Ожидаемый потенциал энергосбережения 4%.

Общие сведения

  • Принцип: жидкий хладагент переохлаждается для достижения более высокого холодильного коэффициента (EER);
  • Преимущества: увеличение EER холодильной установки;
  • Экономия: ожидаемая экономия электроэнергии на предприятии может составлять до 4%;
  • Простота реализации: включает в себя установку сосудов для переохлаждения, теплообменников и трубопроводов.

Хладагент, сконденсировавшийся в конденсаторах холодильной установки, обычно хранится в линейном ресивере и подается либо к испарителю в виде жидкости высокого давления, либо в сосуды низкого давления (циркуляционный ресивер). В большинстве случаев жидкость либо находится при температуре насыщения, либо лишь слегка переохлаждается. Дальнейшее переохлаждение жидкости улучшает термодинамику холодильной установки, позволяя экономить энергию за счет уменьшения количества побочных паров и, следовательно, достижения более высокого холодильного коэффициента EER.

Это дальнейшее переохлаждение может быть достигнуто различными способами; здесь рассматриваются два метода:

  1. Переохлаждение с использованием холодной городской воды, подаваемой на конденсаторы.
  2. Переохлаждение, применяя экономайзер на высокой ступени винтовых компрессоров.
Методы переохлаждения конденсата

Принцип работы

В системе, использующей градирни или испарительные конденсаторы, переохлаждение жидкого хладагента высокого давления может быть достигнуто путем обмена теплоты от конденсата с подаваемой городской водой, используемой в качестве подпиточной воды. Поступающая городская вода обычно находится между 10°C и 15°C в зависимости от времени года и географического положения. Повышение температуры поступающей городской воды до ее поступления в градирни или испарительные конденсаторы оказывает незначительное влияние на их производительность. Таким образом, относительно холодную городскую воду можно использовать для максимизации эффективности, сначала пропуская ее через переохладитель конденсата, а затем направляя в градирни или испарительные конденсаторы. Этот переохладитель обычно представляет собой пластинчатый теплообменник хладагент-вода или переохладитель с водяной рубашкой вокруг линии подачи жидкого хладагента из линейного ресивера

Преимущества для предприятия

Эта технология увеличивает EER холодильной установки, не влияя на затраты на техническое обслуживание или эксплуатацию установки.

Достигаемое энергосбережение

Достижимая годовая экономия зависит от:

  • температуры городского водоснабженияжения;
  • температуры конденсации системы.
Методы переохлаждения конденсата
Рисунок 1: Улучшение EER за счет переохлаждения конденсата при помощи городской воды

Рисунок 1 иллюстрирует повышение эффективности системы за счет переохлаждения конденсата городской водой. По мере того как температура городской воды повышается, прирост EER уменьшается.  Аналогично, по мере снижения температуры конденсации для заданной температуры на входе воды, прирост EER уменьшается. Колебания температуры городской воды в  основном обусловлены географическими и сезонными колебаниями.

Осуществление проекта

Требуемые данные

Вам необходимо выяснить следующее:

  • Установить марку и модель компрессоров, градирен и испарительных конденсаторов;
  • Размер (диаметр) основной линии жидкого хладагента высокого давления.

Требуемое оборудование

Вам понадобиться:

  • Пластинчатый теплообменник «хладагент-вода». В качестве альтернативы на линии подачи жидкости из линейного ресивера может быть установлена секция «труба в трубе» при условии наличия необходимой длины прямого участка трубопровода;
  • Изоляция линии переохлажденного хладагента, если длина трубы переохлажденного хладагента является значительной.

Предполагаемая финансовая прибыль

Капитальные затраты на реализацию переохлаждения конденсата зависят от:

  • Необходимого размера теплообменника в зависимости от расхода хладагента;
  • Типа теплообменника — пластинчатый или труба-в-трубе.

Для холодильной системы с пиковой нагрузкой теплоты конденсации в 500 кВт капитальные затраты могут составить:

Таблица 1а: Затраты, используемые для оценки экономии энергии

НаименованиеОценочная стоимость
Оборудование$3,000
Работа$4,000
Инжиниринг$2,000
Итого $9,000

Таблица 1b: Энергосбережение и окупаемость

Потребление эл. эн.  обычной системы (кВт*ч/год)Потребление эл. эн.  усовершенствованной системы (кВт*ч/год)Экономия эл. эн.  (кВт*ч/год)Экономия эл. эн.  ($/год)Вложения ( $ ) окупаемость (год)
502,000487,00015,0002,2509,0004.0
  1. Годовая экономия энергии рассчитывается на основе средней температуры воды 12°C и средней температуры конденсации 30 ° C.
  2. Оборудование в этой калькуляции включает пластинчатый теплообменник, трубопроводы хладагента и охлаждающей воды.
  3. Предполагается, что средняя стоимость электроэнергии составляет 0,15 доллара за кВт*ч.

2. Переохлаждение конденсата при помощи экономайзера

Принцип работы

В любой одноступенчатой или двухступенчатой аммиачной системе, на базе винтовых компрессоров на высокой ступени, конденсат может быть переохлажден используя так называемый экономайзерный порт этих компрессоров.

Справка

Порт экономайзера обеспечивает давление всасывания, которое находится между основным давлением всасывания компрессора высокой ступени и давлением нагнетания  (в данном случае давление конденсации системы). Для большинства типичных высокоступенчатых применений промежуточное давление всасывания обычно эквивалентно температуре кипения в диапазоне от 0°C до 10°C.

При дросселировании части жидкого хладагента высокого давления из линейного ресивера до установленного промежуточного давления всасывания, охлаждающий эффект испаряющегося хладагента при этом давлении, может быть использован для переохлаждения оставшегося жидкого хладагента высокого давления до более низкой температуры, прежде чем он поступит на основное дросселирующее устройство, тем самым уменьшая количество побочных паров. Как правило, такой охлаждающий эффект используется несколькими различными способами:

 

  • Открытый экономайзер, в котором весь хладагент сначала дросселируется в экономайзер, из которого далее поступает циркуляционный ресивер;
  • Сосуд экономайзера с затопленным змеевиком переохладителя, в котором оставшийся хладагент высокого давления переохлаждается путем погружения в кипящий хладагент под давлением экономайзера;
  • Переохладитель — пластинчатый теплообменник, в котором основной поток хладагента высокого давления переохлаждается путем испарения части хладагента внутри теплообменника. Возможны несколько различных вариантов технического исполнения.

 

Экономия энергии достигается за счет уменьшения количества побочного пара, образующегося в циркуляционном ресивере при дросселировании хладагента, и, следовательно, повышения эффективности холодильной установки.

Справка

Эта концепция отличается от переохлаждения конденсата городской водой тем, что жидкий хладагент может быть переохлажден до низких температур с помощью эффекта экономайзера даже в летних условиях, когда температура городской воды может быть повышена. В случае теплообменника с переохлаждением хладагента, использующего городскую воду, минимальная температура выхода хладагента будет составлять около 15 ° С (или выше в зависимости от температуры поступающей воды), в то время как минимальная температура выхода хладагента в системе экономайзера будет составлять от 8 ° С до 10 ° С (в системе с температурой кипения на высокой ступени минус 10 ° С).

Преимущества для предприятия

Эта технология увеличивает EER холодильной установки, не влияя на затраты на техническое обслуживание или эксплуатацию установки.

Ожидаемое энергосбережение

Достижимая годовая экономия зависит от промежуточного давления кипения и/или давления кипения высокой ступени, а также температуры конденсации и жидкости высокого давления в системе, которые оказывают влияние на промежуточное давление, при котором работает сосуд экономайзера. Это, в конечном итоге, определяет температуру, до которой жидкость хладагента может быть переохлаждена.

Рис. 2 иллюстрирует улучшение EER системы, а рис. 3 иллюстрирует увеличение доступной мощности системы за счет переохлаждения конденсата с использованием экономайзера на компрессорах высокой ступени для диапазона температур кипения (T0) системы. Данные температуры кипения характерны для одноступенчатых систем (молокозаводы, пивоварни, винодельни) или это промежуточная температура двухступенчатой системы (мясокомбинаты, холодильные камеры, и т. д.). Чем ниже эта температура кипения, тем больше увеличивается EER. Для типичной системы с температурой всасывания минус10 oC и температурой конденсации 35 oC увеличение EER составляет около 4,5% , а увеличение холодопроизводительности около 7%.

Методы переохлаждения конденсата
Рисунок 2: Улучшение EER за счет переохлаждения жидкого хладагента экономайзером
Методы переохлаждения конденсата
Рисунок 3: увеличение производительности за счет переохлаждения жидкого хладагента экономайзером

Осуществление проекта

Требуемое оборудование

Вам понадобится:

Любая из вышеперечисленных комбинаций оборудования, например:

  • Открытый экономайзер, способный обслуживать некоторые или все компрессоры высокой ступени;
  • Сосуд экономайзера, оснащенный змеевиком для охлаждения под слоем жидкости;
  • Пластинчатый теплообменник с жидкостным охлаждением, работающий либо в затопленом режиме, либо в режиме прямого расширения;
  • Изоляция для охлаждаемого трубопровода жидкого хладагента, если он длинный.

Предполагаемая финансовая прибыль

Капитальные затраты на реализацию этого проекта зависят от:

  • Необходимого размера сосуда экономайзера или теплообменника;
  • Количества компрессоров высокой ступени.

Для холодильной системы с пиковой нагрузкой теплоты конденсации в 500 кВт капитальные затраты могут составить:

Таблица 2а: Затраты, используемые для оценки экономии энергии

НаименованиеОценочная стоимость
Оборудование$8,000
Работа$6,000
Инжиниринг$5,000
Итого $19,000

Таблица 2b: Энергосбережение и окупаемость

Потребление эл. эн.  обычной системы (кВт*ч/год)Потребление эл. эн.  усовершенствованной системы (кВт*ч/год)Экономия эл. эн.  (кВт*ч/год)Экономия эл. эн.  ($/год)Вложения ( $ ) окупаемость (год)
586,000558,00028,0004,20019,0004.5
  1. Оборудование в этой калькуляции включает в себя вертикальный экономайзер сосуда, трубопроводы, фитинги и изоляцию.
  2. Средняя стоимость электроэнергии, как предполагается, составляет 0,15 доллара за кВт*ч.

Пример применения: Rivalea

На предприятии Rivalea в Австралии реализовали переохлаждение конденсата в экономайзере в своей холодильной системе и сократили расходы на электроэнергию на $33,000 в год.

Таблица 3: Rivalea, экономия электроэнергии и срок окупаемости

Экономия эл. эн.  (МВт ч/год)Экономия эл. эн.  ($/год)Экономия на других расходах (обслуживание и т.д.) ($/год)Экономия итого  ($/год)Капитальные затраты ($)Срок окупаемости (год)Экономия эл.эн. в пересчете на выброс CO2 тонн/год
19033,000033,000130,0003.9182

В расположении компании Rivalea находиться двухступенчатая аммиачная система, где на высокой ступени установлен винтовой компрессор. Улучшить EER системы можно было за счет переохлаждения конденсата хладагента с помощью экономайзера.

Был установлен узел экономайзера (рис. 4), который включает в себя вертикальный сосуд, сливной бак для масла, затопленный пластинчатый теплообменник, электронный расширительный клапан подачи жидкого х/а и другие клапаны и приборы.

Часть жидкости высокого давления из жидкостного ресивера подается в сосуд экономайзера, который работает при температуре 6 °C, остальная часть жидкости высокого давления охлаждается в пластинчатом теплообменнике от 30 °C до примерно 11 °C. Пары хладоагента из сосуда возвращаются на компрессоры высокой ступени.

Этот проект позволил сократить потребление энергии для охлаждения на 8% и сэкономить 33 000 $ в год на затратах на электроэнергию.

 

Система охлаждения является одним из основных потребителей электроэнергии на нашем заводе, поэтому даже небольшая эффективность может существенно повлиять на общие эксплуатационные расходы. Переохлаждение конденсата имело большой смысл и работало безотказно с момента установки. Потребление электроэнергии на заводе сократилось, и этот проект способствовал экономии средств.

Ян Лонгфилд, Rivalea Старший Сотрудник По Вопросам Окружающей Среды

Методы переохлаждения конденсата
Рис. 4: Узел экономайзера Rivalea для охлаждения конденсата

Источник: NSW Department of Planning, Industry and Environment environment.nsw.gov.au