Тепловые насосы

1. Тепловые насосы

2.

Основное назначение теплового насоса – преобразование
низкопотенциального тепла (характеризующегося низкой
температурой и низким содержанием эксергии) в высокопотенциальное.
Тепловой насос способен «перекачивать» тепло от искусственных источников на предприятии (технологических процессов),
а также искусственных или естественных источников в окружающей среде (воздуха, грунта, воды).
Наиболее простым аналогом теплового насоса является
работа холодильника, работу которого можно
представить как забор тепла от охлаждаемого тела и
преобразование его в тепло.
Тепловые насосы используются в процессах когенерации
и тригенерации (последняя подразумевает возможность
производства как тепла, так и холода с учетом сезонных
вариаций спроса).

3.

Функционирование теплового насоса – «перекачка»
тепла от источника к потребителю – требует внешнего
источника энергии.
В качестве такого источника может выступать привод
любого типа – электродвигатель, двигатель внутреннего
сгорания или турбина – или, в случае сорбционного
теплового насоса, внешний источник тепла.
Компрессионный тепловой насос (замкнутого цикла)
Компрессионный тепловой насос работает по принципу
обратного цикла Карно, состоящего из четырех стадий –
испарения, сжатия, конденсации и расширения –
образующих замкнутый цикл.

4.

Принцип действия компрессионного теплового насоса
проиллюстрирован на рисунке.
В испарителе циркулирующий жидкий рабочий агент
(хладагент) испаряется при низком давлении и низкой
температуре, отбирая тепло у источника (например,
отходящее тепло какого-либо технологического
процесса). Затем температура и давление рабочего агента
повышаются в компрессоре, после чего агент
конденсируется и охлаждается в конденсаторе, отдавая
тепло потребителю. Далее рабочий агент проходит через
дроссель, его давление падает, и он вновь поступает
в испаритель, замыкая цикл. В результате потенциал
низкотемпературного тепла источника (например, сточных
вод или отходящих газов) повышается, что позволяет
использовать его в другом технологическом процессе или
системе.

5.

6.

Абсорбционный тепловой насос
Абсорбционные тепловые насосы применяются не так широко, как компрессионные, особенно в промышленности. Как
и насос компрессионного типа, абсорбционный насос первоначально был разработан для целей охлаждения.
Рабочий агент (вода) циркулирует по замкнутому контуру,
последовательно проходя через генератор, конденсатор,
испаритель и абсорбер.
Роль механического сжатия в данном случае выполняет
абсорбция рабочего агента растворителем (в роли которого,
как правило, выступает раствор солей, например, бромида
лития, или аммиак) с последующим выпариванием.
Принцип работы абсорбционного теплового насоса
проиллюстрирован на рисунке.

7.

8.

Газообразный рабочий агент, покидая испаритель,
поглощается растворителем в абсорбере, в результате чего
выделяется теплота абсорбции. Образовавшийся раствор,
обогащенный рабочим агентом, подается в генератор при
помощи насоса, обеспечива-ющего повышение давления.
В генераторе происходит выпаривание рабочего агента из
раст-вора за счет внешнего источника тепла (например,
горелки на природном газе или сжиженном нефтяном газе,
или за счет тепла, отходящего от другого процесса).
Сочетание абсорбера и генера-тора действует как тепловой
компрессор, обеспечивающий повы-шение температуры и
давления. Покидая генератор под высоким давлением,
рабочий агент поступает в конденсатор, где конденси-руется,
отдавая высокопотенциальное (высоко-температурное)
тепло.

9.

Энергопотребление насоса, перекачивающего
растворитель в абсорбционном тепловом насосе,
существенно ниже, чем энергопотребление насоса
в компрессионном тепловом насосе (энергозатраты
на перекачивание жидкости ниже, чем на сжатие
и перекачивание газа).
Современные системы с рабочей смесью «вода –
бромид лития» обеспечивают на выходе насоса
температуру 100°C и повышение температуры
на 65°C. Новое поколение систем будет обеспечивать
более высокие температуры на выходе (до 260°C)
и большее повышение температуры.

10.

Механическая рекомпрессия пара (МРП)
Процесс МРП представляет собой разомкнутый или
полузамкнутый цикл, действующий по принципу
теплового насоса. Пар низкого давления, отходящий
от технологических процессов (например, котлов,
испарителей или варочных камер) подвергается
сжатию и затем в процессе конденсации отдает тепло
при более высокой температуре, заменяя таким
образом свежий пар или другую форму высокопотенциальной энергии. Как правило, энергозатраты при
этом составляют лишь 5–10% тепла, получаемого
таким образом. Упрощенная схема процесса
механической рекомпрессии пара представлена на
рисунке.

11.

Поскольку процесс МРП позволяет устранить один или два
теплообменника (испаритель и/или конденсатор, присутствующие в
тепловых насосах замкнутого цикла), его эффективность весьма
велика. Современные системы МРП работают с источниками тепла,
имеющими температуру 70–80°C, и производят тепло
с температурой 110–150°C, в некоторых случаях – до 200°C. Чаще
всего в таких системах применяется водяной пар, однако могут
использоваться и пары других веществ, например,
в нефтехимической промышленности.

12.

Когенерация (от англ. «co + generation», «совместная
генерация») — это совместный процесс производства
электрической и тепловой энергии внутри одного устройства
— когенерационной установки (мини ТЭЦ, КГУ).
Механическим источником выработки электрической
энергии является первичный привод, который вращает
ротор электрогенератора: газопоршневой двигатель ,газовая
или паровая турбина. Тепловая энергия получается за счёт
утилизации тепловых потерь (утилизация тепла
охлаждающей жидкости, смазочного масла, сжатой
газовоздушной смеси и уходящих газов) первичного
приводного двигателя — газопоршневого, газовой турбины,
дизеля.
Вырабатываемую когенерационными установками
тепловую энергию используют для производства горячей
воды, пара, в холодильных установках, а также в
технологических процессах сушки горячим воздухом.

13.

14.

Используйте низкотемпературное тепло
путём его теплотрансформации с
помощью тепловых насосов, если вы не
находите
потребителей низкотемпературного
тепла.