Russian Federation
The paper discusses current methods of improving the efficiency of recycled water supply systems at industrial enterprises. Special attention is paid to energy-efficient and resource-saving technologies. Practical recommendations are provided for optimizing the operation of recycled water supply systems
recirculating water supply, absorption refrigeration machine, and energy efficiency
Химические предприятия потребляют значительные объемы воды для технологических процессов: охлаждения оборудования, промывки продуктов, абсорбции газов и т.д. Внедрение систем оборотного водоснабжения позволяет многократно использовать воду в технологических процессах, сокращая потребление воды из природных источников и объемы сточных вод. Для охлаждения оборотной воды в системах оборотного водоснабжения используются различные типы оборудования, выбор которого зависит от конкретных условий эксплуатации, требуемой производительности и характеристик системы. Основными видами оборудования для охлаждения оборотной воды являются: градирни, брызгальные бассейны и теплообменники (используются в системе оборотного водоснабжения преимущественно для промежуточного охлаждения теплоносителя).
В подавляющем большинстве систем оборотного водоснабжения используются градирни – промышленные установки для охлаждения оборотной воды за счет теплообмена с окружающим воздухом. Градирни могут быть следующих типов: вентиляторные, эжекционные, брызгальные и сухие (радиаторные).
В вентиляторных градирнях охлаждение происходит за счет направленного потока воздуха, создаваемого вентиляторами, вода разбрызгивается при помощи оросительного устройства и стекает вниз по насадке, а воздух подается снизу вверх. Для минимизации потерь воды используются каплеуловители.
В эжекционных градирнях охлаждение достигается за счет создания вакуума специальными форсунками. Такие градирни способны охлаждать воду с большим перепадом температур, в том числе с очень высоких значений (до 90 °С).
В сухих радиаторных градирнях охлаждение происходит без испарения воды. Радиаторные градирни состоят из секций с оребренными трубами и вентиляторами. Теплообмен происходит через радиатор, в котором циркулирует охлаждаемая жидкость.
Брызгальные бассейны представляют собой многосекционные емкости с распределительными трубами и соплами, через которые происходит разбрызгивание воды. При движении капли воды охлаждаются за счет контакта с воздухом и испарения с их поверхности. Основным недостатком брызгальных бассейнов является сравнительно небольшая удельная охлаждающая способность, которая сильно зависит от скорости и направления ветра. При строительстве брызгальных бассейнов необходимо учитывать розу ветров и риск образования тумана и обледенения соседних объектов.
При выборе оборудования для системы оборотного водоснабжения важно проводить тепловые и гидравлические расчеты с учетом начальной и конечной температуры воды, ее расхода и качества, а также других параметров. Традиционные системы охлаждения (градирни, теплообменники) имеют ряд недостатков, таких как: высокий расход энергии, зависимость от климатических условий, потери воды, большие габариты и потребность в значительной площади для размещения. Эти проблемы делают традиционные системы охлаждения менее конкурентоспособными в условиях роста цен на энергоресурсы и ужесточения экологических требований. В качестве альтернативы перспективно выглядит решение с использованием абсорбционных холодильных машин (АБХМ), которые позволяют утилизировать бросовое тепло и снизить зависимость от электроэнергии и климата.
Принцип работы АБХМ основан на использовании термодинамического цикла, включающего:
- испарение хладагента (воды) в испарителе при низком давлении;
- поглощение паров хладагента абсорбентом (раствором бромида лития) в абсорбере;
- регенерацию раствора в генераторе за счет подвода тепла;
- конденсацию паров хладагента в конденсаторе.
В работе рассматривается интеграция АБХМ в систему оборотного водоснабжения. Схема включения АБХМ может быть различной в зависимости от требований технологического процесса:
- Параллельная схема: АБХМ подключается параллельно градирне, обеспечивая дополнительное охлаждение в пиковые периоды;
- Последовательная схема: подразумевает совместное использование АБХМ и градирни;
- Автономная схема: АБХМ полностью заменяет градирню, используя избыточное тепло предприятия в качестве источника энергии.
В работе предлагается следующая схема интеграции АБХМ в систему оборотного водоснабжения (рисунок 1), которая может быть реализована в цехе 135/136 Ангарской нефтехимической компании. В АБХМ в качестве хладагента используется оборотная вода с температурой 26 °С, получаемая после градирни. Полностью отказаться, в данном случае, от использования градирен в системе оборотного водоснабжения невозможно, поскольку для работы АБХМ требуется хладагент – вода. По результатам расчетов температура оборотной воды, получаемой после АБХМ и используемой для охлаждения в теплообменниках, составит 16 °С. Для сравнения, в летний период, при охлаждении оборотной воды без АБХМ, температура воды на выходе из градирни достигала 30 °С, хладагент с такой температурой не может обеспечить эффективную работу холодильников и конденсаторов.
Рисунок 1 – Принципиальная технологическая схема охлаждения оборотной
воды с абсорбционной холодильной машиной (АБХМ)
Работа абсорбционной холодильной машины (рисунок 2) осуществляется следующим образом. Нагретая после использования в теплообменных аппаратах оборотная вода поступает в градирню (на схеме не показана), далее подается в трубчатый змеевик испарителя (1) абсорбционной холодильной машины и выходит охлажденной. В абсорбционной холодильной машине создается вакуум порядка 6 мм.рт.ст., поэтому хладагент (вода), который подается на трубки испарителя (1), испаряется при температуре около 4 ºC. Из парогенератора (3) горячий концентрированный раствор бромида лития через теплообменник (4) поступает на орошение трубчатого змеевика абсорбера (2). Пары воды из испарителя (1) поступают в абсорбер (2), где поглощаются раствором бромида лития, таким образом, раствор бромида лития становится разбавленным.
Для съема тепла «разбавления», а также для конденсации паров хладагента в трубчатый змеевик абсорбера (2) подается охлаждающая вода после градирни. Из испарителя разбавленный раствор бромида лития насосом (6) подается в трубное
|
Рисунок 2 – Принципиальная технологическая схема охлаждения оборотной воды с АБХМ |
пространство теплообменника (4) где предварительно нагревается горячим концентрированным раствором. Далее разбавленный раствор бромида лития поступает в парогенератор (3), в котором за счет тепла пара с температурой 170-180 ºC, что соответствует давлению пара 8-10 ат [1], из разбавленного раствора испаряется вода. Пары, образовавшиеся в парогенераторе (3), поступают в конденсатор (5) через каплеуловитель. За счет подачи охлаждающей воды с градирен, пары конденсируются. Из конденсатора хладагент через сифон поступает на орошение трубчатого змеевика испарителя и охлаждается. Далее хладагент с помощью насоса снова подается на орошение трубок испарителя.
Таким образом, предложенная схема интеграции АБХМ в систему оборотного водоснабжения является перспективным решением для повышения энергоэффективности промышленных предприятий. Технология позволяет эффективно использовать вторичные энергетические ресурсы, снижать эксплуатационные затраты и минимизировать воздействие на окружающую среду. Дальнейшее развитие АБХМ связано с совершенствованием конструкции, расширением диапазона рабочих температур и интеграцией с другими энергосберегающими технологиями.
1. Podoplelov, E.V. Povyshenie effektivnosti ohlazhdeniya oborotnoy vody s ispol'zovaniem absorbcionnoy holodil'noy mashiny / E.V. Podoplelov, A.E. Prudskih, A.I. Dement'ev // Sovremennye tehnologii i nauchno-tehnicheskiy progress. – 2019. – № 1. – S. 25-26.
