Россия
В работе рассматриваются актуальные методы повышения эффективности систем оборотного водоснабжения на промышленных предприятиях. Особое внимание уделено энергоэффективным и ресурсосберегающим технологиям. Предложены практические рекомендации по оптимизации работы систем оборотного водоснабжения
оборотное водоснабжение, абсорбционная холодильная машина, энергоэффективность
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. Подоплелов, Е.В. Повышение эффективности охлаждения оборотной воды с использованием абсорбционной холодильной машины / Е.В. Подоплелов, А.Э. Прудских, А.И. Дементьев // Современные технологии и научно-технический прогресс. – 2019. – № 1. – С. 25-26.
