Wysokotemperaturowa pompa ciepła

Plan prezentacji
Założenia projektowe
Dostępne rozwiązania na rynku
Wybór czynnika roboczego
Podstawowa koncepcja
Wykres p-h
Dobór parownika
Dobór skraplacza
Dobór wymienników do układu pośredniego
Dobór sprężarki
Inne rozwiązania

Założenia projektowe
Wykorzystanie ciepła odpadowego – woda o temperaturze 90°C i wydatku masowym 1m3/min
Podgrzanie ciekłego nawozu do temperatury 110°C
Sprężarkowa pompa ciepła
Odbiór ciepła układem pośrednim

Dostępne rozwiązania na rynku
Pompy ciepła OCHSNER, jednostopniowy układ, temperatura parowania 35-80°C, temperatura skraplania 70-130°C, czynnik chłodniczy R1233zd(E)
Pompy ciepła OCHSNER, dwustopniowy układ, temperatura parowania 5-25°C, temperatura skraplania 70-130°C, czynnik chłodniczy R134a i R1233zd(E)

Dostępne rozwiązania na rynku
Pompy ciepła Kobelco, dwustopniowy układ, temperatura parowania 60°C, temperatura skraplania pierwszego stopnia 120°C, możliwe do uzyskania temperatury 165°C, czynnik roboczy mieszanka R245fa i R134a oraz para wodna na drugim stopniu

Potencjalne czynniki robocze
R1233zd(E), GWP 1, ODP 0, niepalny
R245fa, GWP 1030, ODP 0, niepalny
HFE7000, GWP 530, ODP 0, niepalny
R1234yf, GWP 4, ODP 0, samozapłon powyżej 400°C

Wykres p-h

Podstawowa koncepcja układu jednostopniowego

Dobór parownika
Wg wstępnych obliczeń, gdy woda zostanie schłodzona od 90°C do 75°C, w parowniku będzie można odebrać 1.05 MW ciepła.
Jeżeli woda ma być mocniej schłodzona to moc układu wzrośnie proporcjonalnie do różnicy temperatur
Wstępny strumień masowy czynnika oszacowano na około 10 kg/s
Wg programu doborowego firmy Secespol, dla podobnego czynnika roboczego R245fa i mniejszej mocy parowania 125 kW, można zastosować wymiennik płytowy RC110 o powierzchni 10 m2
Wymaganą powierzchnię parownika dla takiego układu można zatem oszacować na 80 m2

Dobór skraplacza
Wg wstępnych obliczeń, gdy woda zostanie schłodzona od 90°C do 75°C, na skraplaczu będzie można odebrać 1.5 MW ciepła.
Jeżeli woda ma być mocniej schłodzona to moc układu wzrośnie proporcjonalnie do różnicy temperatur
Wielkość będzie zależeć od ustalonej średniej różnicy temperatur między czynnikiem pośrednim i czynnikiem roboczym
Przy założeniu mniejszej średniej różnicy temperatur niż w przypadku parownika, powierzchnię skraplacza można oszacować na 60 m2
Czynnikiem pośrednim mogłaby być woda pod ciśnieniem 5 barów, jej temperatura parowania wynosi wówczas 151.1°C

Dobór sprężarki
Wg wcześniejszych założeń projektowych, dla spadku temperatury wody 15°C, wydatek par na ssaniu sprężarki wyniesie około 1400 m3/h
Sprężarka musi pracować w podwyższonych temperaturach, do 140°C
Potencjalny producent: Hanbell - sprężarki śrubowe na wysokie temperatury o wydatkach do 1500 m3/h

Dobór wymiennika w układzie pośrednim
Dla średniej różnicy temperatur 10°C
Między wodą pod ciśnieniem 5 bar i temperaturze 125°C a ciekłym nawozem o temperaturze do 110°C
Oszacowana powierzchnia wymiany ciepła wynosi 70 m2

Inne potencjalne rozwiązania
Układ dwustopniowy, możliwość uzyskania niższej temperatury wody
Układ dwustopniowy wysokotemperaturowy z układem parowym – Kobelco