Время применения абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов на промышленных предприятиях Беларуси

Впервые тема развития энергосбережения на базе инновационной технологии – абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН) была затронута на страницах журнала «Энергоэффективность» в 2013 году. В настоящее же время появился пример внедрения АБТН на белорусском предприятии, подтверждающий все преимущества абсорбционной техники. Так, в декабре 2016 года на «СветлогорскХимволокно» введен в промышленную эксплуатацию абсорбционный тепловой насос для утилизации низкопотенциальной теплоты системы охлаждения турбокомпрессоров, традиционно рассеиваемой в окружающей среде. Более подробно с реализованным проектом и перспективами использования абсорбционных технологий в стране можно ознакомиться ниже.

Д.А. Станюта, редактор

Абсорбционные технологии известны уже десятилетия и нашли широкое применение в различных отраслях промышленности во многих странах мира. Признание в Беларуси они получили в роли абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин (АБХМ), предназначенных для получения охлажденной воды температурой 5–7°С для различных систем промышленного кондиционирования и обеспечения охлаждения в различных технологических процессах.

АБХМ в нашей стране зарекомендовали себя с лучшей стороны, получили и известность, и хорошую репутацию. В Беларуси с 2006 года успешно эксплуатируется более 40 абсорбционных бромисто-литиевых холодильных машин суммарной мощностью более 65 МВт. Надежную, безопасную и экономичную эксплуатацию абсорбционных установок гарантируют уникальная конструкция установок, автоматическое регулирование технологических параметров, автоматическая защита от кристаллизации раствора LiBr, интернет-мониторинг работы оборудования в режиме 24/7.

Производителем упомянутых установок, используемых достаточно широко в Беларуси, является мировой лидер в области абсорбционной техники – компания BROAD Air Conditioning.

Более востребованными в Беларуси в силу климатических условий страны и специфики промышленных предприятий, большей частью теплотехнологических, могут стать абсорбционные тепловые насосы, предназначенные для получения горячей воды температурой до 90°С для нужд отопления и ГВС.

Абсорбционные бромисто-литиевые тепловые насосы полностью идентичны АБХМ, отличие их – лишь в температурном уровне энергопотоков, поступающих и отпускаемых АБТН. В декабре 2016 года на «СветлогорскХимволокно» специалистами ЗАО «Сервис тепло и хладооборудования» и компании BROAD Air Conditioning были осуществлены работы по наладке и запуску в эксплуатацию первого на территории СНГ абсорбционного теплового насоса BDS300 тепловой мощностью 4,2МВт. АБТН утилизирует теплоту охлаждения оборотной воды, отводимую от турбокомпрессоров ZH15000 (температура 35°С, расход – 200 м3/ч), ранее рассеиваемой в градирне (1,4 Гкал/ч). В качестве привода тепловой насос использует пар давлением 0,6 МПа, подаваемый от Светлогорской ТЭЦ в количестве существенно меньшем: 60% (≈3,74 т/ч) от требуемого количества, 100% – в штатном варианте работы (3,6 Гкал/ч) без АБТН. Применение АБТН позволяет подогревать поток сетевой воды до 82°С и использовать ее для теплоснабжения завода полиэфирной текстильной нити (ЗПТН), полностью покрывая нагрузку с октября по декабрь и с февраля по апрель.

Д.М. Райко, м.т.н., ведущий инженер ЗАО «Сервис тепло и хладооборудования»

Время применения абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов на промышленных предприятиях Беларуси

В.Н. Романюк, д.т.н., проф., РУП «БЕЛТЭИ»

В.А. Седнин, д.т.н., проф.                                                                 

А.А. Бобич, ст. преподаватель, м.т.н.

Т.И. Бубырь, аспирант, м.т.н.

Е.Г. Бойко, студентка, Белорусский национальный технический университет

Ключевой энергетической проблемой современности является энергосбережение на промышленных предприятиях и, прежде всего, на теплотехнологических предприятиях материального производства. С этим тезисом сегодня трудно не соглашаться специалистам предприятий, экспортирующих продукцию: снижение энергетической составляющей себестоимости отражает необходимость решения одной из важных задач по обеспечению устойчивости предприятий на внешних рынках. Решение этой проблемы должно быть комплексным и должно обеспечивать дальнейшее снижение топливной составляющей преобразованных энергопопоков при сохранении отпуска тепловой энергии для систем теплоснабжения и теплотехнологических операций. И речь идет не о процентах, а о десятках процентов снижения затрат на энергообеспечение.

Задача может быть успешно решена путем интеграции в состав теплоэнергетических систем прмышленных предприятий абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН), снижающих до 40–55% топливную составляющую производства тепловой энергии, отпускаемой от АБТН, например, с сетевой водой. О перспективах внедрения АБТН в системах теплоснабжения в Беларуси в энергетике и на промышленных предприятиях говорится уже на протяжении нескольких лет. И если ранее внедрение новой техники вызывало опасения, то сегодня эксплуатация абсорбционных технологий подтверждается успешным мировым опытом и, в том числе, положительным примером использования АБТН в Беларуси. Остается лишь констатировать, что это сигнал всем неэнергетическим и энергетическим предприятиям о возможности перенимать опыт первопроходцев утилизации побочных тепловых низкотемпературных потоков большой мощности для обеспечения потребителей тепловой энергией требуемого температурного уровня – до 85°С.

Абсорбционные технологии утилизации низкотемпературных побочных тепловых потоков производства (ВЭР)

Абсорбционные технологии – это успешно зарекомендовавший себя способ повышения энергоэффективности предприятий за счет утилизации низкопотенциальных тепловых потоков температурой от 15 до 50°С. Внедрение инновационного энергосберегающего оборудования, каким являются АБТН, для подавляющего большинства предприятий Беларуси может стать реальным способом повышения степени использования топливно-энергетических ресурсов – как в системах теплоснабжения, так и в теплотехнологических системах, что еще более перспективно и экономически выгодно.

Например, на «СветлогорскХимволокно» за первые два месяца работы теплового насоса обеспечена экономия до 2 тыс. Гкал теплоты, что эквивалентно ≈ 90 тыс. USD и обеспечивает окупаемость проекта в течение двух лет.

Общий вид АБТН, установленного на «СветлогорскХимволокно», приведен на рисунке 1, основные технические характеристики – в таблице 1.

Рисунок 1 – Общий вид АБТН BDS300, установленного на «СветлогорскХимволокно»

Абсорбционное оборудование отличается надежностью, высокой степенью автоматизации, бесшумностью, длительным сроком эксплуатации (до 30 лет). АБТН поставляется комплектно для обеспечения бесперебойной и надежной эксплуатации. Установка не требует постоянного нахождения обслуживающего персонала. Как и все современное оборудование, она полностью автоматизирована, абсорбционный тепловой насос самостоятельно защищает себя от возможных сбоев сопряженных систем.

Потенциал на белорусских предприятиях

Как следует из вышеизложенного, сегодняшние технологии на базе АБТН позволяют использовать низкотемпературные побочные тепловые потоки, более известные как ВЭР, и за счет их утилизации нагревать сетевую воду до 85°С или иные технологические потоки, и при этом экономить не менее 40% топлива, потребляя на те же нужды при работе систем по штатным схемам теплообеспечения. При существующих ценах на природный газ (≈275 USD за 1 тыс. м3) такой переход теплогенерирующего источника на нагрев сетевой воды окупается не более чем за два года при ограничении простого срока окупаемости энергосберегающих проектов до четырех лет. С ростом цены природного газа показатели проекта будут становиться еще более привлекательными.

Большинство городов Беларуси являются промышленными узлами, предприятия которых имеют значительные технологические тепловые выбросы, в т.ч. жидкие. Не менее 30% тепловых выбросов промышленного узла имеют температуру до 50°С и по этой причине не используются. Рассматриваемые тепловые низкотемпературные потоки в большинстве случаев имеют энергетический потенциал, превышающий возможность их прямого использования в собственной системе теплоснабжения. В рамках промышленных узлов рационально объединение систем теплоснабжения предприятий c использованием таких ВЭР, что еще более поднимет привлекательность рассматриваемой технологии, поскольку в этом случае практически все предприятия могут снизить затраты на теплоснабжение на 40%, а также обеспечить подобные результаты в системах централизованного теплоснабжения жилых районов, находящихся в сопряженной зоне. В тех редких случаях, когда указанные побочные технологические потоки отсутствуют, утилизировать можно коммунально-бытовые стоки. Сопутствующая проблема использования последних в настоящее время успешно решена и апробирована в технически развитых странах. Кроме утилизации коммунально-бытовых стоков, что многими еще не воспринимается, целесообразно также рассмотреть более полное использование теплоты уходящих дымовых газов котельных и прочих огнетехнических установок с помощью АБТН (см. рисунок 2). Успешно решается задача утилизации теплоты с водяным теплоносителем и в тех случаях, когда в штатных схемах предусмотрено использование парового теплоносителя, например, в красильных  аппаратах отделочного производства трикотажных и текстильных предприятий. При этом к наилучшим показателям приводит использование подобных установок для обеспечения теплотехнологических процессов, характеризующихся непрерывностью работы в течение всего года.

В качестве примера подобных предприятий можно привести завод «Полимир» ОАО «Нафтан», на котором постоянно в течение года для обеспечения технологического процесса через градирни рассеивается в окружающей среде не менее 40 Гкал/ч тепловой энергии, а также ОАО «Мозырьсоль», где по тем же технологическим причинам градирни рассеивают в окружающую среду 35 Гкал/ч тепловой энергии. Подобная ситуация сложилась в ОАО «БМЗ – управляющая компания холдинга «БМК», ОАО«Бобруйский завод биотехнологий», ОАО «Минский автомобильный завод», ОАО «Минский тракторный завод», ОАО «Борисовский завод медицинских препаратов» и на многих других белорусских предприятиях, избытки тепловых выбросов каждого их которых составляют десятки гигакалорий. Указанные источники тепловых низкотемпратурных ВЭР предприятий можно объединить с ТЭЦ и котельными энергосистемы, имеющимися во всех городах и промышленных узлах, чтобы с помощью АБТН обеспечить нагрев сетевой воды с затратами топлива, сниженными на 40%. Кроме того, будет наблюдаться разгрузка градирен, снижение нагрузки на экологию за счет снижения тепловых выбросов и, наконец, уменьшение потребления воды, связанное с восполнением ее в системе оборотного водоснабжения при работе с испарительными градирнями.

Для завода «Полимир» ОАО «Нафтан», например, можно предложить только для внутреннего теплоиспользования проект по снижению затрат на теплоснабжение на сумму 1,8 млн USD ежегодно за счет использования теплоты охлаждения оборотной воды с помощью АБТН с простым сроком возврата инвестиций не более двух лет (рисунок 3).

                        Рисунок 3 – Вариант принципиальной схемы установки АБТН в системе теплоснабжения завода «Полимир» ОАО «Нафтан»

Так, для ОАО «Мозырьсоль» была проведена разработка теникоэкономического обоснования использования АБТН по утилизации низкотемпературных тепловых вторичных энергоресурсов блока оборотного водоснабжения с целью их дальнейшего использования для нужд предприятия, прежде всего, внутри основного технологического процесса. Принципиальная схема интеграции АБТН в состав теплоэнергетической системы предприятия аналогична приведенной для завода «Полимир» ОАО «Нафтан» (рисунок 3). Приведем основные выводы данного ТЭО, выполненного для ОАО «Мозырьсоль»:

1. При действующих тарифах на энергоресурсы утилизация потоков ВЭР с помощью АБТН полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым при отборе проектов для финансирования.

2. Простой срок окупаемости проекта находится в диапазоне до 1,1 года, дисконтированный срок окупаемости при ставке дисконтирования 10% имеет минимальное значение до 2,1 года.

3. Величина чистого дисконтированного дохода положительна во всех рассматриваемых вариантах использования АБТН и колеблется от 1,7 млн руб. до 7,4 млн руб. Внутренняя норма доходности составляет от 48 до 56%.

4. В зависимости от вариантов максимальная балансовая прибыль за год составит 1,62 млн руб./год, минимальная – 1,34 млн руб./год, максимальная чистая прибыль за год составит 0,484 млн руб./год, минимальная – 0,471 млн руб./год.

5. Годовая утилизация теплоты низкотемпературного побочного потока охлаждения оборотной воды, рассеиваемого в настоящее время градирнями в окружающей среде, составляет по рассматриваемым в ТЭО вариантам от 28 до 45 тыс. Гкал.

6. Экономия природного газа в течение года обеспечивается в эквиваленте от 5 до 6 тысяч тонн условного топлива, что приведет к улучшению экологической обстановки за счет снижения выбросов абсолютной величины диоксида углерода в атмосферу.

Оценка целесообразности строительства абсорбционной теплонасосной станции в ОАО «Мозырьсоль» позволяет сделать безусловный вывод об энергетической и экономической целесообразности. При этом показатели по проекту чрезвычайно высоки и значительно улучшают допустимые значения.

При дальнейшем увеличении тарифа на природный газ, что будет происходить постоянно, показатели проекта по-прежнему будут отвечать всем требованиям и также станут еще более привлекательными.

Аналогичное использование АБТН возможно и для других предприятий, например, для ОАО «Бобруйский завод биотехнологий», ОАО «Борисовский завод медицинских препаратов», ОАО «Белшина» и проч. И во всех случаях оно будет удовлетворять всем экономическим требованиям, предъявляемым к энергосберегающим проектам. Так, в ОАО «Минский автомобильный завод» по вышеприведенной схеме (рисунок 3) без проблем можно снизить затраты на теплоснабжение на 1,4 млн USD ежегодно за счет использования теплоты охлаждения оборотной воды с помощью АБТН с простым сроком возврата инвестиций не более двух лет.

Выводы
1. Интеграция абсорбционных бромисто-литиевых холодильных машин и тепловых насосов в состав хозяйственного комплекса Беларуси необходима, энергетически и экономически выгодна, прошла необходимую апробацию на предприятиях страны.

2. В Белорусском национальном техническом университете и РУП «БЕЛТЭИ» накоплен и прошел апробацию необходимый материал для начала реализации проектов по интеграции абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов в состав хозяйственного комплекса Беларуси.

3. Интеграцию абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов в состав хозяйственного комплекса Беларуси следует рассматривать в первую очередь под эгидой и при содействии Департамента по энергоэффективности, поскольку при этом существенно — не менее чем на 10% — снижается потребность страны в импорте природного газа и уменьшается энергетическая составляющая себестоимости, что способствует повышению устойчивости продукции на внешних рынках.