- Почему заводу не хватает мощности на обычный чиллер
- Как работает охлаждение без компрессора
- Холод из выхлопа газопоршневых установок
- Пар ТЭЦ и горячая вода рубашек двигателей
- Когда бросового тепла нет: прямое сжигание газа
- Ресурс и шум: почти без трущихся деталей
- Экологичность: никаких фреонов
- Экономика проекта
- Пример на 1 МВт холода
- Когда АБХМ имеет смысл
Абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина (АБХМ) делает холодную воду за счёт тепла, а не электричества. Сеть ей нужна только для насосов и автоматики. Поэтому АБХМ выручает там, где электрической мощности не хватает, а тепло есть: выхлоп газопоршневой установки (ГПУ), пар, горячая вода. Если такого тепла нет, машину греет газовая горелка. Минусы тоже есть: машина дороже компрессорного чиллера, ей нужна градирня покрупнее и внимательный уход за вакуумом и раствором. Ниже — как она работает, на каком тепле и когда окупается.
Почему заводу не хватает мощности на обычный чиллер
Центробежный чиллер с COP 6,5 на каждый мегаватт холода забирает из сети около 150 кВт. Если лимит выбран станками и печами, новая холодильная станция упирается в техприсоединение: дорого, долго, а иногда свободной мощности на подстанции нет.
По данным York, собственное потребление абсорбционного чиллера — около 0,01 кВт на тонну холода, то есть примерно 3 кВт на мегаватт, не считая градирни. Остальное делает тепло.
Как работает охлаждение без компрессора
В основе лежат три физических факта. Вода в глубоком вакууме кипит при низкой температуре. Бромистый литий жадно впитывает водяной пар. Нагрев раствора выгоняет воду обратно. В испарителе давление около 0,8 кПа, примерно сотая часть атмосферного, и вода кипит при +4 °C.
- Испаритель. Дистиллированная вода разбрызгивается по трубкам и кипит, отбирая тепло у воды внутри них. Обычно её охлаждают с 12 до 7 °C.
- Абсорбер. Концентрированный раствор бромистого лития поглощает пар и не даёт давлению вырасти. Тепло поглощения уносит оборотная вода с градирни.
- Генератор. Насос подаёт разбавленный раствор на нагрев, вода выпаривается, раствор снова становится крепким.
- Конденсатор. Пар конденсируется на трубках с оборотной водой, и конденсат возвращается в испаритель. Цикл замкнут.
Роль компрессора играет пара «абсорбер — генератор». Вращаются только насосы, а у газовых машин ещё вентилятор горелки. Воду холоднее +5 °C на бромистом литии обычно не получают; для низких температур есть аммиачные машины.
Холод из выхлопа газопоршневых установок
Газопоршневая установка превращает в электричество меньше половины энергии топлива, а остальное уходит теплом. У двигателя мегаваттного класса, например Jenbacher J420, температура выхлопных газов при полной нагрузке — около 410 °C. Выхлопная АБХМ принимает такие газы напрямую; у машин BROAD расчётная температура газов на выходе — около 160 °C. Получается тригенерация: электричество, тепло и холод от одного топлива.
Если летом потребителя тепла нет, тепло рубашки охлаждения двигателя сбрасывают через аварийное охлаждение, а выхлоп уходит в трубу. АБХМ превращает эту энергию в холод.
Пар ТЭЦ и горячая вода рубашек двигателей
Машины различают по числу ступеней, и от этого зависит, какое тепло им подходит. COP здесь — отношение холода к затраченному теплу, а не к электричеству, поэтому сравнивать его с COP компрессорного чиллера напрямую нельзя.
| Источник тепла | Типичные параметры | Исполнение | COP |
|---|---|---|---|
| Горячая вода | 90–115 °C, у отдельных моделей от 70 °C | Одноступенчатая | 0,70–0,79 |
| Пар низкого давления | около 1 бар изб. | Одноступенчатая | 0,70–0,79 |
| Пар ТЭЦ или котельной | около 8 бар изб. | Двухступенчатая | 1,37–1,42 |
| Выхлопные газы | 280–500 °C | Двухступенчатая | 1,35–1,38 |
Вода из рубашки двигателя с температурой 80–90 °C подходит одноступенчатым машинам низкотемпературного исполнения, но холода на ней получится меньше, чем на воде 90–115 °C. Есть модели, которые работают сразу на выхлопе и воде рубашки, например серия E.J. у Thermax. Паровые машины этого производителя рассчитаны на сухой насыщенный пар, поэтому перегретый пар ТЭЦ перед ними обычно охлаждают до насыщения.
Двухступенчатая машина из того же тепла даёт почти вдвое больше холода, но ей нужен пар высокого давления или горячие газы. Одноступенчатая проще и дешевле.
Когда бросового тепла нет: прямое сжигание газа
Если на площадке нет ни ГПУ, ни пара, остаётся АБХМ прямого нагрева (direct firing): генератор греет собственная газовая горелка. COP двухступенчатых машин по высшей теплоте сгорания — 1,04 у Carrier 16DN и 1,33 у 16DNH; York называет 1,2. В исполнении «чиллер-нагреватель» зимой машина греет воду для отопления.
Вариант оправдан, если киловатт-час газа впятеро дешевле электрического или сеть не даёт мощности.
Ресурс и шум: почти без трущихся деталей
В АБХМ нет компрессора и его масляной системы, поэтому изнашиваться почти нечему, а капитальных ремонтов вроде переборки компрессора не бывает. BROAD заявляет срок службы более 25 лет и пишет о машинах, которые исправно работают больше 20 лет. Уровень шума у Carrier 16DN — около 85 дБА, его источники — насосы и горелка.
Уход за машиной другой:
- поддерживать вакуум и удалять неконденсирующиеся газы;
- контролировать раствор и ингибитор коррозии;
- чистить трубки от накипи;
- следить за оборотной водой: у Thermax она должна быть не холоднее 10 °C, иначе раствор может кристаллизоваться (от этого защищает автоматика концентрации).
Экологичность: никаких фреонов
Хладагент в АБХМ — обычная вода, абсорбент — раствор соли. Они не разрушают озоновый слой и не дают парникового эффекта, поэтому менять хладагент из-за правил по фреонам не придётся. Исключение по выбросам — газовая АБХМ прямого нагрева: она сжигает топливо и выделяет CO₂. Лучший экологический результат даёт работа на бросовом тепле.
Экономика проекта
АБХМ дороже компрессорного чиллера той же мощности. Ей нужна более крупная градирня: на киловатт холода она отводит около 1,75 кВт тепла у двухступенчатой машины и 2,4 у одноступенчатой, а у компрессорной — примерно 1,15. В жару оборотная вода теплеет, и машина теряет мощность. По данным York, у двухступенчатой паровой машины при росте температуры оборотной воды с 29,4 до 33,9 °C холодопроизводительность падает на четверть.
Пример на 1 МВт холода
Пусть машина работает 4 000 часов в год при полной нагрузке. Центробежный чиллер с COP 6,5 израсходует более 600 МВт·ч электроэнергии; при частичной нагрузке он экономичнее, и разница меньше. АБХМ на выхлопе потратит на собственные нужды порядка 12 МВт·ч, плюс насосы и вентиляторы увеличенной градирни. Тепла понадобится около 0,7 МВт выхлопа для двухступенчатой машины или 1,3–1,4 МВт горячей воды для одноступенчатой. Освобождается около 150 кВт мощности за вычетом насосов и вентиляторов градирни.
Разницу в электроэнергии умножают на тариф и сравнивают с удорожанием машины и градирни, ценой тепла или газа и обслуживанием.
Когда АБХМ имеет смысл
Чтобы оценить АБХМ для своего объекта, ответьте на четыре вопроса: сколько тепла есть и какой температуры, сколько холода нужно и в какие месяцы, сколько стоят электроэнергия и газ, во что обходится присоединение дополнительной мощности. Если тепло дешёвое или бесплатное, а холод нужен большую часть года, АБХМ может окупить разницу в цене и годами давать холод почти без нагрузки на электросеть завода. Если дешёвого тепла нет, холод нужен пару месяцев в году или требуется вода холоднее +5 °C, разумнее смотреть на компрессорный чиллер или аммиачную машину.
