Индустриални термопомпи - част 2

B продължение на темата от миналия брой на списанието, в която ви представихме спецификите и предимствата на индустриалните термопомпи, както и някои от широко използваните видове, в настоящия брой ще очертаем особеностите и устройството на абсорбционните индустриални термопомпи, насоки за избор на термопомпен агрегат и различни приложения на тези решения в индустрията.

Абсорбционните термопомпи със затворен цикъл използват двукомпонентен работен флуид за повишаване на точката на кипене и оползотворяване на топлина чрез абсорбция за постигане на температурна разлика, посредством която се доставя „полезна” топлина към желаните съоръжения.

Принципът на работа на тези агрегати е същият като при парните абсорбционни чилъри, при които работният флуид е смес от литиев бромид и вода. Ключови предимства на абсорбционните термопомпени системи са, че могат да реализират много по-голяма температурна разлика в сравнение с алтернативните решения, КПД-то им не се влошава рязко при по-голяма разлика между началната и крайната температура на топлоносителя и могат да бъдат използвани за комбинирани отоплителни и охладителни приложения.

Устройство на абсорбционните индустриални термопомпи

Дизайнът на една типична абсорбционна термопомпа включва четири основни компонента - изпарител, кондензатор, генератор (десорбер) и абсорбер. В цикъла на абсорбционните термопомпи, подобно на абсорбционните чилъри, се използват хладилен агент (вода) и абсорбент (най-често бромисто-литиев разтвор). Първичният източник на енергия с висока температура (обикновено пара или гориво) се подава към генератора, където водната пара се извлича от работния флуид под високо налягане.

Компресираният кондензат от кондензатора се отвежда към изпарителя, в който налягането е по-ниско и отпадната топлина се рекуперира, за да изпари кондензата с ниско налягане. В абсорбера концентрираният работен флуид от десорбера влиза в контакт с изпаренията под ниско налягане от изпарителя, създавайки топлина, която се отвежда към желания агрегат. В края на цикъла работният флуид се връща обратно в генератора.

Алтернативни конфигурации

Подобно на абсорбционните термопомпени агрегати работят и термокомпресорните термопомпи, при които пара под високо налягане се използва за повишаване на температурата и налягането на топлоносител на отпадна технологична топлина (обикновено отново пара). При високотемпературните абсорбционни помпи повишаването на температурата на изходния топлоносител може да бъде от порядъка на до 100-150 °C, докато при термокомпресорните системи то е до около 7-10 °C.

Широко прилагана конфигурация на абсорбционна термопомпа е агрегат със специфични работни параметри, който се използва за охлаждане в „студения край” на цикъла и същевременно произвежда гореща вода за технологични нужди чрез загряване в противоположната точка на цикъла. Възможността за едновременно нагряване и охлаждане превръща този тип термопомпи в по-високоефективно решение с повече икономически ползи от конвенционалните термопомпи.

Избор на тип термопомпа

След прогнозно изчисляване на ползите от внедряването на термопомпен агрегат в дадено производствено или преработвателно съоръжение се пристъпва към избор на подходящия тип решение. Изборът на система обикновено зависи от три фактора: вида на топлоизточника (течност, газ, пара); вида на поглътителя на топлина (течност, газ, пара); необходимата разлика между температурите на изходния и крайния топлоносител.

За да бъде избрано най-подходящото решение за конкретното приложение, е добре да се отчетат необходимите оперативни разходи, потенциалните спестявания и капиталовложенията и да се изготви прогнозен модел на съотношението цена/ефективност на отделните варианти в дългосрочен план.

За типичните индустриални приложения като изсушаване на материали или загряване на вода за почистване на оборудване и други технологични нужди обикновено са подходящи повече от един вид термопомпи. Ето защо крайният избор на система трябва да се сведе до икономическите показатели.

Индустриални приложения на термопомпените агрегати

Изсушаване. В промишлените сушилни инсталации (за дървообработвателната, строителната, текстилната, хранително-вкусовата индустрия, машиностроенето и др.) се прилагат различни технологии при различни температури на сушене.

Сред най-широко използваните типове индустриални сушилни са инсталациите, при които се нагрява въздух посредством пара, газ или гореща вода, който впоследствие се насочва към камерата с влажния материал, където циркулира и изпарява влагата до дадена степен. С интегрирането на термопомпа в инсталацията отработената топлина от влажния въздух може да бъде извлечена и рециркулирана обратно в системата или използвана за други технологични нужди.

Измиване. Индустриалните системи за почистване и дезинфекция на оборудване обикновено използват гореща вода със или без добавен почистващ препарат/дезинфектант. Инсталациите типично са оборудвани с вентилатор и изходен отвор за извеждане на парата от системата.

Така се поддържа ниско налягане в инсталацията, а парата се изхвърля в околната среда. Горещият влажен въздух е носител на голямо количество топлинна енергия, която може да бъде ефективно рекуперирана посредством термопомпа и повторно използвана за загряване на водата.

Загряване на вода с отпадна топлина от хладилна система

В хранително-вкусовата промишленост типично се произвеждат продукти, които е необходимо да бъдат охладени или замразени преди транспортиране. От друга страна в тази индустрия са нужни големи количества гореща вода за измиване на съоръженията и за други технологични нужди.

Отпадната топлина от хладилните инсталации обикновено е с температура около 25-30 °C. С внедряването на термопомпен агрегат в процесния цикъл отработената топлина от кондензаторите може да бъде използвана за загряване на вода до около 80 °C. Термопомпата може допълнително да повиши налягането на охладителния агент и да бъдат постигнати по-високи температури на кондензация.

Пастьоризация

При пастьоризиране (например в млекопреработката) продуктите се загряват до над 70 °C, а впоследствие се охлаждат. Типично се използва инсталация за впръскване на водна пара с висока температура за нагряване и поток студена вода за охлаждане. В много процеси изходният продукт (с ниска температура) се използва в технологичния цикъл за охлаждане на вече пастьоризирания продукт.

Така част от топлината се предава на студения флуид и улеснява последващото му загряване. Тази технология може да бъде значително оптимизирана чрез използване на термопомпа за рекуперация на отпадната топлина и рециклирането й в системата.

Статията е изготвена със съдействието на

инж. Кръстин Йорданов, Технически университет-Варна