировки теплообменников:

КТР, КТГ – конденсатор трубчатый горизонтальный;

КВ – конденсатор вертикальный;

ИТР – испаритель трубчатый;

ИКТ – испаритель кожухотрубчатый;

ПП – переохладитель противоточный.

       Маслоотделители:

Для работы компрессоров используется смазочное масло, которое полностью, частично или не растворяется в хладагенте. Если существует нерастворимость или частичная растворимость, то установка маслоотделителя обязательна после компрессора.

       Осушители:

       Осушители устанавливаются перед регулирующей станцией (РВ) и предназначены для удаления влаги из жидкого хладагента. Влага попадает при заправке некачественным фреоном, либо при подсосах влажного воздуха. Это опасно, так как проходное сечение РВ забивается кусочками льда, что ведет к образованию ледяных пробок.

       В качестве осушителя используются гранулы селикогеля или синтетические цеолиты.

Помимо осушителей перед РВ устанавливаются механические фильтры для фильтрации хладагентов от механических примесей (продуктов коррозии, ржавчины и т.д.).

 

 

21. АБСОРБЦИОННЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ

 

       Главное отличие абсорбционных ТТ от парожидкостных заключается в возможности использования не электрической, а тепловой энергии.

       Принцип работы – последовательное осуществление термохимических реакций смешения (сорбции) и разделения (десорбции) двух или нескольких рабочих компонентов:

1 компонент – легкокипящая фракция (рабочий агент);

2 компонент – более тяжелая фракция (абсорбент).

       Используются только такие рабочие агенты, к которым подобраны свои абсорбенты.

       Термохимический компрессор (ТХК) состоит из абсорбера (в нем осуществляется процесс смешения) и генератора (процесс разделения).

Схемы работы:

1) повысительная;

2) расщипительная.

В первом случае трансформация тепла идет от среды с температурой Т_Н до температуры Т_С. Для этого используется внешний источник, температура которого равна Т_В.

Во второй схеме к установке подводится рабочий поток теплоносителя с температурой Т_С, который разделяется на два потока: один поток повышает свою температуру до Т_В, а второй – понижает до ТН.

Применяемые хладагенты:

 

N		Рабочий агент	Абсорбент	Область применения
1		Аммиак	Вода	ХЛУ, ТНУ
2		Вода	LiBr	ХЛУ
	3	Вода	NaOH, KOH, CaCl2	ТНУ

 

       Главное требование при подборе рабочих компонентов: максимальная разность температур нормального кипения сорбента и рабочего агента для более легкого разделения смеси.

DТ = Т_НК - Т_НК

 

22. СХЕМА ИДЕАЛЬНОГО АБСОРБЦИОННОГО

 ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРА (ХЛУ)

 

Р.А.

Г

Q_B                                              A                              К         Q_К

Смесь                                   PT

 

H

Д1                       Д2

A

И     Q_H

Р.А.

 

Q_H

 

 

Г – генератор;

А – абсорбер;

Н – насос для раствора;

РТ – регенеративный теплообменник;

Д – детандер;

А – абсорбент;

Р.А – рабочий агент.

       В идеальной схеме приводом насоса служат две турбины (детандеры).

       В абсорбер А идет два потока: абсорбент из генератора (через РТ и Д1) и рабочий агент из испарителя И. В результате смешения – экзотермическая реакция, тепло которой отводится к источнику с температурой Т_С (обычно окружающая среда). Смесь перекачивается насосом Н через РТ в генератор для разделения (выпаривания). Для этого в Г подводится внешнее тепло Q_B при температуре Т_В > Т_С. В результате разделения рабочий агент в виде пара идет в конденсатор, в котором происходит отвод тепла Q_K к источнику Т_С, а затем через Д2 идет в испаритель. В испарителе тепло Q_H отводится от НИТ к рабочему агенту при температуре Т_Н.

       Тепловой баланс:

 

Q_H + Q_B = Q_A + Q_K                                                           (1)

 

       Если потерь нет, то эксергетический баланс:

E_H + E_B = E_A + E_K                                                             (2)

Q_H t_H + Q_B t_B = (Q_H + Q_B) t_C, где t _i – коэффициент работоспособности.     (3)

 

       Удельные затраты энергии на производство холода:

                                                       (4)

 

 

23. СХЕМА ИДЕАЛЬНОЙ АБСОРБЦИОННОЙ ТЕПЛОНАСОСНОЙ

УСТАНОВКИ (РАСЩИПИТЕЛЬНАЯ СХЕМА)

 

Пар, Q_B (T_B)

Г

Вода

Смесь

Д1

Н

И                                            Q_K

A                                                                             К        

PT

Q_A

Пар, Р_С,                                           Q_И

Т_С

 

Конденсат

Г – генератор;

РТ – регенеративный теплообменник.

Привод насоса – турбина (схема идеальная).

В абсорбер подводится водяной пар средних параметров P_C, T_C и абсорбент из испарителя И. В результате термохимической реакции образуется смесь с повышенной температурой.

       Смесь поступает в генератор, где тепло смеси через поверхность нагрева отдается воде, в результате чего образуется пар с повышенной температурой

T_B > T_C > T_H, который поступает к потребителю.

       Отработанная смесь через Д и РТ направляется в испаритель для разделения. Отделение рабочего агента от абсорбента осуществляется за счет тепла потока пара средних параметров.

       Тепловой баланс:

Q_A + Q_И = Q_B + Q_K

 

24. СХЕМА РЕАЛЬНОЙ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ АБСОРБЦИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

 

Основные отличия идеальной схемы от реальной:

1) детандеры заменены регулирующими вентилями;

2) для повышения эффективности разделения смеси на исходные компоненты в схему включены процесс ректификации и дефлегматор;

3) все процессы теплообмена протекают при конечных разностях температур, отличных от нуля;

4) для снижения потерь от дросселирования перед регулирующим вентилем устанавливают ОК или РТ.

 

Схема реальной одноступенчатой абсорбционной ХЛУ:

 

 

Р.А.                                     Q_K

К        

Охл. Вода       Дф

P

Пар Р.А.

РК                                                                          РТ2

Q_Г                                  А.

РВ2

РТ1                  

РВ1

И    Q_O

А

Н                                               А.

 

Q_A                 Пар Р.А.

 

РК – ректификационная колонка;

Г – генератор;

Р – линейный ресивер;

Дф – дефлектор.

       Принцип работы: в абсорбере А смешиваются рабочий агент и абсорбент. В результате смешения выделяется тепло, которое отводится в окружающую среду. Образовавшаяся смесь насосом Н через РТ1 направляется в верхнюю часть РК. Далее она самотеком стекает через насадку или тарелки. Навстречу ей из Г выходит пар рабочего агента с примесью абсорбента. В результате тепломассообмена между паровым и жидким потоками концентрация легкокипящего компонента (рабочий агент) в паровом потоке возрастает, а поток смеси за счет нагрева снижает концентрацию легкокипящего компонента. На выходе из РК концентрация рабочего агента составляет 85-90%. Для дальнейшей очистки пара рабочего агента в верхней части устанавливается дополнительный теплообменник – дефлектор. В дефлекторе циркулирует охлаждающая вода. За счет частичной конденсации рабочего агента из него выделяется флегма (остатки абсорбента), которая стекает в РК и далее в Г. На выходе из дефлектора концентрация рабочего агента составляет 98%.