СПОСОБ ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ АБСОРБЦИОННОГО ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРА С ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ АБСОРБЦИЕЙ Российский патент 2020 года по МПК F24H4/02 F25B15/06 F24H8/00 

Изобретение относится к энергетике, жилищно-коммунальному хозяйству и может быть использовано в теплоэнергетических установках, работающих на газовом топливе, для глубокой утилизации низкопотенциального тепла уходящих продуктов сгорания с целью повышения их эффективности.

Значительную часть всех тепловых потерь котельного агрегата наряду с потерями тепла от химического и механического недожога топлива, потерями с физическим теплом шлаков, а также утечек тепла в окружающую среду вследствие наружного охлаждения составляет тепло, теряемое с уходящими газами. Традиционно максимально полезное использование тепла уходящих газов достигается за счет увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева, а также развития хвостовых поверхностей - водяных экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей.

Известна котельная установка [Патент РФ №2127398, 26.04.1996, F22D 1/36], содержащая газовый котел с конденсационным теплообменником утилизатором (КТУ), параллельно подключенный своими подводящей и отводящей линиями к греющим трактам тепловой сети. Задачу ГУ в этой котельной установке решают путем подачи и нагрева в КТУ воды для системы горячего водоснабжения (ГВС). Вода ГВС, подаваемая в КТУ, обеспечивает процесс охлаждения дымовых газов и конденсации в них водяных паров.

Недостатком является ограниченная возможность применения обратной сетевой воды отопления (ОСВ) для целей ГУ. ОСВ в отличие от воды ГВС является стабильным по тепловой нагрузке источником и широко используется во всем мире в газовых конденсационных котельных установках. В КТУ конденсационных котлов производится частичный подогрев ОСВ с одновременным процессом ГУ, который обеспечивается при охлаждении продуктов сгорания котла до температуры 40÷45°С. Данный процесс можно обеспечить при подаче ОСВ в КТУ с температурой порядка 30°С, что легко может быть реализовано в странах с теплым климатом. Однако в зимний период в большинстве регионов РФ температура ОСВ достигает значения 70°С, как показано на типовом температурном графике системы отопления РФ в зависимости от температуры наружного воздуха [http://al-vo.ru/teploteldmika/temperaturnyj-grafik-otopleniya.html], фиг. 1. В первую очередь это связано с достаточно низкими температурами воздуха в зимний период. Кроме этого, снижение температуры ОСВ лимитировано, как правило, конструкцией большинства отопительных приборов в РФ - батарей (радиаторов), работающих на принципе свободной конвекции, что требует определенного перепада температур между отапливаемым помещением и поверхностью отопительного прибора. Поэтому применение ОСВ для целей ГУ в газовых конденсационных котлах, работающих на территории РФ в большинстве случаев не представляется возможным.

С целью повышения эффективности утилизации тепла дымовых газов применяют также решения на базе тепловых насосов (парокомпрессионные электрические машины, абсорбционные бромисто-литиевые термотрансформаторы (АБТТ)). В отдельных секторах промышленности, например, в биоэнергетике, такие решения применяют на большинстве вводимых в эксплуатацию котлов. Для работы АБТТ в отличие от парокомпрессионных электрических машин нужна не электроэнергия, а тепло, например, это может быть бросовое тепло, которое в избытке присутствует практически на любом предприятии. Такое тепло стороннего греющего источника активизирует внутренний цикл АБТТ, который позволяет преобразовывать температурный потенциал уходящих газов, и передавать его более нагретым средам.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ глубокой утилизации теплоты продуктов сгорания при помощи безконтактного конденсационного теплообменника утилизатора (КТУ) и абсорбционного бромистолитиевого термотрансформатора с одноступенчатой абсорбцией [Патент РФ №2489643, 10.05.2012, F22B 33/18]. В указанном техническом решении представлена схема котельной установки на базе парового котла с КТУ, АБТТ с одноступенчатой абсорбцией и рядом периферийного оборудования. Использование в представленной схеме АБТТ обеспечивает необходимую температуру охлаждения циркулирующей воды до 25÷30°С для снижения температуры продукты сгорания до величины порядка 40÷45°С в бесконтактных КТУ с одновременным нагревом оборотной сетевой воды (ОСВ).

Указанный способ имеет недостатки, связанные с особенностью работы АБТТ. Принцип действия АБТТ основан на способности водного раствора LiBr поглощать (абсорбировать) водяной пар (поступающий из испарителя), имеющий более низкую температуру и за счет этого переводить теплоту на более высокий температурный уровень, достаточный для его отвода в атмосферу или для нужд потребителя. Однако при поддержании температуры охлажденной воды на выходе из испарителя АБТТ 25°С, обеспечивающей стабильный процесс ГУ в бесконтактном КТУ при охлаждении продуктов сгорания до 40÷45°С, АБТТ с одноступенчатой абсорбцией не может функционировать при температуре обратной сетевой воды отопления на входе выше 50°С. Данное ограничение для АБТТ с одноступенчатой абсорбцией связано со свойствами рабочего тела, а именно, раствор абсорбента (водный раствор LiBr) имеет ограниченную растворимость и тем самым равновесное давление водяных паров над раствором имеет конечное значение. В этой связи для обеспечения оптимального процесса абсорбции перепад температур (Δt_ws) между охлажденной и охлаждающей (нагреваемой) жидкостью не должен превышать Δt_ws=t_w-t_s=25°С. Повышение значения Δt_ws приводит к снижению интенсивности абсорбции в АБТТ, что ведет к снижению эффективности АБТТ в целом. При Δt_ws≥30°С процесс абсорбции в АБТТ практически прекращается. Таким образом, схема применения АБТТ, описанная в патенте РФ №2489643, пригодна для работы в начале и конце отопительного периода на основной территории РФ, когда температура обратной сетевой воды не превышает 45÷50°С, что соответствует температуре наружного воздуха «минус» 8÷10°С, не ниже.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности теплоэнергетических установок, работающих на газовом топливе, и тем самым предприятий энергетического комплекса (газовых котельных и ТЭЦ), за счет глубокой утилизации низкопотенциальной теплоты продуктов сгорания.

Задачей заявляемого изобретения является также обеспечение непрерывной и стабильной работы системы глубокой утилизации низкопотенциальной теплоты продуктов сгорания и обеспечение нагрева ОСВ, имеющей температуру до 70°С, в течении всего отопительного периода на территории РФ путем применения в системе АБТТ.

Для решения указанных задач предлагается способ глубокой утилизации низкопотенциального тепла продуктов сгорания с применением АБТТ с двухступенчатой абсорбцией, характеризующийся тем, что глубокую утилизацию низкопотенциального тепла продуктов сгорания осуществляют следующим образом: дымовые газы при помощи дымососа отводят от газового водогрейного котла и АБТТ и прокачивают через КТУ с конденсацией водяных паров, содержащихся в дымовых газах, путем подачи в КТУ с помощью циркуляционного насоса воды, охлажденной в испарителе АБТТ, с одновременным нагревом оборотной сетевой воды последовательно в абсорбере и конденсаторе АБТТ, отведением конденсата в деаэратор и подачи насосом деаэрированного конденсата на увлажнение дутьевого воздуха водогрейного газового котла.

АБТТ с двухступенчатой абсорбцией по сравнению с АБТТ с одноступенчатой абсорбцией содержит дополнительный

низкотемпературный блок абсорбер-испаритель, растворный теплообменник, группу насосного оборудования для обеспечения работы блока и дополнительные трубопроводы.

Из уровня техники известно использование АБТТ с двухступенчатой абсорбцией для получения искусственного холода [Uchida S., Nishiguchi А. Low temperature absorption refrigeration machine with water-LiBr mixed refrigerant // Refrigeration, Jp. 2006. vol. 81, No. 946. P. 618-621]. В данном способе предложено использование АБТТ по новому назначению, а именно, для глубокой утилизации низкопотенциального тепла продуктов сгорания, с получением нового технического результата, а именно, нагрева ОСВ, имеющей температуру до 70°С.

Особенностью предлагаемого АБТТ с двухступенчатой абсорбцией является возможность отключения дополнительного блока абсорбер-испаритель при помощи расположенной на коммуникациях трубопроводной арматуры. В этом случае после отключения дополнительного блока абсорбер-испаритель АБТТ работает в режиме с одноступенчатой абсорбцией. Данная функциональная особенность используется при работе в начале и конце отопительного периода, когда температура обратной сетевой воды не превышает 45÷50°С.

В режиме работы с двухступенчатой абсорбцией (дополнительный блок абсорбер-испаритель с периферийным оборудованием подключен) допустимый перепад температур (Δt_ws) между охлажденной и нагреваемой жидкостью увеличивается до значения Δt_ws=t_w-t_s=50°С, за счет использования дополнительного блока абсорбер-испаритель, в котором и осуществляется вторая ступень испарения и абсорбции при необходимых температурных параметрах. За счет существенного увеличения располагаемого температурного перепада Δt_ws в АБТТ с двухступенчатой абсорбцией возможна трансформация тепла от низкотемературного источника (вода циркулирующая между испарителем дополнительного блока и КТУ) с температурой 25÷30°С в систему ОСВ с температурой до 70°С.

Согласно изобретению, в зависимости от температуры атмосферного воздуха и температуры обратной сетевой воды АБТТ функционирует в двух режимах:

1. в основной отопительный период, когда температура атмосферного воздуха ниже минус 8°С, а температура обратной сетевой воды на входе выше 50°С, АБТТ функционирует в теплонасосном режиме с двухступенчатой абсорбцией, при этом конденсацию водяных паров, содержащихся в дымовых газах, осуществляют путем подачи в КТУ с помощью циркуляционного насоса (Нов1) воды, охлажденной в испарителе блока 1-й ступени (АИ1) АБТТ, охлаждение воды, нагретой в абсорбере блока 1-й ступени АБТТ, осуществляют в испарителе блока 2-й ступени АБТТ, нагрев оборотной сетевой воды до 75÷85°С, осуществляют последовательно в абсорбере блока 2-й ступени (АИ2) АБТТ и конденсаторе АБТТ,

2. в начале и в конце отопительного периода, когда температура атмосферного воздуха выше минус 8°С, а температура обратной сетевой воды на входе не более 50°С, АБТТ функционирует в теплонасосном режиме с одноступенчатой абсорбцией и нагревает ОСВ, протекающую через трубный пучок абсорбера и конденсатора, до 75-85°С.

Согласно изобретению, переключение АБТТ с теплонасосного режима с двухступенчатой абсорбцией на теплонасосный режим с одноступенчатой абсорбцией осуществляют путем отключения блока абсорбер-испаритель 1-ой ступени АБТТ, отключая насос (Нов1) циркуляции охлаждаемой воды между испарителем 1-ой ступени АБТТ и КТУ, насос (Hв1) хладагента 1-ой ступени АБТТ и растворный насос (Нр1) 1-ой ступени АБТТ и переводя в закрытое положение трубопроводную арматуру К1 ÷ К7, и в открытое положение трубопроводную арматуру К8 ÷ К10 так, что охлажденную в испарителе 2-ой ступени АБТТ воду подают в КТУ насосом (Нов2) циркуляции охлаждаемой воды между испарителем 2-ой ступени АБТТ и абсорбером 1-ой ступени АБТТ,

Согласно изобретению, переключение АБТТ с теплонасосного режима с одноступенчатой абсорбции на теплонасосный режим с двухступенчатой абсорбцией осуществляют путем подключения блока абсорбер-испаритель 1-ой ступени АБТТ, включая насос (Нов1) циркуляции охлаждаемой воды между испарителем 2-ой ступени АБТТ и абсорбером 1-ой ступени АБТТ, насос (Hв1) хладагента 1-ой ступени АБТТ и растворный насос (Нр1) 1-ой ступени АБТТ, и переводя в открытое положение трубопроводную арматуру К1 ÷ К7, и в закрытое положение трубопроводную арматуру К8 ÷ К10.

Согласно изобретению, дымовые газы в КТУ охлаждают до 40÷45°С.

Согласно изобретению, оборотную сетевую воду в АБТТ нагревают до 75-85°С.

Для реализации способа можно использовать газовую котельную с системой ГУ теплоты дымовых газов на базе безконтактного КТУ и АБТТ с двухступенчатой абсорбцией.

На фиг. 2 представлена схема газовой котельной с системой ГУ теплоты дымовых газов на базе безконтактного КТУ и АБТТ с двухступенчатой абсорбцией, где: 1 - водогрейный газовый котел; 2 - АБТТ с двухступенчатой абсорбцией; 3 - конденсационный теплообменник утилизатор (КТУ); 4 - дымосос; 5 - деаэратор; 6 - газовая горелка высокотемпературного генератора; 7 - газовая горелка водогрейного газового котла; 8 - дымовая труба; 9 - трубопроводы отвода дымовых газов; 10 - генератор блока генератор-конденсатор; 11 -конденсатор блока генератор-конденсатор; 12 - гидрозатвор; 13 - переливное устройство генератора высокотемпературного (ГВ); Нк - насос подачи деаэрированного конденсата на увлажнение дутьевого воздуха горелок высокотемпературного генератора и водогрейного газового котла; Нов1 - насос циркуляции охлаждаемой воды между испарителем блока абсорбер-испаритель 1-й ступени и КТУ; Нов2 - насос циркуляции охлаждаемой воды между испарителем блока абсорбер-испаритель 2-й ступени и абсорбером блока абсорбер-испаритель 1-й ступени; ГК - блок генератор-конденсатор; ГВ -генератор высокотемпературный с газовой горелкой; T1, Т2, Т3 - рекуперативные растворные теплообменники; АИ1 - блок абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ (дополнительный); АИ2 - блок абсорбер-испаритель 2-ой ступени АБТТ (основной); Нв1 - насос хладагента (вода) 1-ой ступени АБТТ; Нв2 - насос хладагента (вода) 2-ой ступени АБТТ; Hp1 - насос растворный 1-ой ступени АБТТ; Нр2 - насос растворный 2-ой ступени АБТТ; K1 ÷ К10 - трубопроводная арматура, где: К1 - кран для отсечения потока охлаждаемой воды на выходе из испарителя блока АИ1; К2 - кран для отсечения потока охлаждаемой воды на входе в испаритель блока АИ1; К3 - кран для отсечения циркулирующего потока охлаждаемой воды из испарителя блока АИ2 на выходе из абсорбера блока АИ1; К4 - кран для отсечения циркулирующего потока охлаждаемой воды из испарителя блока АИ2 на входе в абсорбер блока АИ1; К5 - кран подачи хладагента из испарителя блока АИ2 в испаритель блока АИ1; К6 - кран подачи слабого раствора LiBr в теплообменник Т3 и далее на орошение абсорбера блока АИ1; К7 - кран подачи разбавленного раствора LiBr в теплообменники Т1, Т2 и далее на упаривание в генератор ГВ; К8 - кран переключения подачи слабого раствора LiBr (совместно с кранами К6 и К7) при работе АБТТ в режимах с одноступенчатой и двухступенчатой абсорбцией; К9 - кран подачи охлаждаемой воды из испарителя блока АИ2 в КТУ при работе АБТТ в режиме с одноступенчатой абсорбцией; К10 - кран подачи охлаждаемой воды из КТУ в испаритель блока АИ2 при работе АБТТ в режиме с одноступенчатой абсорбцией.

В общем случае газовая котельная включает в себя водогрейный газовый котел 2, конденсационный теплообменник утилизатор (КТУ) 4, дымосос 1, трубопроводы отвода дымовых газов 9 с дымовой трубой 8, АБТТ 3 с двухступенчатой абсорбцией с газовым обогревом, деаэратор 5 с системой подачи деаэрированного конденсата на увлажнение дутьевого воздуха горелок АБТТ и водогрейного котла (насос Нк с трубопроводами), насос (Нов1) для циркуляции охлаждаемой воды между АБТТ и КТУ.

АБТТ включает в себя блок абсорбер-испаритель АИ2, блок генератор-конденсатор ГК, генератор высокотемпературный ГВ с газовой горелкой, рекуперативные растворные теплообменники T3, Т2, Т3, блок абсорбер-испаритель АИ1, насосы раствора НР1, НР2, насосы хладагента Нв1, Нв2, насос циркуляции охлаждаемой воды Нов2 между испарителем блока АИ2 и абсорбером блока АИ1, трубопроводы и трубопроводную арматуру.

Способ глубокой утилизации низкопотенциальной теплоты продуктов сгорания с использованием АБТТ осуществляется следующим образом.

Дымовые газы, имеющие температуру 140÷170°С, при помощи дымососа отводят от газового водогрейного котла и АБТТ и прокачивают через КТУ.

В КТУ дымовые газы охлаждают до температуры 40÷45°С, при этом происходит интенсивная конденсация содержащихся в них водяных паров. Кондесат собирается в КТУ и самотеком поступает в деаэратор 5. Охлаждение дымовых газов в КТУ осуществляют путем прокачивания через трубный пучок воды (охлаждаемая вода из АИ1) с температурой 25°С, охлажденной в испарителе блока АИ1. Вода, протекающая в трубном пучке КТУ нагревается дымовыми газами до 30°С и возвращается на охлаждение в испаритель АИ1.

После деаэрации конденсат может быть использован для увлажнения дутьевого воздуха перед газовыми горелками 6 и 7, что способствует повышению эффективность их работы. Увлажнение дутьевого воздуха перед сжиганием газа способствует также снижению количества окислов азота в дымовых газах.

Для предотвращения образования конденсата в дымовой трубе часть горячих дымовых газов (15÷30%) байпасируют в обход КТУ и подмешивают к охлажденным дымовым газам после КТУ, чтобы температура дымовых газов на входе в дымовую трубу составляла 70÷90°С.

В АБТТ производят трансформацию тепла от охлаждаемого источника (дымовых газов, охлаждаемых водой, подаваемой в КТУ) к источнику нагрева (обратной сетевой воде (ОСВ)). ОСВ с температурой 35÷70°С подают в АБТТ, где нагревают до температуры 75÷85°С. После этого нагретую воду подают в котел, где догревают до температуры 95÷130°С, и далее - в систему ОСВ.

В зависимости от температуры ОСВ и температуры наружного воздуха АБТТ может функционировать либо в режиме с двухступенчатой абсорбцией, либо в режиме с одноступенчатой абсорбцией.

Режим с двухступенчатой абсорбцией.

АБТТ функционирует в теплонасосном режиме с двухступенчатой абсорбцией в основной отопительный период, когда температура атмосферного воздуха ниже минус 8°С, а температура обратной сетевой воды на входе выше 50°С, и нагревает ОСВ, протекающую через трубный пучок абсорбера и конденсатора, до 75÷85°С.

Трансформацию тепла от охлаждаемого источника в АБТТ с двухступенчатой абсорбцией осуществляют в несколько этапов:

1. испарение хладагента (воды) в испарителе блока абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ (АИ1);

С помощью насоса Нов1 осуществляют циркуляцию воды по трубопроводу, соединяющему КТУ и испаритель АИ1, таким образом, что вода, проходя через трубный пучок КТУ и нагревшись до 30°С, поступает в трубный пучок испарителя АИ1, где охлаждается до 25°С за счет испарения хладагента (воды), подаваемого для орошения трубного пучка с помощью циркуляционного насоса хладагента Нв1, и возвращается в КТУ. Цикл повторяется.

2. абсорбция (поглощение) паров хладагента в абсорбере блока абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ (АИ1);

Пар хладагента, образующийся в испарителе АИ1, поступает в межтрубное пространство абсорбера АИ1, где абсорбируется (поглощается) слабым раствором бромистого лития, поступающим из абсорбера блока абсорбер-испаритель 2-й ступени АБТТ (АИ2) и орошающим трубный пучок абсорбера АИ1. Поглощая пар хладагента, слабый раствор бромистого лития становится разбавленным, концентрация его снижается.

Разбавленный раствор бромистого лития стекает в поддон абсорбера АИ1, откуда с помощью насоса Hp1 поступает в рекуперативный растворный теплообменник Т3, затем через К7 в рекуперативный растворный теплообменник Т1, рекуперативный растворный теплообменник Т2 и в высокотемпературный генератор ГВ.

В высокотемпературном генераторе ГВ разбавленный раствор бромистого лития кипит под действием тепла от газовой горелки и упаривается до промежуточной концентрации. Раствор бромистого лития промежуточной концентрацией через переливное устройство генератора ГВ стекает в рекуперативный растворный теплообменник Т2, где охлаждается, а затем поступает в блок генератор-конденсатор (ГК).

В генераторе блока ГК происходит дальнейшее упаривание раствора за счет теплоты конденсации в трубном пространстве горячего водяного пара, поступающего из высокотемпературного генератора ГВ. Упаренный (крепкий) раствор бромистого лития из блока ГК поступает в рекуперативный растворный теплообменник Т1, где охлаждается. После теплообменника Т1, охлажденный крепкий раствор поступает на орошение трубного пучка абсорбера АИ2. Водяной пар (хладагент), выпаренный из раствора в блоке ГК, поступает в конденсатор блока ГК, где смешивается с пароводяной смесью из трубного пространства генератора блока ГК и конденсируется на внешней поверхности теплообменных труб.

Сконденсировавшийся хладагент, через гидрозатвор стекает в поддон испарителя АИ2.

Слабый раствор бромистого лития из поддона абсорбера блока АИ2 перекачивается насосом Нр2 в теплообменник Т1, а затем на орошение абсорбера блока АИ2.

3. передача тепла, выделяющегося при абсорбции, от абсорбера АИ1 к испарителю АИ2 за счет воды, циркулирующей через трубные пучки абсорбера АИ1 и испарителя АИ2;

Выделяющаяся при абсорбции пара слабым раствором бромистого лития теплота отводится водой (охлаждаемая вода из АИ2), циркулирующей с помощью циркуляционного насоса Нов2 по трубопроводу циркуляционного контура абсорбер АИ1-испаритель АИ2.

4. испарение хладагента (воды) в испарителе АИ2;

Нагретая вода (охлаждаемая вода из АИ2) из абсорбера АИ1 поступает в трубный пучок испарителя АИ2, где охлаждается за счет испарения хладагента (воды), подаваемого для орошения трубного пучка с помощью циркуляционного насоса хладагента Нв2.

5. абсорбция паров хладагента в абсорбере АИ2;

Пар хладагента, образующийся в испарителе АИ2, поступает в межтрубное пространство абсорбера АИ2, где абсорбируется (поглощается) крепким (концентрированным) раствором бромистого лития, поступающим самотеком из блока ГК по трубопроводу через рекуперативный растворный теплообменник Т1 и орошающим трубный пучок абсорбера АИ2, по которому циркулирует ОСВ. Поглощая пар хладагента, раствор бромистого лития становится слабым, концентрация его снижается. Слабый раствор бромистого лития стекает в поддон абсорбера АИ2, откуда с помощью насоса Нр2 подается через К6 в рекуперативный растворный теплообменник Т3, и затем в абсорбер блока АИ1. Цикл далее повторяется (см. п. 2)

6. передача тепла воде ОСВ, протекающей через трубный пучок абсорбера АИ2 и ГВ.

ОСВ, проходя последовательно абсорбер АИ2 и ГК нагревается от 35÷70°С до 75÷85°С.

Режим с одноступенчатой абсорбцией.

АБТТ функционирует в теплонасосном режиме с одноступенчатой абсорбцией в начале и в конце отопительного периода, когда температура атмосферного воздуха выше минус 8°С, а температура обратной сетевой воды на входе не более 50°С, и нагревает ОСВ, протекающую через трубный пучок абсорбера АИ2 и конденсатора, до 75÷85°С.

В этом случае дополнительный блок абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ (АИ1) выключают из работы АБТТ. Для этого выключают насосы Нов1, Hp1, Нв1 и переводят в закрытое положение трубопроводную арматуру K1 ÷ К7. Подача охлаждаемой воды из испарителя АИ2 в КТУ производится непосредственно насосом Нов2.

Трансформация тепла от охлаждаемого источника в АБТТ с одноступенчатой абсорбцией производится в три этапа:

1. испарение хладагента в испарителе блока АИ2;

2. абсорбция паров хладагента в абсорбере блока АИ2;

3. передача тепла выделяющегося при абсорбции от абсорбера блока АИ2 к воде ОСВ, протекающей через трубный пучок абсорбера. Энергетическая эффективность АБТТ, работающего в качестве теплового насоса, имеет количественный показатель, а именно, коэффициент трансформации тепла, который показывает отношение количества производимой теплоты среднего потенциала к количеству теплоты высокого потенциала, подводимого к генератору АБТТ:

где Q_нг - производимая теплота среднего потенциала, Вт; Q_h - мощность, подводимая к генератору АБТТ, Вт.

Для АБТТ, работающего в теплонасосном режиме с двухступенчатой абсорбцией, когда дополнительный блок абсорбер-испаритель 1-й ступени (АИ1) включен в работу, когда температура ОСВ свыше 50°С, расчетный коэффициент трансформации тепла ζ=1,6÷1,68.

Для АБТТ, работающего в теплонасосном режиме с одноступенчатой абсорбцией, когда дополнительный блок АИ1 выключен из работы, когда температура ОСВ 50°С и ниже, расчетный коэффициент трансформации тепла ζ=2,0÷2,1.

Таким образом, целесообразно при температуре ОСВ 50°С и ниже использовать АБТТ в режиме с одноступенчатой абсорбцией для большей энергетической эффективности.

Использование заявляемого изобретения позволяет:

1. Производить глубокую утилизацию низкопотенциальной теплоты продуктов сгорания газовых котельных и ТЭЦ с одновременным нагревом ОСВ в течение всего отопительного периода на территории РФ, когда температура ОСВ может достигать значения 70°С.

2. При ГУ низкопотенциальной теплоты продуктов сгорания эксплуатировать АБТТ как в режиме с двухступенчатой абсорбцией, так и в режиме с одноступенчатой абсорбцией. При работе в режиме с одноступенчатой абсорбцией дополнительный блок АИ1 отключают, путем перекрытия соответствующей трубопроводной арматуры.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в установках, работающих на газовом топливе, для глубокой утилизации низкопотенциального тепла продуктов сгорания. Способ с применением АБТТ с двухступенчатой абсорбцией, работающего в двух режимах в зависимости от температуры атмосферного воздуха и температуры обратной сетевой воды. В теплонасосном режиме с двухступенчатой абсорбцией, когда температура атмосферного воздуха ниже минус 8ºС, а температура обратной сетевой воды на входе выше 50ºС. В теплонасосном режиме с одноступенчатой абсорбцией, когда температура атмосферного воздуха выше минус 8ºС, а температура обратной сетевой воды на входе не более 50ºС. Техническим результатом является повышение эффективности теплоэнергетических установок и обеспечение непрерывной и стабильной работы системы, а также нагрева ОСВ, имеющей температуру до 70ºС, в течение всего отопительного периода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ глубокой утилизации низкопотенциального тепла продуктов сгорания с применением АБТТ с двухступенчатой абсорбцией, характеризующийся тем, что глубокую утилизацию низкопотенциального тепла продуктов сгорания осуществляют путем отвода дымовых газов при помощи дымососа от газового водогрейного котла и АБТТ и прокачивания их через КТУ с конденсацией водяных паров, содержащихся в дымовых газах, путем подачи в КТУ с помощью циркуляционного насоса воды, охлажденной в испарителе АБТТ, с одновременным нагревом оборотной сетевой воды последовательно в абсорбере и конденсаторе АБТТ, и отведением конденсата в деаэратор и подачи насосом деаэрированного конденсата на увлажнение дутьевого воздуха водогрейного газового котла, отличающийся тем, что в зависимости от температуры атмосферного воздуха и температуры обратной сетевой воды АБТТ функционирует в двух режимах: 1. в теплонасосном режиме с двухступенчатой абсорбцией в основной отопительный период, когда температура атмосферного воздуха ниже минус 8°С, а температура обратной сетевой воды на входе выше 50°С, при этом конденсацию водяных паров, содержащихся в дымовых газах, осуществляют путем подачи в КТУ с помощью циркуляционного насоса (Нов1) воды, охлажденной в испарителе блока абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ, охлаждение воды, нагретой в абсорбере блока абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ, осуществляют в испарителе блока абсорбер-испаритель 2-й ступени АБТТ, нагрев оборотной сетевой воды осуществляют последовательно в абсорбере блока абсорбер-испаритель 2-й ступени АБТТ и конденсаторе АБТТ; 2. в теплонасосном режиме с одноступенчатой абсорбцией в начале и в конце отопительного периода, когда температура атмосферного воздуха выше минус 8°С, а температура обратной сетевой воды на входе не более 50°С, при этом конденсацию водяных паров, содержащихся в дымовых газах, осуществляют путем подачи в КТУ с помощью циркуляционного насоса (Нов2) воды, охлажденной в испарителе блока абсорбер-испаритель 2-й ступени АБТТ, нагрев оборотной сетевой воды осуществляют последовательно в абсорбере блока абсорбер-испаритель 2-й ступени АБТТ и конденсаторе АБТТ, причем переключение работы АБТТ с теплонасосного режима с двухступенчатой абсорбцией на теплонасосный режим с одноступенчатой абсорбцией осуществляют путем отключения блока абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ, отключая насос (Нов1) циркуляции охлаждаемой воды между испарителем блока абсорбер-испаритель 1-й ступени и КТУ, насос (Hв1) хладагента 1-й ступени АБТТ и растворный насос (Нр1) 1-й ступени АБТТ и переводя в закрытое положение трубопроводную арматуру К1 ÷ К7 и в открытое положение трубопроводную арматуру К8 ÷ К10 так, что охлажденную в испарителе блока абсорбер-испаритель 2-й ступени АБТТ воду подают в КТУ насосом (Нов2) циркуляции охлаждаемой воды между испарителем блока абсорбер-испаритель 2-й ступени АБТТ и абсорбером блока абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ, а переключение работы АБТТ с теплонасосного режима с одноступенчатой абсорбцией на теплонасосный режим с двухступенчатой абсорбцией осуществляют путем подключения блока абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ, включая насос (Нов1) циркуляции охлаждаемой воды между испарителем блока абсорбер-испаритель 2-й ступени АБТТ и абсорбером блока абсорбер-испаритель 1-й ступени АБТТ, насос (Hв1) хладагента 1-й ступени АБТТ и растворный насос (Нр1) 1-й ступени АБТТ и переводя в открытое положение трубопроводную арматуру K1 ÷ К7 и в закрытое положение трубопроводную арматуру К8 ÷ К10.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дымовые газы в КТУ охлаждают до 40-45°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оборотную сетевую воду в АБТТ нагревают до 75-85°С.