Елистратов Сергей Львович, заведующий кафедрой «Тепловые электрические станции» Новосибирского государственного технического университета

1. Применение абсорбционных термотрансформаторов
в энергетических технологиях.
Елистратов С.Л. – д.т.н., заведующий кафедрой ТЭС НГТУ
Новосибирск , 2016г

2. Абсорбционные бромисто-литиевые машины получили широкое
распространение в мире, поскольку обладают высокой экономической
эффективностью, экологичностью, минимальным потреблением
электроэнергии, бесшумностью при работе и длительным сроком службы.
Нетоксичный и пожаро- и взрывобезопасный водный раствор бромистого
лития в данных машинах является абсорбентом, рабочим телом в таких
машинах является вода и за счет этого они практически не влияют на
озоновый слой атмосферы и не создают парниковый эффект.
Абсорбционные термотрансформаторы используются при проектировании
новых и при реконструкции существующих ТЭС для:
• утилизации бросовой теплоты конденсации паровых турбин;
• охлаждения воздуха на входе в газовые турбины.
Их применение позволяет отказаться полностью или частично от
пароводяных теплообменников для нагрева сетевой воды и повысить
эффективность ТЭС. В результате достигается 20%-45% экономия
энергоресурсов. При этом срок окупаемости с учетом существующих цен на
энергоносители составляет от 3 до 5 лет.
Диапазон мощностей выпускаемых в мире АБТТ от 70 кВт до 30 МВт,
однако с повышением их мощности значительно увеличиваются
весогабаритные характеристики. Так например, холодильная машина
фирмы Broad мощностью 23,6 МВт имеет вес 227 тонн.

3. Абсорбционные бромисто-литиевые термотрансформаторы
выпускаются такими фирмами как: Termax (Индия), Broad, Shuangliang (Китай),
Carrier, Trane, Lessar, Century (США), Sanyo, Kаwasaki, Thermal, Hitachi, Ebara
(Япония), Hyndai (Ю. Корея) и другими. Они выпускают АБХМ, работающие на
растворах LiBr с одно (СОР=0,7-0,75) и двухступенчатыми (СОР=1,35-1,45)
схемами регенерации растворов, а также чиллеры-нагреватели для
комбинированной выработки тепла и холода. Фирма Termax на основе
собственного патента начала производство трехступенчатых АБХМ (COP =
1,8-1,9), использующих для работы теплоту водяного пара с температурой
190 -225 0С. При этом генератор и пластинчатые теплообменники были
изготовлены из нержавеющей стали SS430Ti, стабилизированной титаном.
Кроме того, фирма Termax использует технологию последовательного
распределения потоков, благодаря которой раствор LiBr не достигает
одновременно максимальных значений концентрации и температуры ни в
одном из генераторов. Это приводит к уменьшению коррозионной активности
и предотвращает кристаллизацию водного раствора LiBr. Фирма Broad
выпускает абсорбционные машины с толщиной стенок труб до 0,7…1,3 мм
взамен традиционных 0,5 мм, что увеличивает срок службы оборудования до
30 лет без замены раствора бромида лития [1]. Китайской компанией
Shuangliang разработаны уникальные схемы многоступенчатой утилизации
бросовой теплоты на основе абсорбционных технологий (СОР = 1,4-1,7).

4. Важнейшим преимуществом таких машин является возможность
их использования в качестве теплоутилизаторов, в диапазоне температур
бросового тепла от 30 до 1300С. Ведущими мировыми компаниями-
производителями чиллеров являются Carrier, Trane, Lessar, Century (США).
Широкая линейка абсорбционных чиллеров этих фирм состоит почти из
100 типоразмеров, производительностью по холоду от 264 до 5274 кВт, по
теплу – от 268 до 5800 кВт. Основные производители мощных
абсорбционных машин – японские компании Sanyo, Kawasaki, Thermal,
Hitachi и Ebara. При этом ведущую роль занимает компания Sanyo,
предлагающая чиллеры-нагреватели мощностью от 70 до 8700 кВт, в том
числе и установки с интегрированной градирней. Фирмой Hyundai (Ю.
Корея) выпускаются абсорбционные холодильные машины повышенной
надежности для эксплуатации в российских условиях.
В линейке АБХМ основных мировых компаний-производителей
так же появились машины, в которых охлаждение производится до
отрицательных температур ( до -50С ) с применением гликолевых
растворов).

5. Энергосберегающая технологическая система утилизации
низкопотенциальной бросовой теплоты
100℃
40ºС
Пар
Горячая вода
Вид высокотемпературного ресурса
Источник бросовой
теплоты
Горючий газ
Дымовые газы
Охлаждающая вода
систем оборотного
водоснабжения
Технологическая
вода
сталелитейного
производства
Нагретая
вода
Вода сепараторных
установок
Тепловые стоки
предприятий АБТН
Вход
40%
Выход
100%
Вход
60%
40℃20℃

6.  Энергосбережение：COP=1.7~1.85，утилизируется 40%％ теплоты.
 Тепловой ресурс: газ, пар 1…8 бар, горячая вода.
 Утилизированная бросовая теплота: вода от 20 до 70 0С.
 Защита окружающей среды：В качестве хладагента используется
вода.
 Безопасность и надежность：Вакуумное оборудование с низким
уровнем шума и долгим сроком службы.
 Высокая производительность ：Единичные установки мощностью до
35 МВт.
 Широкая область применения： Производимая вода с температурой
40～100℃ или пар могут быть использованы во многих отраслях
промышленности и жилых помещениях.
 Гибкость системы：Нагрузка регулируется в пределах 20％~100％.
ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

7. Промышленное применение АБТН в централизованных системах теплоснабжения
Особенности центрального теплоснабжения в регионе :
 Потребности в тепле обеспечивается угольными
теплоэлектростанциями (ТЭЦ) на базе паровых турбин в составе
когенерационных комплексов.
 ТЭЦ производят много бросового низкопотенциального тепла, что
создает хорошие предпосылки использования теплонасосных
технологий.
 Потребность в тепле обеспечивается также различными
угольными и газовыми котельными.
Это оборудование возможно заменить на АБТН при наличии
низкопотенциальных источников теплоты на химических,
металлургических, нефтеперерабатывающих и др. предприятиях.
Это может быть охлаждающая вода систем оборотного
водоснабжения энергетических предприятий и энергетического
оборудования, промышленные и хозяйственно-бытовые
канализационные стоки.
Например, осуществить замену квартальных газовых
котельных на абсорбционные тепловые насосы.

8. Уголь
Электрическая
энергия
Тепловая
энергия
Сброс теплоты
конденсации пара в
окружающую среду
ТЭСТепловые
потери
20～60%
 В настоящее время теплота конденсации паровых турбин бесполезно
отводиться в воздух через градирни в огромном количестве.
 Несмотря на то, что часть пара идет на нагрев сетевой воды около 50%
теплоты конденсации сбрасывается в окружающую среду.
 Используя абсорбционные тепловые насосы, можно сохранить эту теплоту
и увеличить тепловую мощность, тем самым повысив эффективность ТЭС в
целом.

9. Классическая схема применения АБТН

10. Районная ТЭЦ, город Янгкванг, Китай
Теплопроизводительность: 6 x 30 МВт
Греющий источник: водяной пар, 5 бар
Бросовая теплота: вода с температурой
30/40 0С от градирен
Полезная нагрузка: горячая вода 90/70 0С
 Возможность отопления дополнительных площадей;
 Прибыль от отопления ＞5 млн. USD в год;
 Экономия 500,000 тонн охлаждающей воды в год;
 Экономия 49 300 тонн угля в год;
 Снижение выбросов СО2 в атмосферу на 98 600 тонн
в год;
 Снижение выбросов оксида азота на 730 тонн в год;
 Окупаемость менее чем за 2 года.

11. Классическая схема абсорбционного чиллера

12. Выбор состава тройной смеси Н2О–LiCl–LiNО3 и исследования
коррозионной активности, теплофизических свойств выбранного
абсорбента, анализ их влияния на совмещенные процессы тепло-
массообмена в абсорбционных преобразователях теплоты.
Новое рабочее тело : абсорбент Н2О – LiCl – LiNО3 предложен для
использования в абсорбционных холодильных машинах (АХМ), но для
использования его в высокотемпературных АТТ необходима проверка
термической устойчивости солей в растворе при температурах выше 150 °С.
1 – LiBr
2 – LiCl;
3 – CaCl2;
4 – LiCl-CaCl2
5 – LiCl-LiNO3
6 – LiCl-CsCl (5,26:1)
7 – CsCl

13. Принципиальная схема перспективного абсорбционного
бромисто-литиевого ТН с трехступенчатой десорбцией раствора
5
8,2

14. Основные стадии процесса десорбции водного раствора
LiBr на поверхности нагрева с температурой 600°С
5

15. Спасибо за внимание