Абсорбционные тепловые насосы в энергетике и

Абсорбционные тепловые насосы в
энергетике и промышленности
Романюк Владимир Никанорович, докт. техн. наук,
проф. БНТУ, РУП «БЕЛТЭИ»
+375 (29) 7711699; (44) 7459630
e-mail: rvn_bntu@mail.ru
План доклада
1. Часть 1
Краткое пояснение абсорбционных
машин и принципиальное их отличие
от компрессионных машин
2. Часть 2
Применение абсорбционных машин
2
Qутилиз + Wпривод = Qполезн. Для передачи теплоты Qутилиз от холодной
системы к более горячей системе Qполезн требуются затраты энергии. На
привод Wпривод в компрессионных машинах потребляется дорогая
энергия механическая Lпривода, в абсорбционных – дешевая тепловая
Qпривода , т.е. они являются теплоиспользующими установками. В этом
определяющее отличие абсорбционных установок от компрессионных
Для холодильной машины
Горячий источник, tги
tги = tокружающей среды,
Qполезн.
для теплового насоса
tхи
=
tокружающей
отопительный насос,
среды
tхи
среды
>
tокружающей
утилизационный насос.
Lпривода – компрессионная машина,
Qпривода – абсорбционная машина.
–
–
Lпривода
или
Qпривода
Рабочее тело
(Холодильн
ый агент)
Qутилиз.
Холодный источник, tхи
3
И меньшая энергетическая эффективность, и на 20 % большая
стоимость АБТН по отношению к ПКТН финансово перекрывается
разницей в стоимости ЭЭ, ТЭ и ПГ, а также сроком эксплуатации. Та
же ситуация имеет место и по отношению к топливу,
импортируемому для генерации указанных энергоресурсов,
поскольку ЭЭ генерируется на КЭС и использование АБТН
обеспечивает снижение импорта природного газа в страну
АБТН
потребляет
ТЭ или ПГ
МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ РУП
"БЕЛТЭИ"
ПКТН
потребляет
ЭЭ
4
Простейшая принципиальная схема
абсорбционной машиныт. 1
Р1 – давление в вернем блоке АБХМ: (Г+Кд)
при давлении 0,8 кПа
т. 50
температура кипения воды
Qос
равна 4 0С
Г
т. 0
t кипения чистогоР = const
высоко кипящего
компонента, LiBr
Концентрация
LiBr в паре
t
Кд
Qг
т. 10
Др1
раствора
Др2
т. 20
Концентрация
LiBr в жидкости
C=1
CЖ
CП
т. 3
Q0
t кипения чистого
низко кипящего
компонента, Н2О
т. 2
А
т. 30
т. 40
И
Qа
т. 4
C=0
Р2 – давление в нижнем блоке АХМ: (А+И)
Простейшая принципиальная схема
абсорбционной машины с регенерацией
т.1
Р1 – давление в вернем
блоке АБХМ: (Г+Кд)
т.70
Г – генератор (кипятильник);
Кд – конденсатор; И – испаритель;
А – абсорбер; РТ – регенеративный
теплообменник; Др – дроссель;
Н – насос.
Qг – теплота, подводимая к
раствору в генераторе от греющего
теплоносителя;
Q0
–
теплота,
отводимая
в
испарителе от потока захоложенной
воды в АБХМ или утилизируемого
источника в АБТН;
QА,QК – теплота, подводимая к
потоку оборотной воды в АБХН
(ОС) или сетевой воды в АБТН
(потребителю) соответственно в
абсорбере и конденсаторе
Г
QК,ос (потр.)
Кд
т.10
Qг
РТ
т.2
Др2
т.20
т.3
Q0 (утил.)
Др1
т.30
т.40
А
т.60
т.50
И
т.4
Р2 – давление в нижнем
блоке АБХМ: (А+И)
QА, ос (потр.)
Все перечисленные теплообменники конструктивно составляют
один аппарат, получивший название «чиллер», к которому
требуется подвести лишь трубопроводы перечисленных потоков
Эффективность АБТН
оценивается отопительным
коэффициентом (он же
энергетический КПД)
 = Qпол./Qприв., 1 <  < 
Qпол. = Qприв. + Qутилиз.
При  = 1,72, например, имеет
место:
Qпол. = 100 %, Qутилиз. = 40 %,
Qзатрат = 60 %.
7
Абсорбционные тепловой насос и холодильная машины
(последняя известна в Беларуси) идентичны и, что
важно: при необходимости, взаимозаменяемы
Эффективность абсорбционной
холодильной машины (АБХМ)
оценивается холодильным
коэффициентом
(он же энергетический КПД)
ε = Q0/Qприв., 0 < ε < 
Qос.= Qприв. + Q0
При ε = 0,72, например, имеет
место:
Qос. = 100 %, Q0 = 40 %,
Qприв. = 60 %.
=ε+1
8
Примеры применения АБТН и АБХМ в
промышленности
МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ РУП
"БЕЛТЭИ"
9
Переход к использованию АБТН
Возможности
использования АБТН в
промышленности РБ
существенно больше
тех, что имеют место
для АБХМ. Прежде
всего, это утилизация
промышленных
отходов: охлаждение
жидких стоков,
оборотной воды и пр.
10
АБТН В ТЕПЛОВОЙ СХЕМЕ ТУРБОГЕНЕРАТОРА ПТ-60
Экономия
условного топлива для ТЭЦ 12 тыс. т/год, системная экономия –
5,5 тыс. т/год,
возврат инвестиций до 2-3 лет
коллектор пара 130 ат
охлаждение генератора
охлаждение масла
~
отбор Т
отбор пара
> 0,4 МПа
ПТ-60
Штатная
градирня
ОСВ
АБТН
µ=1,7
конденсат
конденсат Сетевая
группа
ПСВ
циркуляционная вода
сетевая вода
отбор Т
пар из регенеративного
отбора № 4 (5,3 ата) на
привод АБТН
РЕЖИМЫ РАБОТЫ на примере СТЭЦ
(средний режим отопительного периода
τном = 3,9 тыс. час, Вт = 2,1 т у. т./год)
коллектор пара 130 ат
Nэ = 47,5 МВт
D0 = 226 т/ч
охлаждение масла Q = 0,2 Гкал/ч
ПТ-60
~
pт = 1,2 ата
Dт = 149 т/ч
Q = 77,6 Гкал/ч
Nт,э = 40 МВт
отбор Т
отбор пара
охлаждение генератора Q = 0,2 Гкал/ч
pк = 4 кПа
Dмин = 12 т/ч
Q = 6,3 Гкал/ч
Nэ,пк = 4,2 МВт
QАТН = 15 Гкал/ч
АТН
µ=1,7
tцв = 18 °С
tцв = 22 °С
Gцв = 1500 т/ч
pп = 5,3 ата Dп = 16,7 т/ч Nп,э = 3,2 МВт
Сетевой
бойлер
QСБ = 78 Гкал/ч
Q∑ = 93 Гкал/ч
ПСВ
Gосв = 4200 т/ч
tпсв = 69 °С
Gосв =1600 т/ч
Gосв = 4200 т/ч
tосв = 47 °С
56 °С
конденсат
конденсат
47 °С
Штатная
градирня
Gосв = 4200 т/ч
tосв = 50 °С
Gосв = 2600 т/ч
tосв = 47 °С
Энергетическая эффективность мероприятий
АБТН: утилизирует теплоту охлаждения циркуляционной воды.
Установка АБТН на примере СТЭЦ, НТЭЦ, БТЭЦ-2, ГТЭЦ-2 (всего 10
ТЭЦ целесообразно привлечь) на потоке циркуляционной
воды охлаждения конденсатора, генератора, масла блокирует
рассеяние ТЭ. Использование АБТН изменяет генерацию
электроэнергии на потоке пара в конденсатор: получается
поток вместо УРТ 420 г/кВт*ч имеет место 133 г/кВт*ч.
Экономия на ТЭЦ для ПТ-60 до 12 тыс. т у. т., для ОЭС – 5,5 тыс.
т у. т. в год. При стоимости тонны у. т. до $240, эквивалентно
1,3 млн USD в год. При стоимости для ПТ-60 установки АБТН
до 2-2,4 млн USD окупаемость проекта не превышает 3 лет.
Последнее зависит от замещающей мощности, но есть еще
одна важная составляющая.
Энергетическая эффективность мероприятий
Интегральное изменение генерации ЭЭ для всех
ТЭЦ ОЭС страны оценивается до 45 МВт в
межотопительный период и до 120 МВт – в
отопительный, что важно для системы, в том
числе, и в части регулирования мощности в
новых условиях перевода на квази парогазовую
технологию ТЭЦ. Особенно с вводом АЭС, тогда
за счет АБТН на ТЭЦ блокируется генерация ЭЭ
на ТЭЦ с УРТ 420 г/кВт*ч и облегчается загрузка
АЭС. Снижение импорта ПГ до 120 тыс. т у. т.
4.0
12.0
Чистый дисконтированный доход (NPV)
3.5
лет
млн USD
Энергетическая эффективность мероприятий
10.0
Динамический срок окупаемости проекта (DPP)
3.0
2.5
8.0
2.0
1.5
6.0
Е, %
1.0
4.0
0.5
0.0
10%
-0.5
-1.0
15%
20%
25%
30%
35%
40%2.0
0.0
Влияние ставки дисконтирования на экономические показатели при оценке
по системной экономии природного газа
15
t = 95 оC, конденсат
G = 2 т/час на котельную
Котельная
p = 0,5 МПа от котельной
D = 2 т/час, влажный пар
29 оCоC
t t== 29
подпитка
V = 30 м3/час
Q = 2,0
Гкал/ч
Чиллер
АБТН
COP = 1,72
V = 89 м3/час
QОС = 18
Гкал/ч
Q = 0,8 Гкал/ч
Q = 1,2 Гкал/ч
Потребители
теплоты сетевой
воды
Q = 2,0 Гкал/ч
Технологи
ческая
установка
t = 20 оC,
V = 2,0 тыс. м3/час
АБТН на
промышленных
предприятиях
снижает затраты
топлива и,
главное,
финансовые
затраты на
отопление и
горячую
технологическую
воду на 40 %
МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ РУП
16
"БЕЛТЭИ"
Оценка эффекта перехода к АБТН
1. Выше приведенный пример использует реальную
ситуацию на ОАО «Мозырсоль». АБТН только на
отопительной нагрузке, т.е. 5 тыс. часов в году, и при этом
простой срок возврата инвестиций составляет до 3,5 лет.
2. Потенциал энергосбережения 18 Гкал/ч велик и может
быть реализован только при подключении нагрузки
города. Для этого есть технически все необходимое.
3. Примеров подобных предприятий достаточно и АБТН
изменяет всю систему теплоснабжения, снижает нагрузку
на ТЭЦ и генерацию ЭЭ, в результате без электрокотлов,
на порядок выгоднее загружает АЭС в совокупности с
подобными инновационными решениями.
17
Общий вид абсорбционной
установки
18
Общий вид абсорбционной
установки
19
Спасибо за внимание
Романюк Владимир Никанорович,
+375 (29) 7711699; (44) 7459630
e-mail: rvn_bntu@mail.ru
20
Общий вид
абсорбцион
ной
установки
21
ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ. Использование ОДНОГО И ТОГО
абсорбционного чиллера летом для систем кондиционирования или
охлаждения оборудования в качестве АБХМ, зимой для утилизации
выбросов и отопления в роли АБТН) с затратами меньшими на 40 %.
22
ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ. Как и в предыдущем варианте,
использование ОДНОВРЕМЕННО абсорбционного чиллера для получения
воды 7/12 оС (АБХМ) и для нагрева сетевой воды или технологической воды
(АБТН), затраты снижаются до 100 %, поскольку единый привод на две
задачи и утилизация выбросов.
Применимо на предприятиях
легкой промышленности,
где требуется
технологическое
кондиционирование и
возможен
предварительный нагрев
технологической воды. Это
ОАО, «Полесье»,
«Гронитекс», «БПХО» и др.
23
ПРИМЕНЕНИЕ
НА
ПРЕДПРИЯТИЯХ.
Использование
ОДНОВРЕМЕННО
абсорбционного чиллера для охлаждения (АБХМ) и для нагрева сетевой воды
(АБТН), затраты снижаются до 100 %, поскольку единый привод на две задачи и
утилизация выбросов. АБХМ устанавливается для ликвидации дисбаланса
потребления и производства тепловых потоков. Это, например охлаждение
литьевых машин на ОАО «Могилевэлектродвигатель», ОАО «Алютех» в Минске
и многие др.
24
ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ. Использование теплоты, сбрасываемой с
окружающую среду градирнями. Например, на площадке Борисовского завода
медпрепаратов можно утилизировать поток теплоты 5 Гкал/ч и получить в итоге
10 Гкал/ч по цене (топливу), как за 6 Гкал/ч. Это хватит на всю площадку и
избытки можно и нужно найти компромисс с котельной района. В этом, прежде
всего, состоит основная задача Департамента на сегодня.
25
ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ. Если необходимо охлаждение ниже
температуры окружающей среды и, при этом, недопустимо
использование испарительных градирен (нет зон отчуждения), как
альтернативный вариант, возможно использование АБТН в комплекте с
«сухой» градирней.
26
ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ. Спиртовые заводы, сахарные заводы,
производство соли (ОАО «Мозырьсоль»), газопереработка попутного нефтяного
газа (БГПЗ РУП «ПО «Белоруснефть») и пр. Снижение потребления тепловой
энергии на разделение сырьевого потока порядка зависит от ряда факторов, в
первом приближении составляет 50 %.
27