Компрессора

Что такое АБХМ?

Абсорбционная холодильная машина (по другому их еще называют сокращенно «абхм» по аббревиатуре или абсорбционный чиллер) – это высокоэффективная холодильная машина, отбирающая и удаляющая избытки тепла, поддерживающая определенные температурные характеристики во время функционирования разного технологического оборудования, станков и процессов на производстве, в том числе связанных с экстремальными тепловыми нагрузками

Абсорбентом являются специальные растворы, как один и вариантов – бромистый литий (LiBr – по таблице Менделеева) и вода. Аммиачные машины также являются абхм.

История

• 1756 год – изначальное упоминание об искуственном холоде ученым Калленом В. из Англии
• 1777 год – доказана Г.Найрне возможность абсорбирования водяного пара концентрированной серной кислотой
• 1810 год – произведена Д.Лесли ледогенератор с помощью абсорбирования сернистого газа водой
• 1834 – изобретена Дж.Перкинсом холодильная установка с применением насоса на ди-этиловом эфире
• 1846 – создана аммичная машина
• 1871 – изобретен агрегат, который работал на метиловом эфире
• 1850 – Э.Карре изобрел абсорбционную установку, работающую на воде и концентрате серной кислоты
• 1923 – Э.Халлстром из Австралии создал эксклюзивный аммичный агрегат
• 1926 – А.Эйнштейн и Л.Силард придумывают агрегат, получивший название «холодильник Эйнтнейна»
• 1923 – в России изобретена установка с именем «Эскимо», которая могла получить за один цикл работы более 10 кг льда. Для ее работы нужны были либо уголь, либо дрова, либо керосин, либо спирт.
• 1950 – в промышленности для охлаждения воздуха начали использовать абсорбционные машины.
• 1985 – изобретена трехступенчатая абхм, содержащая 3 конденсатора и 3 генератора
• 1993 – получил патент системы с тремя ступенями работы абсорбционного чиллера с 2-м конденсатором.

Типы абсорбционных чиллеров

Абхм – это конденсационная холодильная машина.  В ней происходит испарение хладагента за счет его поглощения абсорбентом – при этом поглощается теплота. После чего происходит выделение хладагента в парообразном состоянии под воздействием наружного источника тепловой энергии, который после попадает в конденсатор. Под давления пары хладагента конденсируются

Выделяют следующие типы абхм:

• Прямого нагрева – источником тепловой энергии является газ и прочее топливо, которое получается путем сжигания в самой машине;
• Непрямого нагрева – источником тепла является пар или прочий теплоноситель, с помощью которого тепловая энергия переходит от источника. Источником бывает бойлер или применяться тепловая энергия, которая получается побочным образом в рамках технологии
• одноступенчатые,
• двухступенчатые
• трехступенчатые.

Кромы вышеназванных типов есть комплексные или гибридные системы, содержащие и генераторные установки на природном газе (они вырабатывают тепловую и электроэнергию) и АБХМ. Применение подобных систем дает возможность уменьшить нагрузку по электричеству и, как следствие, уменьшить затраты на эл.энергию.

По виду применяемого абсорбента абхм делятся на:

• Бромистолитиевые абхм – в них хладогентом является вода, абсорбентом – бромид лития LiBr
• Аммиачные абхм – хладогентом является аммиак NH3, абсорбентом – вода. Данные системы менее популярные нежели бромистолитиевые

Абсорбатом называется элемент системы, который поглощается абсорбентом в результате абсорбации. С другой стороны, абсорбент является жидкой фазой, которая поглощает абсорбат.

Одноступенчатые абсорбционные холодильные машины

В одноступенчатых (или одноконтурных) хладагент переходит друг за другом по основным элементам системы:

• Теплообменник - испаритель,
• абсорбер,
• десорбер
• теплообменник - конденсатор.

Принцип работы одноконтурной машины изображен на рисунке и очень похож на схему работы парокомпрессионной машины.

Принципиальная схема одноступенчатой АБХМ изображена на рисунке ниже.

1. испаритель;
2. абсорбер;
3. десорбер;
4. конденсатор;
5. расширительный клапан

Испарение хладагента происходит в испарителе (п.1) при уменьшении давлении. При этом поглощается теплота. Если в чиллере понижение давления в испарителе идет благодаря компрессора, то тут благодаря абсорбции (поглощения) хладагента жидким абсорбентом. Это происходит в абсорбере (п.2). Далее абсорбент с поглощённым хладагентом идет в десорбер (п.3), в котором получившийся состав подогревается благодаря горения газа, пара и т.п. После хладагент выделяется из абсорбента. Асборбент уже без хладогента идет обратно в абсорбер. Хладагент идет под высоким давлением в конденсатор (п.4), в котором он превращается в жидкое состояние и выделяется телпо. Через расширительный клапан (п.5) идет в ииспаритель. И наступает новая последовательность.

При разном процентном содержании хладагента в абсорбере и десорбере изменяется температура  насыщения. Для уменьшения потерь энергии при работе ко контуру между абсорбером и десорбером ставят теплообменник с рекуперацией.

Если бы не было никаких термодинамических потерь, то абхм имела бы возможность производить то количество холода, что и затраты на тепло. Но в жизни все таки холодопроизводительность меньше, чем затрачено тепловой энергии.

КПД данного типа машины достаточно небольшой, поскольку данная схема имеет свои ограничения. Они используются на объектах, где всегда есть доступное вторичное тепло. С помощью их можно кондиционировать помещение + для охлаждения жидкости для нужд технологии. Мощности данных машин бывают от 30 до 6 МВт.

Далее приведем функциональные схемы машины при работе на:

• Охлаждение

• Обогрев

Двухступенчатые системы

КПД этого типа гораздо больше одноступенчатых. В 2-х ступенчатых абхм присутствует по 2 конденсатора и абсорбера соответственно (в одноступенчатых – по одному). Это сделано для более интенсивного выделения хладагента из абсорбента. В этом случае тратиться тепловой энергии также меньше.

Реализуется 2 варианта исполнения:

• системы с двойным конденсатором
• системы с двойным абсорбером.

Чем больший объем хладагента, полученный в газообразном состоянии в испарителе, тем большая холодильная эффективность машины. Поэтому можно увеличить объем десорбируемого вещества из абсорбента.

Схема с двойным конденсатором

Ниже на рисунке изображена принципиальная схема и цикл работы 2х ступенчатой машины с двойным конденсатором.

Принцип работы:

• В Десорбер 1 благодаря получения тепла от внешнего источника получаются парообразных хладагент при первичной выделении хладагента из абсорбента.
• Пары идут в Конденсатор 1.
• Остатки абсорбента и хладагента попадают в Десорбер 2, в котором идет последнее выделение абсорбента из хладагента за счет тепла, получившегося при конденсации в Конденсатор 1.
• После чего хладагент Конденсатор 1 и Десорбер 2 попадают в Конденсатор 2, где и завершается конденсация.

Система с двойным абсорбером

Схема и цикл работы системы с двойным абсорбером приведены на рисунке ниже.

Принцип работы:

• Генератор имеет 2 секции: одна низких температур, вторая – высоких
• Парообразный хладагент идет из испарителья в Абсорбер 2, происходит абсорбция
• Те пары хладагента, что остались со второго абсорбера, переходят в Абсорбер 1.
• Латентный теплый пар хладагента из Абсорбера 1 применяется для десорбции паров из смести в Десорбере 2 низкой температуры
• Используется тепло от наружного источника для десорбции хладогента в парообразном состоянии из двойного раствора в Десорбере 1.
• Пар из обоих десорберов идут в единственный Конденсатор

Для источника тепла в устройствах этого вида можно применять:

• Перегретый пар ВД (высокого давления)
• Различные виды горючего, в основном природный газ

Данные машины стоит использовать, когда электричество ограничено, но есть более дешевый природный газ или другой вид топлива, а также перегретый пар ВД

Ниже приведен пример функциональной схемы двухступенчатой абсорбционного чиллера на горячей воде:

Функциональная схема 2х ступенчатого чиллера прямого горения:

• Режим охлаждения

• Режим нагревания

Трехступенчатые системы

3х ступенчатая, как и 2х, возможна в разных модификаций, но их количество еще больше. Самая простая трехступенчатая система состоит из двух разный 1-ступенчатых абхм. Тепловая энергия от одной «ступени» используется в другой.

Здесь изображена схема и цикл работы трехступенчатого холодильной машины (хм). Тут цикл с высокой температурой дает холод благодаря наружного источника тепловой энергии, причем также самостоятельно есть источник тепла для цикла с низкой температурой.

Схема и принцип работы абсорбционного чиллера

АБХМ имеет основные элементы:

• Испаритель
• Абсорбер
• Генератор
• Конденсатор

А также дополнительные:

• Насос раствора бромистого лития
• Дополнительный теплообменник – для увеличения температуры раствора перед до входа в генератор

В качестве хладагента выступает вода, в качестве абсорбента – состав бромида лития. В испарителе держится пониженное давление – около 6 мм.рт.ст. При таком низком давлении вода закипает уже при 4 градусах цельсия.  Насос хладогента нужен для подачи воды на форсунки испарителя, благодаря которым происходит распыление хладагента на поверхность трубопровода, по которым двигается охлажденная от потребителя жидкость с температурой 12 градусов цельсия. Когда вода попадает на поверхность труб, она начинает кипеть и испаряться, тем самым забирая тепло от труб. В результате к потребителю идет уже холодная вода в 7 градусов.

При кипении образуется пар, который нужно убирать из испарителя с целью достижения давления в 6 мм.рт.ст. Данную функцию и выполняет абсорбер, который часто находится в самой близи с испарителем.

Водяной пар, который попал из испарителя в абсорбер, абсорбируется составом бромистого лития. Состав LiBr имеет большие абсорбирующие возможности, которые становятся больше при повышении плотности или уменьшения температуры состава.

В абсорбере высококонцентрированный состав LiBr поглощает водяные пары (хладагента), благодаря чему происходит как бы его разбавление, и раствор становится менее концентрированным.

Абсорбция является экзотермическим процессом, результатом которого является выделение теплоты, которая убирается охлажденной водой другого контура «градирня-абсорбер».

Далее разбавленный состав идет с помощью насоса через теплообменник, где этот состав увеличивает свою температуру с помощью концентрата, в генератор. В самом генераторе благодаря теплу от источника тепловой энергии (в нашем примере это горячая вода) вода из неконцентрированного состава бромистого лития испаряется полностью и, и его состав становится полностью крепким.

Концентрат LiBr сразу после генератора возвращается в абсорбер.

Пар из воды идет в конденсатор, где происходит его конденсация благодаря отвода тепла к холодной воде в градирне.
После конденсации хладагент идет обратно в испаритель. И все повторяется заново.

Основные этапы цикла

Теперь рассмотрим в картинках каждый этап цикла абхм.

Охлаждение воды	Хладагент попадает в левую область Испарителя. Внутри вакуум и начинается кипение воды, в результате чего отводится тепло из охлаждаемой воды, которая течет по трубочкам испарителя. В итоге получается охлажденная вода .
Абсорбция	Концентрированный раствор LiBr попадает в правую область Абсорбера, где происходит абсорбирование пара хладагента.
Нагрев абсорбента	Состав BrLi после абсорбации идет в генератора благодаря насосу. В генераторе из за подаваемого тепла часть воды выкипает. И раствор LiBr получает изначальную высокую концентрацию .
Конденсация хладагента	Водяной пар (который получился после кипения состав LiBr в генераторе) конденсируется в Конденсаторе. После чего вода возвращается в Испаритель и все повторяется вновь.

Пример проекта холодоснабжения на базе абхм

 Для создания системы холодоснабжения на базе АБХМ нужен источник тепла. В данном проекте используется горячая вода от газопоршневой установки. Это как раз случай получения тепла из отходов от основного производства. Поэтому можно зимой это тепло использовать для системы отопления, а летом для кондиционирования для получения холода.

Это только пример, и не может быть воспринят как догму, что так надо делать на всех объектах. Это частный случай. В каждом случае на объекте своя ситуация.

Абсорбционный чиллер должен быть смонтирован в теплом помещении с температурой внутри не менее 5 градусов. Градирня находится снаружи здания.

Состав АБХМ

На картинке показаны все функциональные элементы абсорбционного чиллера, и где они обычно располагаются.

Полный перечень комплектующих:

1. Подача воды для охлаждения конденсатора.
2. Низкотемпературный Генератор.
3. Вход водяного пара.
4. Высокотемпературный Генератор.
5. АСУ – система управления.
6. Высокотемпературный Теплообменник
7. Среднетемпературный Теплообменник
8. Выход водяного пара.
9. Абсорбер.
10. Конденсатор.
11. Вход воды из системы холодоснабжения.
12. Выход воды для охлаждения конденсатора.
13. Выход воды из системы холодоснабжения.
14. Испаритель.

Достоинства и недостатки

По сравнению с обычными парокомпрессионными чиллерами абхм имеют следующие достоинства

• Минимальные затраты на электричество. Для примера, машина холодопроизводительностью порядка 1,5 МВт потребляет всего около 10 кВт электричества. При этом обычный чиллер потреблял около 500 кВт эл.энергии.
• Отсутствуют всяческие шумы и выбрации, поскольку нет подшипников, больших эл.двигателей, трущихся частей. Шум издает только насосная станция.
• АБХМ на газу (газовый чиллер) может в один и тот же момент времени вырабатывать и горячую, и холодную воду. Охлажденную воду можно использовать на нужды кондиционирования, горячую – на ГВС, поэтому мы можем обойтись без бойлеров.
• Газовый абхм зимой функционирует как котел, а летом – как чиллер. Поэтому не нужно устанавливать 2 агрегата, и использовать один.
• Очень большой срок жизни, более 25 лет. Это достигается благодаря тому, что нет вибраций и движущихся элементов, в отличии от обычных чиллеров

Недостатки также в сравнении с компрессионными чиллерами:

• Высокая стоимость, больше в 1,5 и более раз.
• Масса агрегата выше в 1,5-2 раза, чем обычный чиллер
• АБХМ работает только с мокрыми градирнями или сухая с функцией орошения, обычные чиллеры с сухими работают.

Как видите, достоинства явно превышают недостатки, и на большом промежутки вложений приобретение абхм гораздо выгоднее и целесообразно с экономической точки зрения.

Подобрать абсорбционный чиллер строго под Ваш объект, сравнив и сделав технико-экономическое обоснование, Вы легко можете сделать, обратившись за бесплатной консультацией в нашу компанию Пром Инжиниринг.