разное

Термоэкономическая оптимизация

Термоэкономическая оптимизация абсорбционной машины сводится к определению разности температур (деструкции эксергии) во всех элементах машины, которые соответствовали бы минималь­ным капитальным и эксплуатационным затратам.

Рассмотрим действительное схемное решение (рис.22.23). Пос­кольку схема является известной, то будем считать, что при заданных Тгор, Тср и ТХ0Л величина АХ>6%.

Условия функционирования действительной абсорбционной машины: Т2<Тгор, Тк>Тср; Т4<Тср\ Т0<Тхол. Каждое из этих условий способствует увеличению Тгор от теоретически минимального

» min rn theory v rri/тшх nrreal

Гор ~Тгор до некоторого действительного Тгор = Тгор.

Разность температур одновременно показана на действитель­ном цикле и цикле-образце (рис.22.33). Отрезок (рис.22.33а) определяет предельный цикл термохимического компрессора, когда АХ=0 (/=°°). Этот случай соответствует бесконечно большим тепло - передающим поверхностям во всех теплообменных аппаратах и беско­нечно большим расходам трех источников энергии. В предельном

Цикле Т™п=Т*ерогу. В действительном цикле Т™>Т*1огу из-за присутствия АТк в процессах подвода-отвода тепла.

А)

Рис.22.33. Изображение разности температур к аппаратах абсорбционной

Машины: а) в диаграмме h-X, б) цикл-образец обобщенный Лоренц - обобщенный Карно с необратимостью в процессах подвода-отвода тепла

В общем виде величина 6>2 = {l^ory - Т™п) может быть

Выражена как

&z=&2+ а{вср + <9,)+ /3{вср + в6)+в,

Где 02 - на горячем конце генератора; &з - на холодном конце регенеративного теплообменника; 04 - на холодном конце абсорбера; 06 - на холодном конце конденсатора; Оср-Тср2 - Тср} - температурный напор охлаждающей среды в конденсаторе (охлаждение абсорбера и конденсатора принято последовательным); а - коэффициент, учиты­вающий влияние рА^Ро\ Р ~ коэффициент, учитывающий влияние Рк^Рг-

При проведении термоэкономической оптимизации теплооб­мениого аппарата в отрыве от системы делают предположение, что величина 0£ безгранична. Такой случай для абсорбционных машин невозможен даже теоретически, так как минимальная температура

Греющего источника имеет ограничение Т™р > Тср.

Существуют два направления в оптимизации абсорбционных машин через определение оптимальных значений Тк.

Направление 1 было разработано в конце 1960-ых годов в ЛТИХП под руководством Л. М.Розенфельда. Данные для анализа:

Qo для режима работы «холодильная машина» или QK для «теплового насоса»;

ТсрЛ и ТсрК, параллельное охлаждение конденсатора и абсорбера;

Температуру кипения агента в испарителе Т0 и температуру конденсации Тк определяют из уравнений тепловых балансов этих аппаратов

(22.40)

Ґк F 4

К К

Ехр

А У

^К^К і j

Мп

Где расходы агента через испаритель и конденсатор одинаковые и

Равны для холодильной машины или для

Яо Як

Теплового насоса.

Температура охлаждающей среды Тср2 на выходе из конденсатора определяется из совместного уравнения тепловых балансов конденсатора и абсорбера

Температуру Т2 крепкого раствора на выходе из генератора определяют из уравнения теплового баланса генератора с учетом действительной зоны дегазации (АХ>0) и условием невозможности полного выпаривания агента из смеси «агент-абсорбент» (XD^l)

С \

Mi

МгоР J

+ c2Qr+c3Qr-c4

Теоретическая максимальная концентрация слабого раствора на выходе из генератора определяется как сложная функция от тем­ператур конденсации Тк и выхода слабого раствора из генератора Т2

XRm^bj~b2TK+b3TK4(b4TK2~b5TK+b6) Т2 . (22.44)

Температуру крепкого раствора на выходе из абсорбера определяют как

J = Ь7 То_Ь8ХТХ (22 45)

4 h Упшх — h '

О9лЕ ою

В ур.(22.43)-(22.45) brbw и Cy-Cj - коэффициенты. Например, для смеси H20-LiBr: с7=1,05; с2=0,0347; с5=0,411; с,=1,82; 0,21, Ь7=597; fo2=0,45; frj=558,4; b4=0,51; b5=0,5; b6=0,95; Ј>7=268,4; ^=0,95; Ј9=0,5; bтогда T4 и 7Ь присутствуют в уравнениях, выраженные в градусах Цельсия.

Описанный метод дает возможность определить минимально возможное значение Тгор, при котором абсорбционная машина будет работоспособной. Если в реальных условиях эксплуатации темпера­тура Тгор окажется ниже, чем определенная в результате расчетов, то простейшее схемное решение уже неработоспособно. Если значение Тгор окажется выше, чем рассчитанное, то реальная зона дегазации будет шире.

Таким образом, с точки зрения термоэкономики, величина Z на первом этапе проектирования должна быть определена, исходя из информации, имеющейся у инженера-проектировщика о значениях fc* и Fk, а также возможности рынка холодильного оборудования предложить соответствующие типы теплообменных поверхностей.

Направление 2 было разработано в начале 1960-ых годов в ОТИПХП под руководством Б. А. Минкуса.

Данные для анализа: Qo или QK\

ТСр, а и ТсрК, параллельное охлаждение конденсатора и абсорбера; Т •

■L ХОЛ,

H И Fk; Мгор и Мср.

Следовательно, 0% известно также.

Данные для анализа по этому направлению создают большие ограничений в работе инженера-проектировщика.

Построение действительного цикла осуществляется по итогам определения 0к (ур.(22.39)). Рассмотрим методику определения опти­мальных значений температурных напоров в аппаратах, с точки зре­
ния определения минимальных затрат на функционирование абсорб­ционной машины

{ \

7 Е +7 Е^Ек їгор^Г + Zcp ф

Ср

Величина Zk представляет составляющую стоимости каждого аппарата, которая зависит от величины теплопередающей поверх­ности Fk

- Zk^k '

Тогда для абсорбционной машины в целом

Qk

К{вг, вА,...,вк) = ^к

Подставим ур.(22.48) в ур.(22.47) и исследуем функцию по незави­симым переменным Ок. Приравнивая производные нулю, получим систему уравнений

DF

Z*

До,

\ к /V ґ

DQr Zcp dQcp Z'°P двк ссрвсрдвк

DlnQk zk Qk dQk д&к kk в2к двк

Корни которой определят значения соответствующие Z^min.

Описанная задача оптимизации температурных напоров в аппаратах абсорбционной машины была решена уже в 2000-ые годы Т. В.Морозюк путем использования теоретико-графового метода представления математической модели. Для этой задачи был использован граф точек сочленения температурных напоров. Оптимальные температурные напоры определялись одновременно для всех аппаратов.

Предлагаемый метод оптимизации температурных напоров в абсорбционной машине в совокупности с выбранным методом математического моделирования позволил реализовать системный подход в решении задачи оптимизации.

А)

В)

Д)

Е)

Рис.22.34. Этапы оптимизации температурного напора в аппа­ратах абсорбционной машины. Первый этап: а) 6^=4; б) 6%=6; в) 6Ь=8; г) 6*>=10; д) &2= 12;

Е) ft=14; второй этап:

Ж) Z=-J{&2) при <93=5 и 6^=6

В связи с тем, что рассматриваемая задача решалась впервые, для уменьшения размерности задачи было сделано допущение - оптимизации подвергнут только термохимический компрессор, т. е. 06-0 и &СР-0. Значения температурных напоров были назначены эвристически:

{Х,= 4; Х2=6; Хз=8; ^4=10; Х5=12; Х6=14};

{Х7=2; Х8=3; Х9=4; XJO=5};

{Хи-2\ Xi2-3\ Х]3= 4; Х]4=5; Х/5=6}.

Оптимизация проведена для действительной абсорбционной холодильной машины (2о= ЮкВт, Гхол= -10°С. Теплоноситель - дымовые газы, Т2=12(РС. Охлаждение конденсатора и абсорбера водя­ное (параллельное) с постоянной температурой охлаждающей воды на входе Тср=29°С и дискретным изменением температурного напора в аппаратах термохимического компрессора, охлаждение дефлегматора - холодным крепким раствором. Функция оптимизации - расчетные затраты за 10 лет эксплуатации, приведенные к одному году эксплуатации.

Поэтапные результаты оптимизационных расчетов приведены на рис.22.34. Анализ показывает, что Z=7f03, 04) - монотонно восхо­дящие поверхности с минимальным значением функции оптимизации, совпадающим с Zmin=/(0зпшх, 04тах). Оптимальное значение 02 опреде­лялось при условии 02=var и 03=5 и 04=6. Оптимальное значение 02 соответствует &pt2=6, т. е. Zopt = Zmln = 6183 Евро/год (12366 DM/год).