Воздухоохладитель; 2 - продухи, 3 - ящики с продуктом; 4 -поддон; 5 - льдоаккумулятор; 6 - насос; 7 - коллектор; 8 - форсун­ки; 9 – вентилятор

Для небольшой молочной фермы использовали /34/ льдоаккумуляторы. В связи с расширением производства и увеличением потребности в «ледяной» воде были проанализированы варианты холодоснабжения, увеличение холодильной мощности или комбини­рование имеющейся холодильной установки с льдоаккумуляторами. Технико-экономические расчеты показали, что установка дополни­тельного льдоаккумулятора, холодопроизводительность которого эквивалентна получаемой при таянии 16 т льда, обеспечит дополни­тельные потребности производства в холоде. Размещение льдогене­раторов на крыше не потребовало выделять площадь цеха для ново­го оборудования.

Однако практика эксплуатации панельных аккумуляторов по­казала, что при возвращении из технологических аппаратов воды с довольно низкой температурой (не выше 6°С) лед на панелях тает очень медленно. При температуре порядка 3...4°С лед практически не тает, и не обеспечивается достижение температуры 0,5..2 °С. По­этому в часы максимальных тепловых нагрузок, несмотря на нали­чие на панелях льда ( а отчасти и из-за этого), температура воды по­вышалась до 6...8 °С и выше, и только тогда начиналось сколько-ни­будь заметное таяние льда. Опыт показывает, что наиболее целесооб­разна заготовка чешуйчатого или трубчатого льда, характеризуемо­го большей поверхностью контакта, обеспечивающей интенсивное охлаждение воды. При этом температура кипения хладагента в льдо­генераторе не изменяется, что обеспечивает экономичную эксплуа­тацию льдогенератора в наморозке льда.

В СССР разработаны типовые конструкции тепловых насосов, предназначенных для теплоснабжения различных объектов и работа­ющих по одноступенчатому циклу на R12 с регенеративным пере­охлаждением жидкости в теплообменнике. В режиме теплоснабжения компрессионные тепловые насосы обеспечивают получение горячей воды от 45 до 58 °С при температуре кипения в испарителе не ниже 6 °С. Источником низкопотенциальной теплоты служит водопровод­ная, артезианская, геотермальная вода или жидкостные источники ВЭР с температурой от 10 до 40 °С. В режиме хладоснабжения эти же машины обеспечивают получение хладоносителя с темпера­турой до —25 °С при охлаждении конденсатора водой не выше 30 °С. Отечественные тепловые насосы состоят из компрессорно-конденса-торных, испарительно-ресиверных агрегатов, станций переключе­ний и щитов управления и сигнализации. Конденсаторы и испари­тели — кожухотрубного типа. Характеристики теплового насоса НТ-80 приведены на рис. 13.8.

§ 13.5. Пути использования высокопотенциальных ВЭР, солнечной, геотермальной энергии и других тепловых ресурсов для хладо-, тепло- и электроснабжения

Высокопотенциальные ВЭР можно использовать в абсорбционных бромистолитиевых холодильных машинах с двухступенчатой гене­рацией раствора. При этом генератор высокого давления обогре­вается теплотой ВЭР, а затем раствор довыпаривается в генераторе низкого давления за счет теплоты конденсации пара хладагента, полученного при выпаривании раствора в генераторе высокого давления [10, 45]. В СССР освоено производство абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин с двухступенчатой генера­цией раствора путем доукомплектования машины АБХА-2500 до­полнительными аппаратами: приставкой — генератором высокого давления и растворным теплообменником между генераторами высо­кого и низкого давлений. Действительный тепловой коэффициент при использовании теплоты высокопотенциального источника в ма­шине с двухступенчатой генерацией раствора составляет около 1,3. Использование теплоты высокопотенциального греющего источника в понижающем абсорбционном бромистолитиевом термотрансформа­торе позволяет получить температуру воды на выходе из конденса­тора до 95—100 °С и выше при коэффициенте трансформации около 1,7.

В нашей стране и за рубежом проводятся широкие исследования по использованию солнечной энергии для получения холода с по­мощью абсорбционных машин. В летнее время в южных районах нашей страны температура днем достигает 35—40 °С при низкой влажности воздуха. Это позволяет осуществлять открытое выпарива­ние слабого раствора в схеме солеводяной абсорбционной холодильной машины, предназначенной для кондиционирования воздуха в помещении. В качестве генератора слабого раствора могут быть использованы крыши зданий или другие открытые поверхности, на которые падают солнечные лучи.

В физико-техническом институте АН Туркменской ССР был исследован опытный образец хлористолитиевой абсорбционной сол­нечной холодильной установки с открытым выпариванием раствора (рис. 13.9).

Рис 13.9. Схема опытной хлористолитиевой абсорбционной солнечной холодильной машины с открытым выпариванием раствора:

■--- крепкий раствор; — — — — слабый раствор;

—•- холодная вода; /—/—/ —;охлаждающая вода; —••— — воздух

-Крыша здания из плоского асбошифера. установленного на на­клонных деревянных балках, представлявшая ровную наклонную поверхность (угол наклона 10°), выполняла роль генератора / холодильной машины. Под листами асбошифера находится тепло­изолирующий слой опилок. Верхняя поверхность листов покрыта рубероидом. Применение рубероида обеспечивает равномерное оро­шение плоскости раствором, а отсюда полное использование поверх­ности генератора. Кроме того, рубероид имеет достаточно высокий коэффициент поглощения солнечных лучей. Выпаривание слабого раствора -в генераторе происходит _за счет теплоты солнечных лучей» которые нагревают раствор, стекающий тонкой пленкой, до темпе­ратуры 50—60 °С. Желоб 10 служит для сбора и подачи крепкого раствора в регулятор 9. Поплавковый регулятор представляет собой бак, в котором установлен поплавок с прикрепленным к нему стерж­нем с конусообразным концом.Теплообменник-ороситель 2 типа «труба в трубе» располагается по ширине плоскости генератора. По, внутренней трубе протекает горячий крепкий раствор, а по на­ружной — слабый. Через отверстия в верхней части наружной трубы слабый раствор вытекает на плоскость генератора. Абсорбер 4 вы­полнен в виде однорядной трубной секции из последовательно соеди­ненных труб, которая установлена в корпусе из листовой стали. Орошение труб раствором проводится оросителем — трубой. Для доступа водяных паров в верхнюю часть .абсорбера она соединена трубой с испарителем 3. В испарителе установлен разбрызгиватель воды и поплавковый регулятор для ее добавления. Воздух отсасы­вается из нижней части абсорбера вакуум-насосом 6. Для подачи слабого раствора из абсорбера на плоскость генератора и цир­куляции охлажденной воды через воздухоохладитель 8 ис­пользуются соответственно на­сосы 5 и 7. При испытании опытной машины в осеннее вре­мя года (октябрь месяц) холо-допроизводительность состави­ла 3 кВт при температуре охлажденной воды 11,7 °С. В летнее время производитель­ность машины повышается в 1,4—1,5 раза при температуре охлажденной воды 10 С. Геотермальная энергия, как и теплота горячей воды от ТЭЦ или других источников, может использоваться непосредственно в абсорбционных машинах для получения холода или теплоты. При высокой минерализации воды необходима защита генератора от коррозии.

С помощью теплоты геотермальных источников может быть полу­чена электроэнергия в турбоагрегатах, работающих на неводяных парах. На Паратунском геотермальном месторождении Камчатки Институтом теплофизики СО АН СССР исследована ГеоТЭС, рабо­тающая на хладоне R12 [27]. Схема установки, разработанная ВНИИхолодмашем (рис. 13.10), относительно проста. Жидкий R-I2 питательными насосами подается последовательно в,три подогрева­теля, испаритель и пароперегреватель поверхностного типа. Гре­ющей средой является термальная вода с температурой 80 °С. После перегревателя пар R12 с давлением 1,4 МПа и температурой 65— 75 °С направляется в турбину, где расширяется до 0,5 МПа и при температуре 15 °С конденсируется в поверхностном конденсаторе. Жидкий R12 поступает через промежуточный ресивер к питательным насосам, и цикл повторяется.

Турбина — одноступенчатая, центростремительная, консольная, с алюминиевым рабочим колесом, имеет, только одно уплотнение. Номинальная мощность 750 кВт. При испытаниях максимальная мощность установки составила 684 кВт. Полная мощность не была достигнута потому, что установка проектировалась на использование горячей воды с температурой 90 °С, а средняя температура термальных вод Средне-Паратунского месторождения составляет 80 ± 1 °С. Понижение температуры тер­мальной воды привело к снижению паро-производительности котла и не позволило достигнуть максимальной мощности.

Используя теплоту сгорания натурального топлива, можно осу­ществить одновременную выработку холода, теплоты (для тепло­снабжения) и электроэнергии. В ЛТИХП вы­полнен комплекс науч­но-исследовательских и проектных работ по созданию принципиаль­но новых теплохладо-энергетических агрега­тов (ТХЭА) для комп­лексной выработки в едином термодинамиче­ском цикле теплоты, хо­лода, электроэнергии (рис. 13.11). Принцип действия ТХЭА заклю­чается в том, что в гене­раторе /, состоящем из компрессора К> камеры сгорания КС и турби­ны Т для привода ком­прессора, в результате сжигания жидкого топ­лива или природного газа в среде сжатого воздуха образуется га­зовая смесь (дымовые газы) при повышенном давлении (0,3—0,6 МПа и температуре 450—650 °С В качестве генератора газовоздушной смеси в ТХЭА могут быть использованы авиационные газотурбин­ные двигатели (с использованным летным моторесурсом), свободно-поршневые генераторы газа и высоконапорные парогенераторы. Дымовые газы (рис. 13.11, а) поступают в котел-утилизатор 2, в котором образуется пар давлением 0,3—0,6 МПа и более, а затем в экономайзер 3, где вода, используемая для питания котла и- на горячее водоснабжение производства, нагревается до 60—75 °С. Дымовые газы при этом охлаждаются до температуры 30—35 °С, т.е. ниже температуры точки росы для водяных паров, присут­ствующих в продуктах сгорания в результате сжигания топлива. Водяные пары конденсируются и отделяются от потока во влаго­-отделителе 4. Далее дымовые газы направляется в турбодетандер 5, где расширяются до давления, близкого к атмосферному. Темпера­тура газа снижается до —10-:—50 °С. Мощность, развиваемая турбодетандером, используется для выработки электроэнергии в элек­трогенераторе 6, спаренном с турбодетандером 5. Холодные дымовые .газы в теплообмшном аппарате 7 охлаждают хладоноситель, пода­ваемый на технологические цели. Рассматриваемый тепло-хладо-энергетический агрегат может быть использован не только для получения умеренно низких темпе­ратур, но и для производства сухого льда вымораживанием газо­образной двуокиси углерода, содержащейся в продуктах сгорания топлива (рис. 13.11, б). Для этого газовый поток перед расширением в турбодетандере 5 подвергается более глубокому охлаждению (до температуры десублимации двуокиси углерода —90~—100 °С) в ре­генераторе 7 обратным потоком газа, имеющим более низкую тем­пературу. В процессе расширения в турбодетанДере 5 при достижении состояния насыщения двуокись углерода кристаллизуется в газовом потоке и отделяется от потока в сепараторе 8, из которого она вы­водится шнековым прессователем 9 в виде цилиндрических блоков сухого льда. Получение сухого льда в цикле ТХЭА по сравнению с суще­ствующим абсорбционно-десорбционным способом позволяет существенно упростить схему производства, снизить металлоемкость, энергоемкость и расход воды; отпадает также нобходимость в потреб­лении пара и моноэтаноламина. Таким образом, в ТХЭА реали­зуются совмещенные прямой и обратный термодинамические циклы, отличающиеся той особенностью, что газовая смесь, образующаяся в генераторе продуктов сгорания, превращается не только в рабочее тело теплофикационного цикла, но и в рабочее тело обратного цикла. Высокая эффективность ТХЭА по сравнению с раздельным способом производства теплоты (в основном от котельных), холода (от паровых компрессорных холодильных машин) и двуокиси углерода по обыч­ному абсорбционно-десорбционному методу обуславливается отсут­ствием теплопотерь с уходящими газами, так как продукты сгорания топлива в итоге выбрасываются в атмосферу при температуре, близ­кой к температуре окружающей среды. В связи с этим сокращается расход топлива примерно на 10 %, полезно используется теплота конденсации водяных паров продуктов сгорания, т. е. утилизируется высшая теплота сгорания топлива, что равноценно сокращению расхода топлива на 10—12 %. Сокращение необратимых потерь, связанных с трансформацией одного вида энергии в другой за счет комбинирования прямого и обратного циклов в едином агрегате эквивалентно сокращению расхода топлива на 8—10 %. В том случае, когда на предприятиях или на транспортных уста­новках имеется теплота с температурным уровнем 60—100 °С или выше, для получения* холода и теплоты Ф. М. Чистяков предложил специальную систему, осуществляющую прямой и обратный циклы с одним и тем же рабочим веществом [50]. Для осуществления пря­мого цикла в систему включены: котел-утилизатор, пароперегрева­тель, турбина, конденсатор и конденсатный насос, а для обратного цикла — испаритель, компрессор, конденсатор и дроссельный вен­тиль. Конденсатор является общим для осуществления как прямого, так и обратного циклов.

Механическая работа, полученная в прямом цикле, используется непосредственно в обратном для привода компрессора. Осуществле­ние процесса конденсации при повышенном давлении позволяет нагреть теплоноситель до промежуточной температуры, необходимой для теплоснабжения.

Таким образом, в агрегате можно одновременно получить как холод, так и теплоту. Применение таких агрегатов целесообразно при использовании сбросной теплоты. Помимо холодильной техники они* могут быть использованы в качестве тепловых насосов (повыша­ющих термотрансформаторов), для повышения температурного уровня источника сбросной теплоты, который в этом случае должен подводиться к испарителю. Действительный тепловой коэффициент и степень термодинамического совершенства циклов с турбиной и компрессором для достаточно высоких КПД последних будут выше, чем для абсорбционных и пароэжекторных холодильных машин.

Пути повышения эффективности теплохладоснабжения промыш­ленных предприятий на базе источников теплоты различного темпе­ратурного потенциала должны определяться на основе анализа энерготехнологических схем и их оптимизации. Разработка рацио­нальных термодинамических циклов с применением рабочих ве­ществ должна осуществляться для конкретных условий комплекс­ного использования тепловой энергии различных видов на всех этапах осуществления технологических или иных процессов и соз­дания высокоэффективного энерготехнологического оборудования для утилизации теплоты ВЭР и других источников.