Absorption chiller efficiency increasing at waste heat recovery of cogeneration plants using a vapor compression chiller as a backup cold source

Abstract

Cooling efficiency in a trigeneration cycles is one of the most frequently problems. A singlestage hot water absorption chiller is a universal solution for the gas engine waste heat utilization. However, trigeneration centers exploitation experience shows the need for a more detailed technical and economic analysis to achieve maximum efficiency of the three-generation cycle. The purpose of this article is to substantiate the use of two-stage absorption cycles increasing the utilization rate of waste gas heat. The study presents the results of assessing the efficiency of using energy resources on the example of a three-generation center with more than 14 years of exploitation experience, including two single-stage absorption chillers (Q0= 0.65 MW each) and a chiller with a screw compressor (Q0= 0.8 MW). A comparison of actual energy consumption with designed indicators was carried out. The influence of external and internal factors on the efficiency of heat recovery from a gas engine in single-stage absorption refrigeration machines with a water-heated generator is considered. The dependence of the change in the average annual cooling coefficient during the calendar year was obtained. Based on the study, proposals were formulated to improve the energy efficiency of refrigeration supply, giving an increase in refrigeration capacity of 6.1% with a commensurate reduction in the load on the screw chiller. The option of using a combined two-stage cycle chiller (type 2) under similar operating conditions showed a COP=1.43, which provides savings of 67.45 MWh of electricity or 5.4%, on an annualized basis (assuming only waste heat is used). Additional advantages of such a cycle include increased accuracy and stability of maintaining the water temperature at the absorption chiller evaporator due to more flexible adjustment of the temperature of the lithium bromide solution in the high-temperature generator.

În sistemele autonome de alimentare cu energie electrică, se pune în mod regulat problema eficienței producției frigorifice. Adesea, un răcitor de apă caldă cu o singură etapă este o soluție universală pentru recuperarea căldurii reziduale dintr-o unitate cu piston cu gaz. Dar experiența de exploatare a complexelor de trigenerare arată necesitatea unei analize tehnico-economice mai detaliate pentru a obține eficiența maximă a ciclului de trigenerare. Scopul acestei lucrări este de a fundamenta utilizarea ciclurilor în două trepte cu mai multe generatoare care cresc rata de utilizare a căldurii gazelor reziduale. Scopul stabilit se realizează prin rezolvarea următoarelor sarcini: s-a realizat o evaluare a eficienței utilizării resurselor de combustibil și energie, verificând tendințele complexului de trigenerare, care include mașini frigorifice cu absorbție într-o singură treaptă; a fost efectuată o comparație a consumului real de energie cu indicatorii de proiectare; se ia în considerare influența factorilor externi și interni asupra eficienței recuperării căldurii de la un cogenerator cu piston cu gaz în mașinile frigorifice cu absorbție (MFA) într-o singură treaptă cu un generator încălzit cu apă. Cel mai important rezultat este calculul creșterii eficienței utilizării căldurii gazelor de eșapament în mașina frigorifică cu absorbție și creșterea corespunzătoare a coeficientului de capacitate frigorifică. Semnificația practică a rezultatului obținut este creșterea eficienței complexului de trigenerare în ansamblu cu scăderea impactului asupra mediului. Avantajele suplimentare ale unui astfel de ciclu includ precizia crescută și stabilitatea menținerii temperaturii lichidului de răcire la ieșirea evaporatorului MFA datorită ajustării mai flexibile a temperaturii soluției de bromură de litiu din generatorul de temperatură înaltă.

В автономных системах энергоснабжения регулярно возникает вопрос эффективности получения холода. Зачастую одноступенчатая абсорбционная холодильная машина на горячей воде является универсальным решением по утилизации бросовой теплоты от газопоршневой установки. Но опыт эксплуатации тригенерационных комплексов показывает необходимость проведения более детального технико-экономического анализа для достижения максимальной эффективности тригенерационного цикла. Целью данной работы является обоснование применения двухступенчатых циклов с несколькими генераторами, повышающих коэффициент использования теплоты отходящих газов. Поставленная цель достигается решением следующих задач: проведена оценка эффективности использования топливно-энергетических ресурсов с проверкой трендов тригенерационного комплекса, включающего в себя одноступенчатые абсорбционные холодильные машины; проведено сравнение фактического потребления энергоресурсов с проектными показателями; рассмотрено влияние внешних и внутренних факторов на эффективность утилизации теплоты газопоршневого когенератора в одноступенчатых абсорбционных холодильдных машинах с водяным обогревом генератора; получена зависимость изменения среднегодового холодильного коэффициента в течение календарного года. На основании проведенного исследования сформулированы предложения по повышению энергоэффективности холодоснабжения, дающие прирост холодильной мощности в 6.1% с соразмерным снижением нагрузки на парокомпрессионный чиллер. Вариант использования абсорбционной холодильной машины двухступенчатого цикла (тип 2) в аналогичных условиях эксплуатации показал СОР 1.43, что обеспечивает экономию 67.45 МВтч электроэнергии, 5.4%, в годовом исчислении (при условии использования только бросового тепла). Наиболее важным результатом является расчет повышения эффективности использования теплоты отходящих газов в абсорбционной холодильной машине и соответствующее увеличение коэффициента холодопроизводительности. Практическая значимость полученного результата состоит увеличении эффективности работы тригенерационного комплекса в целом со снижением влияния на окружающую среду. К дополнительным преимуществам подобного цикла стоит отнести повышение точности и стабильности поддержания температуры теплоносителя на выходе из испарителя АБХМ за счет более гибкой регулировки температуры раствора бромида лития в высокотемпературном генераторе.