667 00a_2 StrTyt.cdr

Radosław Kołoła
MODELOWANIE
UKŁADÓW
ABSORPCYJNYCH
oraz ich zastosowanie
w przemysłowych
systemach
konwersji energii
Gdańsk 2013
PRZEWODNICZĄCY KOMITETU REDAKCYJNEGO
WYDAWNICTWA POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ
Janusz T. Cieśliński
REDAKTOR PUBLIKACJI NAUKOWYCH
Michał Szydłowski
RECENZENCI
Janusz Badur
Tadeusz Bohdal
PROJEKT OKŁADKI
Katarzyna Olszonowicz
Wydano za zgodą
Rektora Politechniki Gdańskiej
Oferta wydawnicza Politechniki Gdańskiej jest dostępna pod adresem
http://pg.gda.pl/wydawnictwo/oferta
© Copyright by Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej
Gdańsk 2013
Utwór nie może być powielany i rozpowszechniany, w jakiejkolwiek formie
i w jakikolwiek sposób, bez pisemnej zgody wydawcy
ISBN 978-83-7348-451-1
Spis treści
Wykaz ważniejszych oznaczeń .......................................................................................
7
1. Wstęp ......................................................................................................................................
9
2. Przegląd metod pozyskiwania i konwersji energii ze źródeł niekonwencjonalnych
z wykorzystaniem procesu absorpcji .................................................................................
10
2.1. Jednoefektowe urządzenia chłodnicze absorpcyjne ..................................................
2.1.1. Obieg układu jednostopniowego, jednoefektowego w układzie entalpia-stężenie ..
2.2. Dwuefektowe urządzenia chłodnicze absorpcyjne ...................................................
2.3. Trójefektowe urządzenia chłodnicze absorpcyjne ....................................................
2.4. Przykłady rzeczywistych układów skojarzonych wykorzystujących urządzenia
absorpcyjne ...............................................................................................................
2.4.1. Wykorzystanie urządzenia absorpcyjnego na przykładzie układu skojarzonego w elektrociepłowni geotermalnej w Pyrzycach ......................................
2.4.2. Wykorzystanie urządzenia absorpcyjnego na przykładzie układu skojarzonego w Kopalni Węgla Kamiennego Pniówek ...............................................
11
13
16
22
3. Modele matematyczne elementów układów absorpcyjnych ..........................................
32
3.1. Warianty projektowania i modelowania układów absorpcyjnych ............................
3.2. Cele przejścia z równań bilansu masy, pędu i energii 3D→0D wykorzystanych do
opisów matematycznych ...........................................................................................
3.3. Sposób uzyskania modelu matematycznego .............................................................
3.4. Równania szczegółowe bilansów urządzenia absorpcyjnego ...................................
32
26
28
30
33
34
35
4. Właściwości termodynamiczne czynników stosowanych w modelach porównawczych .......................................................................................................................................
39
4.1. Właściwości roztworu LiBr-H2O ..............................................................................
4.2. Właściwości termodynamiczne amoniaku ................................................................
4.2.1. Rozpuszczalność amoniaku w wodzie ............................................................
4.2.2. Mieszalność amoniaku z olejami ....................................................................
39
42
42
42
5. Procedury obliczeniowe parametrów stanu czynnika chłodniczego i zespopołu
sorpcyjnego ............................................................................................................................
44
5.1. Przegląd zależności określających entalpię właściwą roztworu LiBr-H2O ..............
5.2. Przegląd zależności określających ciśnienie pary wodnej nad roztworem LiBr-H2O ......
5.3. Zależności określające stan termodynamiczny roztworu LiBr-H2O w układzie
absorpcyjnym ............................................................................................................
5.3.1. Entalpia właściwa roztworu LiBr-H2O ...........................................................
45
48
53
53
6
5.3.2. Ciśnienie pary nasyconej nad roztworem LiBr-H2O w funkcji stężenia
i temperatury....................................................................................................
5.3.3. Temperatura roztworu LiBr-H2O oraz temperatura nasycenia czynnika
chłodniczego ...................................................................................................
5.3.4. Gęstość roztworu LiBr-H2O ...........................................................................
5.3.5. Ciepło właściwe roztworu LiBr-H2O ..............................................................
5.4. Zależności określające właściwości wody i pary wodnej .........................................
5.5. Zależności określające właściwości czynnika chłodniczego wykorzystane w modelu obliczeniowym układu hybrydowego ...............................................................
5.5.1. Zależności określające właściwości amoniaku w obszarze nasycenia ............
5.5.2. Zależności określające własności amoniaku w obszarze pary przegrzanej ....
5.5.2.1. Entalpia właściwa amoniaku ..........................................................
5.5.2.2. Objętość właściwa i gęstość R717 ..................................................
5.5.2.3. Entropia właściwa R717 .................................................................
6. Analiza parametryczna układu absorpcyjnego LiBr-H2O jednostopniowego jednoefektowego .............................................................................................................................
56
56
57
58
59
61
62
64
65
66
67
70
6.1. Walidacja i weryfikacja modelu obliczeniowego .....................................................
6.2. Wpływ stężenia roztworu na parametry pracy układu ..............................................
6.3. Wpływ rodzaju medium napędowego doprowadzonego do desorbera i jego temperatury na parametry pracy układu ............................................................................
70
73
7. Analiza parametryczna nowego hybrydowego układu absorpcyjno-sprężarkowego ........
83
7.1. Modele matematyczne elementów urządzenia sprężarkowego jedno- i dwustopniowego oraz przyjęte założenia w obiegach ............................................................
7.1.1. Skraplacz .........................................................................................................
7.1.2. Parownik .........................................................................................................
7.1.3. Sprężarka chłodnicza ......................................................................................
7.2. Parametry integralne w jednostopniowym urządzeniu absorpcyjnym oraz w urządzeniu sprężarkowym jedno- i dwustopniowym .......................................................
7.3. Analiza warunków pracy układu kombinowanego, zbudowanego z urządzenia
jednostopniowego absorpcyjnego i sprężarkowego ..................................................
7.3.1. Analiza wpływu temperatury parowania na warunki pracy układu kombinowanego ........................................................................................................
7.4. Analiza pracy układu kombinowanego, zbudowanego z urządzenia absorpcyjnego i sprężarkowego dwustopniowego oraz ich porównanie ..................................
8. Podsumowanie .......................................................................................................................
79
85
86
87
87
87
89
91
92
95
Literatura ......................................................................................................................... 97
Załączniki ........................................................................................................................ 101