吸收制冷

吸收制冷（共8篇）

吸收制冷 篇1

对于一个大型的煤化工厂企业来说,由于其原始投资巨大、工艺技术复杂,所以在建设初期设计阶段就要对工艺设备进行慎重评估,以求建成后良好的经济效益。

本文介绍的氨吸收制冷工艺和压缩制冷工艺都是在煤化工企业中采用的制冷工艺技术,现对这两种工艺进行分析比较,以便企业选用适合自身条件的工艺。

1 氨吸收制冷工艺

氨吸收制冷工艺在我国的一些化工企业已广泛应用,如南京金陵石化,哈尔滨气化厂,中煤龙化化工公司等等。

1.1 氨吸收制冷工艺原理

以氨为制冷剂,水为吸收剂,利用水对氨有良好的吸收效果的特性,将蒸发器中蒸发出的气氨吸收下来,形成氨水溶液,在更具氨和水灾加压条件下沸点相差较大的特点,将氨水溶液通过精馏的方法得到99%以上的气氨,在冷凝得到液氨,然后循环利用[1]。

1.2 一个典型的氨吸收制冷系统

1.2.1 流程简图

1.2.2 氨吸收制冷主要工艺设备

氨蒸馏塔,塔顶冷却器,回流泵,液氨过冷器,氨蒸发器,塔底重沸器,氨水吸收冷却器,浓氨水储槽,进料泵,稀氨水-浓氨水换热器等。

1.2.3 氨吸收制冷工艺流程简述

来自蒸发器的低压低温气氨进入液氨过冷器,被液氨加热,同时液氨被过冷后送到蒸发器蒸发,用于制冷。来自界外的待冷介质进入蒸发器,被冷却后送到界外。出过冷器的气氨进入氨水吸收冷却器,被稀氨水溶液吸收,吸收过程产生的热量由循环冷却水带走。 吸收后形成浓氨水溶液进入浓氨水储槽,经贮槽缓冲后用氨蒸馏塔进料泵送往稀氨水-浓氨水换热器,被高温稀氨水溶液加热到接近饱和状态后由精馏塔中部进入精馏塔进行精馏。塔顶精馏出的氨气浓度大于99%,进入氨蒸馏塔顶冷凝器后被循环冷却水冷凝为液氨。精馏所须热量由氨蒸馏塔底重沸器提供,热源为工厂废热蒸汽,该氨蒸馏塔底重沸器底部出口的稀氨水溶液经稀氨水-浓氨水换热器冷却,送氨水吸收冷却器作为氨吸收循环使用。

注:(1)氨蒸馏塔;(2)塔底重沸器;(3)冷凝液回收罐;(4)氨蒸馏塔顶冷却器;(5)液氨储罐;(6)回流泵;(7)液氨过冷器;(8)蒸发器;(9)稀氨水-浓氨水换热器;(10)氨蒸馏塔进料泵;(11)浓氨水储槽;(12)氨水吸收冷却器;(13)缓蚀剂罐;(14)缓蚀剂泵;(15)不凝气体洗涤器;(A)冷却水;(B)被冷介质;(C)饱和蒸汽;(D)冷凝液。

2 压缩制冷工艺

2.1 压缩制冷工艺原理

压缩制冷工艺技术比较成熟,应用范围广泛的制冷工艺技术,它是用压缩制冷机队制冷机进行压缩的一种制冷系统。可充当制冷剂的介质有溴化锂,氟利昂,氨,丙烯等等,但就大型的化工企业来说,氨作为制冷剂较为普及。按压缩级数可分为单级压缩和多级压缩,压缩机将从蒸发器来的低压蒸汽进行压缩, 变成高温、 高压蒸汽后进入冷凝器, 受到水或空气的冷却而凝结成高压液体, 再经过节流机构后变成低压液体, 其蒸发温度也相应下降, 于是在蒸发器中吸收热量, 使被冷却介质温度降低。 氨由液态变为气态, 重返压缩机, 再进行下一个循环。

2.2 一个典型的氨压缩制冷系统

2.2.1 流程简图

注:(1)透平;(2)表冷器;(3)冷凝液泵;(4)一段进口分离器;(5)二段进口分离器;(6)氨压缩机;(7)一段出口冷却器;(8)二段出口冷却器;(9)压缩机最终冷却器;(10)氨冷凝器;(11)液氨储罐;(12)闪蒸槽;(13)过冷器;(14)惰性气体冷却器;(15)液氨泵;(A)透平驱动蒸汽;(B)冷凝液;(C)氨气;(D)液氨;(E)放空气。

2.2.2 氨压缩制冷主要工艺设备

氨压缩机驱动透平,氨压缩机组,液氨储罐,闪蒸罐,液氨过冷器等。

2.2.3 氨吸收制冷工艺流程简述

来自脱硫、脱碳工段的-38℃氨气体,压力约为0.07MpaA,进入一段进口分离器,将气体中的液滴分离出来后进入离心式氨压缩机一段进口,经三段压缩后,出压缩机气体压力为1.65MpaG,温度约为135℃,进入氨冷凝器。氨蒸汽通过冷却水冷凝成液体后,靠重力排入氨储槽。由储槽出来的温度为40℃氨液体节流到0.3MpaG进入氨闪蒸槽,氨液体降温

至约-2℃,氨闪蒸气经二段分离器后进入压缩机二段进一步压缩至排气压力。出闪蒸槽的氨液体进氨过冷器的管程,温度进一步降低后送往脱硫、脱碳工段。再次经各冷点调节阀节流至-38℃,蒸发后的气体返回到本系统完成制冷循环。

当用冷负荷降低时,可通过回路调节压缩机进气量,使压缩机在正常工况下运行,不发生喘振。

3 氨吸收制冷和氨压缩制冷流程比较

3.1 氨吸收制冷

3.1.1 氨吸收制冷优点

(1)吸收制冷不需要动力蒸汽,可以节省资源,并且可以有效的回收低位热能[2];

(2)装置可以实现10%~100%负荷范围内无级调节,制冷能力高;

(3)装置的主要设备均为静设备,运转部件少,维修方便,噪音小。

3.1.2 氨吸收制冷缺点

(1)氨水成碱性,易腐蚀设备,所以必须在系统介质中加入防腐剂以抑制或减缓腐蚀的发生;

(2)工艺复杂,对操作水平要求较高;

(3)应用范围较小,只适合大型煤气化和液化企业[3]。

3.2 氨压缩制冷

3.2.1 氨压缩制冷优点

(1)易操作,工艺流程简单;

(2)故障率低。

3.2.2 氨压缩制冷缺点

(1)耗电量大,噪音大;

(2)运作部件多,维修成本高;

(3)制冷能力较小[3]。

4 结 语

从目前两种工艺的使用情况看,压缩制冷已被普遍采用,其稳定性好,技术成熟;氨吸收制冷工艺受热源限制,只适用于大型煤气化、液化生产企业,属于新工艺。从对多个采用氨吸收制冷的化工企业调研结果看,氨吸收制冷系统的稳定性不如氨压缩制冷,制冷效果常达不到理想状态。究其原因,一是操作水平低,二是设备有问题。但是,就目前各个企业的生产状况看,无论是设备的质量,还是仪表控制系统的调节都有较大改进,为氨吸收制冷系统的稳定运行提供了保证。采用氨吸收制冷工艺,既回收了余热,有节约电能,比氨压缩制冷工艺相比具有更好的经济效益。

摘要：介绍了氨吸收制冷工艺及氨压缩制冷工艺,并进行工艺比较,大型煤化工企业采用氨收制冷,相比压缩制冷具有操作弹性大、节能减排、维护成本低等优点,具有良好的经济效益。

关键词：氨吸收,压缩,制冷工艺

参考文献

[1]张浩,孙广伟.浅谈氨吸收制冷的工业价值[J].科技信息,2008(3):680.

[2]邵玉春.节能降耗的氨吸收工艺[J].大氮肥,2008,31(4):262-263.

[3]宁德才.浅析氨吸收制冷工艺与压缩制冷工艺的比较[J].民营科技,2008(11):27.

吸收制冷 篇2

溴化锂吸收式制冷机组典型故障及其排除方法

一、溴化锂溶液特性

溴化锂是由碱金属元素锂（Li）和卤族元素溴（Br）两种元素组成的，其一般性质和食盐大体类似，是一种比较稳定的物质。在大气中不变质、不挥发、不分解，且极易溶解于水，其缺点是对金属有腐蚀性，会出现结晶现象。

物质的溶解度通常用在某一温度下100g溶剂中所能溶解的该物质的最大质量来表示。此时溶液处于饱和状态，被称为饱和溶液。因此，也可用饱和溶液的质量分数来反映物质的溶解度。物质溶解度的大小除与溶质和溶剂的特性有关外，还与温度有关，如图1—1溴化锂溶液的结晶曲线图所示，溴化锂在水中的溶解度随温度的升高而增大，随温度的降低而减小。可见一定温度下的溴化锂饱和水溶液，当温度降低时，由于溴化锂在水中溶解度的减小，溶液中多余的溴化锂就会与水结合成含有水分子的溴化锂水合物的晶体析出，形成结晶现象。

二、溴化锂溶液结晶

从溴化锂水溶液的性质可以知道，结晶取决于溶液的质量分数和温度之间的关系。在一定质量分数下，当温度低于某一数值时就要引起结晶。当溴化锂吸收式制冷机组发生结晶故障以后，对制冷机组进行熔晶是非常麻烦的事情。一旦制冷机组出现结晶现象，就必须立即对制冷机组进行熔晶处理，此时不但制冷机组的制冷量将大大减小，而且在熔晶过程中，浓溶液腐蚀金属会产生大量的不凝性气体，从而降低制冷机组的使用寿命。还有溴化锂溶液的浓度越高，对机组的腐蚀性就越大。因此，溴化锂制冷机组在运行当中应该尽量避免溶液的结晶。

在一般情况下，溴化锂制冷机组大都装有冷剂水的旁通装置和结晶时的自动熔晶装置。此外，为避免停机后的结晶，还设有停机时的溶液自动稀释装置。虽然制冷机组设有多项预防结晶的装置，但仍然有可能发生结晶事故，此时结晶以后对制冷机组的熔晶就显得非常的重要了。

（一）停机期间溶液结晶

溴化锂制冷机组停机期间发生结晶的主要原因是制冷机组停机时稀释运转的时间不够，蒸发器内存有大量的冷剂水未被蒸发，导致吸收器内溴化锂溶液浓度过高所致。

笔者于1995年至2000年期间曾在北京西客站制冷机房从事管理工作。北京西客站的制冷机组采用上海第一冷冻机厂生产的SXZ系列的蒸汽型溴化锂制冷机组十台。该制冷机组安装两台溶液泵，一号溶液泵负责为高压发生器提供稀溶液，二号溶液泵接在低温热交换器浓溶液的出口处，负责将低温热交换器出来的浓溶液，喷淋到吸收器内的冷却水管路上，以稀释从蒸发器出来的冷剂蒸汽。1998年8月的某一天有一台制冷机组开机时，机组二号溶液泵的过载继电器动作。检查中发现该制冷机组的蒸发器内有大量的冷剂水未被蒸发。在排除二号溶液泵电器部分故障的可能后，怀疑有可能是二号溶液泵内部溴化锂溶液结晶，从而导致二号溶液泵过载继电器动作。在确定故障的原因后立即组织人员对该制冷机组的二号溶液泵进行溶晶处理。

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具体操作如下：

1.立即将蒸发器内的冷剂水全部导入吸收器内，以降低吸收器中溶液的浓度。

2.采用外部加热的方法将溶液泵叶轮内及连接管路中的溴化锂溶液温

度升高，提高溴化锂在水中的溶解度，从而使结晶融化。考虑制冷机组的溶液泵采用法兰连接且电动机部分不能够承受高温，所以采用蒸汽加热溶液泵的叶轮及连接管路。为防止加热时蒸汽及凝水进入电控设备，在加热前以将电控设备包好。

3.在加热一段时间后采用点动的方式启动溶液泵。由于溴化锂制冷机组的溶液泵使用屏蔽泵，因此无法用肉眼直接观察溶液泵是否能够运转，所以在溶液泵出口处的取样阀处安装了一个真空压力表。由于溶液泵运转后会有一个扬程，所以真空压力表上指示的压力必定高于大气压力。溶液泵内的结晶也就融化了。当安装了真空压力表并打开取样阀后发现，真空压力表为常压；由于制冷机组内为高真空状态，因此断定溶液泵内部和取样阀处以完全结晶了。这也就验证了刚才判断溶液泵内部结晶故障是正确的了。

4.确定结晶故障后，组织人员继续用蒸汽全面加热溶液泵叶轮部分及其连接管路，考虑制冷机组低温热交换器和低温热交换器浓溶液出口连接吸收器的管路也有可能结晶；所以组织人员对这段管路及低温热交换器也一同加热。

5.由于溴化锂溶液对金属有腐蚀性，结晶后腐蚀性会更强；所以必定产生大量的不凝性气体，这些不凝性气体留存于制冷机组中会加重溴化锂溶液对制冷机组的腐蚀，降低制冷机组的使用寿命。因此，立即开启了真空泵抽除制冷机组内部的不凝性气体。在使用真空泵抽除制冷机组内不凝性气体时，应该特别注意的是：必须先开启真空泵以后，在打开机组用于抽真空的阀门。关闭时，必须先关闭机组用于抽真空的阀门后，在关闭真空泵。

由于及时正确的操作，半小时后制冷机组的二号溶液泵以能够连续运转。溶液泵内部的结晶以全部融化；开启制冷机组一号、二号溶液泵继续运转半个小时使机组内的溶液充分稀释后停止。事后经检查发现控制制冷机组稀释运转的稀释温度继电器损坏，导致制冷机组停机时稀释运转的时间不够，值班人员又未能及时发现而结晶。

（二）制冷机组运行中溶液结晶

溴化锂制冷机组在运行当中，引起结晶的因素有很多其中最主要的因素有以下几点：

1.冷却水进口的温度过低

溴化锂制冷机组在运行当中应该严格控制机组冷却水的进口温度，绝对不允许冷却水的进口温度低于制冷机组的标定值。当冷却水的进口温度过低时，将引起吸收器中稀溶液的温度降低。当过低温度的稀溶液在低温热交换器中与从发生器中回来的浓溶液换热时，会使浓溶液的温度急剧降低；从而导致低温热交换器中浓溶液的质量分数过高而结晶。

2.机组内积聚有大量的不凝性气体

不凝性气体是指在溴化锂吸收式制冷机组工作时，即不被冷凝，也无法被溴化锂溶液所吸收的气体。由于溴化锂吸收式制冷机组是在高真空状态下工作的。蒸发器、吸收器中的绝对工作压力仅几百帕，外部空气及易漏入机组。还有，在 http://

制冷机组运行的过程中，溴化锂溶液总会腐蚀钢铁、铜等金属材料产生氢气。况且当机组漏入空气以后，由于空气中氧气的存在还会加剧溴化锂溶液对制冷机组的腐蚀。这类不凝性气体即使数量极少，对制冷机组的性能也将会产生极大的影响。当机组内积聚有大量的不凝性气体时，蒸发器和吸收器的工作压力就会升高。由于蒸发器中蒸发压力的升高相应的蒸发温度也就升高了，导致蒸发器中积存大量的冷剂水无法蒸发。同时吸收器中压力升高后，大大降低了溴化锂溶液吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽的能力。由于大量的冷剂水积存在蒸发器中无法被蒸发，导致发生器中回来的浓溶液的浓度过高而引起结晶。

3.制冷机组常时间超负荷运转

当制冷机组常时间超负荷运转时，发生器中溶液的温度就会过高。导致发生器出来的浓溶液过份浓缩。在低温热交换器中，过份浓缩的浓溶液在与从吸收器出来的低温的稀溶液换热时急剧降温而结晶。所以溴化锂制冷机组不可以超负荷运转。

（三）制冷机组运行中溶液结晶的征兆

在溴化锂制冷机组的低压发生器与吸收器之间有一根旁通管，它的一端接在低压发生器溶液槽的上部。另一端接在吸收器上，这就是自动熔晶管。制冷机组正常运转时，低压发生器的溶液液面低于自动熔晶管。当机组溶液结晶时，低温热交换器浓溶液管路因浓溶液结晶而被堵塞，低压发生器溶液液面上升，最终流向自动熔晶管进入吸收器。由于从自动熔晶管流入吸收器的浓溶液未经过热交换器换热，因而溶液的温度比较高。流入吸收器后使吸收器的稀溶液温度升高，所以由溶液泵输送倒低温热交换器的稀溶液温度也将上升，在换热时使低温热交换器中的浓溶液的温度上升而使结晶融化。最终达到自动熔晶的目的。

由此可知，在溴化锂制冷机组运行中，自动熔晶管发烫是溴化锂溶液结晶的明显征兆。应该引起高度的重视，如果这时就采取相应的措施（如：降低负荷、将蒸发器内冷剂水导入吸收器、提高冷却水进口温度、抽除机组内的不凝性气体等），便可避免溶液的结晶了。

在这里应该特别提出的是，制冷机组在运行当中，应该实行抄表制度。各当班人员必须严格遵守抄表制度，每次抄表时间最长不应超过两个小时。这样不仅能够及时发现问题，而且还是处理机组故障时的重要依据。

三、蒸发器中冷剂水的污染

1.为什么要对冷剂水进行再生处理

溴化锂制冷机组在运行当中，由于运转条件的变化如：加热热源的突然升高或冷却水进口温度过低，或操作人员操作不当等原因，导致发生器中的溴化锂溶液可能随冷剂蒸汽进入冷凝器和蒸发器中，使冷剂水中含有溴化锂溶液，这种现象称为冷剂水污染。即使正常运转的机组，随着运转时间的增长，也会产生冷剂水污染。运转时间越长，冷剂水中溴化锂的含量越多。冷剂水污染会使制冷机组的制冷量下降。当冷剂水严重污染时，随着冷剂水中溴化锂含量的增多，吸收器中的溶液逐渐转移到蒸发器中，使得吸收器液位下降，以至影响到溶液泵的正常运转甚至产生吸空现象。因此，为了保证制冷机组的安全运行，应该经常检测蒸发器中冷剂水的比重。通常当冷剂水比重大于1.04时，就要进行冷剂水的再生

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处理了。

2.冷剂水再生的方法

在溴化锂吸收式制冷机组冷剂水泵的出口处有一个旁通阀，阀后连一根通往吸收器的管子，这就是冷剂水的再生管。当蒸发器中冷剂水被溴化锂溶液污染后，首先应关闭冷剂水泵出口的阀门，然后打开冷剂水旁通阀，将混有溴化锂溶液的冷剂水通过再生管全部导入吸收器中。当蒸发器中冷剂水的液位降低到一定值时冷剂水泵会自动停止，这时关闭冷剂水旁通阀，打开冷剂水泵的出口阀门，当蒸发器中冷剂水的液面上升到规定值后，冷剂水泵会自动运转，机组进入正常运行状态。重新测定冷剂水的比重，如达不到要求可反复进行冷剂水的再生处理，直至合格。

3.冷剂水取样

当测定冷剂水的比重时，就需要从蒸发器中取出一部分冷剂水。一般在购入机组的同时，厂家会随制冷机组一起提供一套专门用于抽取冷剂水的高压真空玻璃瓶，用于冷剂水的取样。如图3—1所示，在高压真空玻璃瓶的橡皮塞上穿有两根长短不一样的Ø10铜管，用抽真空专用的橡胶管将这两根铜管分别与冷剂水取样阀和真空泵抽气管上的抽真空阀相连接，注意不要接错（接近瓶底的铜管与冷剂水取样阀相连，接近瓶口的铜管与真空泵的抽气管相连）。首先，打开真空泵抽气管上的抽真空阀，开启真空泵将高压真空玻璃瓶抽空至没有不凝性气体后再打开制冷机组上的冷剂水取样阀，蒸发气中的冷剂水就会被吸入高压真空玻璃瓶内。当高压真空玻璃瓶内的冷剂水够用时，关闭冷剂水取样阀，再关闭真空抽气管上的抽真空阀，然后再关闭真空泵。这样，蒸发气中的冷剂水就被取出来拉。

参考文献：

1．溴化锂吸收式制冷技术及应用

编著者：戴永庆 机械工业出版社出版 2000年1月 2．《溴化锂吸收式制冷机组调试维修》

氨吸收制冷装置的改造 篇3

氨吸收制冷装置的作用是将粗煤气温度由180℃冷却到124℃, 并为甲醇提供冷量, 将一股甲醇由-23℃冷却到-50℃, 另一股甲醇由-28℃冷却到-37℃, 氨吸收制冷装置在粗煤气通过量为58500m3N/h的情况下, 一套装置在正常操作时的产冷量为2960KW;在粗煤气通过量为67000m3N/h的情况下, 一套装置在正常操作时的产冷量为3280KW;在粗煤气通过量为76000m3N/h的情况下, 一套装置在正常操作时的产冷量为3680KW (吸收制冷装置100%负荷) 。

1 目前该装置存在的主要问题

1.1 装置只能在低负荷下运行, 从来没有达到100%负荷;在运行60%负荷以上时, 高压精馏塔K02经常泛塔, K01塔偶然泛塔;

1.2 低压精馏塔K01塔顶温度超温, 比设计超出30~40℃;

1.3 解析器液体分布板经常堵塞;

1.4 现装置的最大制冷能力是3.68MW, 通过对实际生产数据的核算。

按照高压精馏塔K02、低压精馏塔K01两台精馏塔高负荷情况下操作数据, 对K01、K02塔进行工艺计算。工艺计算结果中的塔内负荷数据见表1、表2:

实际生产数据中, K01、K02塔负荷数据与原设计负荷数据相差不大, 说明在高负荷操作情况下, 塔的负荷数据已经达到原设计100%负荷数据。

在原设计中, 因为塔板形式和塔板开孔率偏低, 原塔已经不能满足100%符合生产要求。因此须更换塔内件以提高塔的处理能力。

2 K01、K02塔改造方案

根据对原设计的工艺核算和对现场数据的核算, K01塔和K02塔的主要问题是原设计塔板开孔率偏低, 不能满足100%负荷生产要求, 建议对K01塔和K02塔内件进行改造, 提高塔的处理能力满足生产要求。

氨吸收制冷工段生产过程中, K01塔和K02塔的加热由于热源粗煤气的量和温度波动大, 所以K01塔和K02塔气液相负荷波动也大。对K01塔和K02塔进行改造必须考虑塔内件操作弹性大, 塔处理能力大。

K01、K02塔改造方案中, 为满足100%负荷操作要求, 塔板开孔率必须大, 低负荷时塔板不易漏液, 高负荷时塔板不液泛。所以采用操作弹性更大的新型径向侧导喷射塔板对K01塔和K02塔进行改造。该塔板效率高、处理能力大, 尤其在气液相负荷波动大的情况下, 塔板仍能维持操作弹性更大而稳定的特点。

3 具体改造方案

3.1 保持K01塔和K02塔和塔体不变, 拆除原来塔内件 (钟罩塔板和浮阀塔板) 。

3.2 K01塔精馏段更换为五层径向侧导喷射塔板, 并且降液管、布液盘不变。提馏段更换四层径向测导喷射击塔板, 并改装U型液体受液盘。满足塔处理量、效率、弹性要求。

3.3 K02塔精馏段更换为五层径向侧导喷射塔板, 并且降液管、布液盘不变。提馏段更换四层径向测导喷射击塔板, 并改装U型液体受液盘。满足塔处理量、效率、弹性要求。

4 径向侧导喷射塔板的技术特点

此塔板采用先进的技术手段, 利用国外研发的流体力学多次计算。具有阻力小, 效率高, 通量大, 传质好的特点。操作运行稳定, 并且弹性非常大, 能适应负荷最高到最低的任何范围。当负荷最大时, 气相动力增大, 与液相混合传质传热后, 与帽罩接触后, 把所夹带的液滴分离下来。从而防止了雾沫夹带的发生。在负荷小时, 下滴的液流动力增加, 但受塔板与帽罩底隙所制, 控制了液相直接下流, 防止了漏塔现象。并且在提馏段还增设了U型受液盘, 起到液封作用, 增加了气液交换时间, 提高塔板的工作效率。

总结

吸收制冷 篇4

在工业余热氨水吸收式制冷系统的设计中,要尽量使系统的性能达到最佳。虽然可以通过试探法[1]一步一步地调整系统参数来得到较好的系统性能,但这种方法的工作量大而且计算繁琐。因此开发出能够依据特定条件对系统关键参数进行优化的软件是非常有价值的。

1 优化原则的选定

优化主要包括:在材料和能源一定的情况下对系统进行优化,以便于获得其最大的技术效果;在技术效果一定的情况下对系统进行优化,以便于获得最小的支出。文中主要对后者进行讨论。

系统的优化原则通常包括优化设计原则、热力学原则和经济原则。热力学原则是以热力学为基础,在一定的条件下对制冷参数进行优化,使其热力系数COP值达到最大。结构设计原则是从系统中各设备的尺寸和重量出发,使其尺寸达到最小,重量达到最轻。经济性原则是一种全面优化的原则。它既考虑系统的性能,又考虑系统的结构;既考虑初始投资,又考虑运行费用[2,3]。

根据以上原则,文中选用了以下3个目标函数:

1)在一定的约束条件下,选择合适的系统参数,使系统的COP值达到最大;

2)在一定的约束条件下,选择合适的系统参数,使系统的换热面积达到最小;

3)在一定的约束条件下,选择合适的系统参数,使系统的面积性能比达到最小。

2 优化参数的选定

在工业余热氨水吸收式制冷系统中有非常多的设定参数,设定参数只要在一定的范围内取值即可得出合理的结果,当然得出的结果会存在一些差异,因此就要选用最优的系统参数来达到最优的系统性能。在系统中可以进行优化的参数非常多(如初始条件参数、各设备温差参数等)。文中主要对以下参数进行优化:制冷温度t0、冷却水温度tl、发生器热端温差tfd,冷凝器热端温差tld,蒸发器传热温差tzd,吸收器冷端温差txd,溶液热交换器冷端温差trd。

文中主要采用坐标轮换法[4]对以上参数进行优化,其优化原理是:把系统抽象成多元函数,函数中含有多个变量。对系统进行优化时,让其中一个变量先发生变化,其他变量设为定值,求出该变量的最优值,然后让其他变量依次发生变化,找出它们各自的最优值。

3 约束条件及优化模型

3.1 约束条件

在优化设计中的约束条件主要有如下几方面:

1)设计计算中各种温差的取值范围;

2)氨水溶液工质物性的计算公式;

3)各换热器热平衡计算公式;

4)机组传热、传质计算公式;

5)机组工质流动计算公式;

6)必要的结构(几何)公式。

3.2 优化模型

根据工业余热氨水吸收式制冷系统的特性[5,6,7,8],在优化设计中的约束条件主要有如下几种优化模型。

1)以最大热力系数为优化目标。对于氨水吸收式制冷系统以最大热力系数为优化目标的数学模型:

式中:to、tl、tzd、tld、tfd、txd、trd—优化参数变量;f(to,tl,tzd,tld,tfd,txd,trd)—目标函数,函数的目标是求最大COP值。

优化程序中的有关数值可由能量平衡、质量平衡及热力平衡方程来确定,换热系数可由物性参数、流速等来确定。

2)以最小换热面积为优化目标。

对于工业余热氨水吸收式制冷系统以最小换热面积为优化目标的数学模型:

式中:f(to,tl,tzd,tld,tfd,txd,trd)—目标函数,函数的目标是求最小换热面积Fmin;Fmin—各设备换热面积之和的最小值。

3)以最小面积性能比为优化目标。对于工业余热氨水吸收式制冷系统以最小换热面积为优化目标的数学模型:

其中,目标函数为,函数的目标是求最小换热面积与系统性能系数的比值。

4 系统参数的优化程序

工业余热氨水吸收式系统参数优化程序流程图,如图1所示。根据系统参数程序流程图编制优化程序[9],分别以最大热力系数、最小换热面积、最小面积性能比为目标函数对系统进行优化,根据给定的初始条件计算出系统中各状态点的参数,经合理性检查后计算各设备的热负荷并检验系统的热平衡,然后计算系统COP值及各设备的换热面积,之后进行优化筛选,优化软件界面如图2所示。

5 工业余热氨水吸收式制冷系统优化结果

利用优化软件,分别以最大热力系数、最小换热面积及最小面积性能比为优化目标,对系统参数进行优化,并对其优化结果进行分析。

5.1 以最大热力系数为优化目标

1)优化前后参数对比(见表1)。

2)优化前后换热面积对比(见表2)。

由表2可以看出,当系统以最大热力系数为优化目标时,优化后的COP值从0.4471增加到0.5899,COP值有了显著的升高,但该系统的换热总面积却增加了170.21m2。由此可得出,若只片面追求系统COP值的提高,则会增加初始投资。因此当以最大热力系数为优化目标时,优化的结果是不能够完全反映出系统的综合性能。

℃

5.2 以最小换热面积为优化目标

1)优化前后参数对比(见表3)。

℃

2)优化前后换热面积对比(见表4)。

由表4可以看出,当系统以最小换热面积为优化目标时,优化后系统的换热总面积虽减少了100.92m2,但COP值却降至0.4459。由于COP值的降低,从而使运行成本增加。由此看出,若只是追求初始投资的最小,则会降低系统的热力系数,从而使系统的运行成本增加。因此采用该优化目标时,优化的结果不能完全反映出系统的综合性能。

5.3 以最小换热面积为优化目标

1)优化前后参数对比(见表5)。

℃

2)优化前后换热面积对比(见表6)。

由表6可以看出,当系统以最小面积性能比为优化目标时,系统的COP值由0.4471增加到0.527,同时该系统的换热总面积也减少了25.02m2。由此可以看出,当以最小面积性能比为优化目标时,不仅可以降低系统的制造成本,同时又可以降低系统的运行成本。因此当以最小面积性能比为优化目标时,优化结果能够充分反映出系统的综合性能。

6 结语

文中采用VC++编制了工业余热氨水吸收式制冷系统参数优化软件,分别以最大热力系数、最小换热面积及最小面积性能比三大优化原则为优化目标,对制冷温度、发生器热端温差等7个参数进行优化,经软件计算、数据对比,得出以最小面积性能比为优化目标时,优化结果能够有效的提高系统的综合性能。

参考文献

[1]焦永刚.余热回收型吸收式制冷循环优化研究[D].天津:天津大学,2005.

[2]焦永刚,胡定科,胡静.吸收式制冷循环的计算机模拟及优化分析[J].石家庄铁道学院学报,2003,19(1):100-105.

[3]戴永庆.溴化锂吸收式制冷技术及应用[M].北京:机械工业出版社,1996.

[4]邵陆涛,优化设计方法[M].北京:中国农业出版社,2007:59-62.

[5]林陈敏,陈亚平,田莹.氨水吸收式制冷系统在渔船尾气中余热利用分析[J].能源研究与利用,2008,(1):37-40.

[6]倪锦,顾锦鸿,沈建.渔船氨水吸收式制冷系统的建模和理论运行特性分析[J].流体机械,2011,39(2):52-57.

[7]孔丁峰,柳建华,张良,等.单级氨水吸收式制冷机试验台性能研究[J].流体机械,2010,38(5):56-62.

吸收制冷 篇5

衡量产品是否环保应从以下四方面进行:①首先是没有破坏大气臭氧层的气体排放,应以臭氧损耗潜能(ODP)为衡量标准;②温室气体排放应尽可能低,须以全球变暖潜能(GWP)为衡量标准;③设备运行时耗能量要少;④所生产的制冷设备耗用原材料要少(因为原材料资源的消耗也会对环境起着不可估量的破坏作用)。基于以上四种因素综合判断,我们才能科学地衡量制冷设备是否具有环保特性。

2 环保优势突出

减压发生喷射吸收复合式制冷技术是采用双工质循环,一种工质是制冷剂,另一种工质是吸收剂。这里只是说明该制冷技术可采用什么样的工质对,其对环境有何影响?

本制冷技术最理想的制冷工质对是氨与水,也可以采用TFE/NMP和TFE/E181等优良工质对。我们知道,氨极易溶于水,其比容小,潜热大,价格低廉,能效高,传热性好,且易检漏,含水余地大,管径小,ODP值为零,GWP值亦为零,是很好的环保制冷工质,但其有毒易爆炸需认真对待。NH3的安全性记录是好的,须找到更好的安全办法,如:减少充灌量,增大循环量,降低其运行压力等。为了应对全球气候变暖的趋势,目前世界上又重新掀起对这一古老制冷剂研究的热潮。特别是在欧、美、日、韩一些发达国家所研究的GAX吸收式制冷技术,他们所采用的制冷工质对是氨与水,并进行了较长的商业化运作,并逐步推向家庭。为了打消人们对氨气使用危险性的顾虑,我们还是可以采取有效的技术措施与手段,完全可以杜绝氨气泄漏会伤及人的事故发生。我们也可以采用TFE/NMP及TFE/E181这两种工质对来代替氨/水。而TFE/NMP和TFE/E181工质对具有工作温度范围广,使用场合不受限制,在真空状态下工作安全性好等优点,是目前正在使用的吸收式制冷工质对所无法比拟的,因而具有非常良好的应用前景和环保特性。

3 节能潜力巨大

当溶液压力低于某温度的饱和压力时,它将会吸收其周围环境温度的热量而自行蒸发。这种降压发生的方式,在化工领域里应用较为普遍了。采用这种降压发生的工艺,可以为企业节约大笔能源费用,然而把降压发生技术应用于制冷工艺流程中也应是一个很好的节能举措。这方面有一个例子,如氨/水吸收式制冷技术其热力系数难以触及1.0。若采用降压发生复叠式制冷循环(氨/水)其热力系数可以达到2.0左右,如图1所示。它是在高温加热的制冷循环中采用常规的氨/水吸收式制冷循环,只是降低该循环的吸收压力,以便吸收由复叠的降压发生制冷循环所发生出的低压氨蒸气。由高温加热的发生器所产生的氨蒸气经冷凝并减压后进入蒸发器内蒸发,吸收低温热源,进行制冷,蒸发后的氨蒸气。由复叠的降压发生制冷循环中的吸收器所吸收。由于该工作点的压力的温度均较高,为了使发生器内的溶液能在较低的温度下发生沸腾,因而吸收低温热量,分离出低压氨蒸气。而该低压氨蒸气被高温加热级的稀溶液所吸收,至此完成了一个复叠的降压发生制冷循环。但该制冷系统内的焓值较高,会给运行带来一定的安全隐患。对于减压发生喷射吸收复合制冷技术来说,其系统内运行的焓值就会降低许多,因为它采用的是液体喷射器,动力源是电所驱动的循环泵,而不需要热力做其动力源。我们知道射流泵自身具有抽吸作用,它可以使容积内的压力降下来,从而为溶液创造了减压发生的条件。而且射流泵还可以充当吸收器,起着抽吸吸收的作用。从图2可以看出,该流程中的射流泵不仅起到压缩机的作用,图中的射流泵相当于两级压缩,并起着吸收器的作用。

它是采用射流泵抽吸吸收来降压,达到减压发生的目的,而且无须给系统注入温度较高的热能,完全可以利用低势热能,甚至是环境温度热能以达到溶液发生的目的,系统可处在较低的焓值状态下运行,这不仅节约大量热能,而且使运行变得更为安全。

减压发生喷射吸收复合制冷不仅能很好地利用低势热能,而且对吸收循环热利用率非常高,可达100%,GAX吸收式制冷对吸收循环热的利用是采取热交换的方式来获取吸收热的。它是在高温热的条件下,为了提高吸收式制冷循环的性能系数,将吸收过程所排出的部分热量回收,作为发生过程的部分加热热量。GAX制冷吸收循环过程如图3所示。

当具有较高热源温度时,在增大循环放气范围的同时,回收吸收过程的部分热量作为发生器内的加热热量,以减少向环境的排热,使制冷系统的热力系数有较大幅度的提高,GAX吸收制冷循环的COP值可超过1.0,其采暖热效率比锅炉的热效率要高得多。可想而知对吸收热利用可大大提高制冷设备的节能潜力,不过GAX充其量也只能利用吸收热总量的三分之一。而减压发生喷射吸收复合制冷可以百分之百地把吸收热加以利用起来,因为它在传质过程中同时把吸收热也传入到发生器内,是属于对流换热方式,而不同于GAX采用热交换器导热的方式。

在与传统的采用电驱动的压缩变相式蒸气制冷对比中,我们发现射流泵在相同的压缩比和相同的功率情况下,是各压缩机输气能力的十倍左右。这种喷射式压缩机(射流泵)没有运动元件,是通过转换辅助流体的动能来实现压缩的动力式压缩机。它不同于常规压缩机会有较高的机械摩损和余隙容积气体损耗。而且气体分子之间的压缩是需要外部做许多功的。但是射流泵的压缩做功会有所不同。因为辅助流体对气体分子存在一定的亲和力,这就为我们省去许多压缩做功之力,它当然会优胜于各类压缩机的输气能力,更显其在制冷领域里的优越性和经济性。

4 设备制造费用低

相对于当前的两效溴化锂制冷技术来说,减压发生喷射吸收复合制冷无须再设置吸收器及低浓和高浓热交换器,只是添加两组增压循环泵和液体喷射器而已。相比之下所增设循环泵和喷射器要比吸收器的成本低得多。参看双效溴化锂制冷流程图4。

溴化锂制冷尽管有其良好的工作特性,但也存在许多问题。如:受溴化锂结晶曲线的限制,难以实现空冷化;溴化锂溶液在较高的温度下(>180℃),对金属的腐蚀性激增。减压发生喷射吸收复合式制冷技术所使用的工质是氨,而氨的传热、传质系数大,比容小,其设备所需材料少。而且该制冷技术冷凝器热负荷小,冷凝温度又较高,所以冷凝器体积可以设计得相当小,并可实现风冷。

在与氨/水吸收式制冷技术比较中,我们可以看出氨/水吸收式制冷流程中必须要设置分馏装置。因为氨/水吸收式制冷是在较高的焓值下运行的,相对温度较高,势必会把吸收液(水)一起蒸发了,为此,必须要设置一种能把制冷蒸气和吸收质分离出来的装置——分馏器,才可以使该制冷设备达到较好运行的效果。而对于减压发生喷射吸收复合制冷技术来说这就没必要设置分馏器了,因为它的系统是在较低焓值下运行的,其温度不足以引起吸收剂的蒸发。

对于GAX吸收循环制冷和气体喷射吸收复合式制冷来说,它们同样需要设置吸收器和低浓与高浓热交换器。

5 结语

从减压发生和喷射吸收运行的方式来看,该项制冷技术是极具节能潜力的,其射流泵在这一流程中恰当设置是远远优于气体喷射器的设置,虽添加了增压循环泵,但其能耗和成本双指标却大幅下降。

摘要：通过一系列的制冷技术和制冷方法的比较，并从多方面因素加以考虑，发现减压发生喷射吸收复合式制冷技术具有很强的实用价值，其环保优势突出，节能显著，且制造成本低廉。

关键词：性价比,ODP值,GWP值

参考文献

[1]刘小江．一种减压发生喷射吸收复合制冷装置：中国，实用新型，ZL200520049987．2[P]．2005-09-27．

[2]刘小江．减压发生喷射吸收复合制冷原理与经济分析[J]．制冷，2007，26(2)：35-39．

[3]柏木孝夫监修．吸收进展[M]．东京：株式会事业新闻社，1995．

[4]殷勇高，张小松．氨水喷射——吸收式制冷循环的研究[J]．热科学与技术，2004，3(2)：147-150．

[5]蒋立本，顾兆林，牛宏新，毕心德．吸收——喷射复合制冷循环与双效吸收式制冷循环的比较研究[J]．流体机械，2002，28(6)：46-48．

溴化锂吸收式制冷机节能运行分析 篇6

洛阳石化空压冷冻站共有6台蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷机, 其中5台由江苏双良集团公司设计制造, 机组型号是SXZ8-465D。另外1台由大连三洋制冷有限公司设计制造, 机组型号是NG-83MT, 主要为聚酯、短纤维、合纤空调及工艺系统提供冷冻水。

2 SXZ8-465D与NG-83MT型制冷机主要技术参数

2.1 溴冷机设计参数

下表1为SXZ8-465D与NG-83MT型制冷机设计参数。

2.2 溴冷机工艺参数

下表2为SXZ8-465D与NG-83MT型制冷机主要的工艺参数一览表。

3 主要工艺参数控制分析及优化措施

机组技术参数有一定的控制范围, 通过优化参数, 即保证设备正常运行, 又达到节能降耗的目的。

3.1 蒸汽压力

在其它条件不变时, 机组的制冷量随着加热蒸汽压力的升高而增大, 当加热蒸汽压力提高0.1MPa时, 制冷量约增加5%~10%。但是蒸汽压力过高时, 机组容易结晶, 制冷量反而会严重下降。本站蒸汽压力的指标是0.7~0.85MPA, 在实际操作中, 进分汽缸蒸汽压力一般控制在0.3~0.8MPa之间, 为了节能的目的, 在机组调整时会根据溶液浓度、温度、空调负荷等因素的变化, 有选择性的控制蒸汽压力, 减少蒸汽用量。

3.2 冷却水进口温度和水量

在其它条件不变时, 机组的制冷量随着冷却水进口温度降低而提高。冷却水进口温度降低1℃, 制冷量增加3%左右。但是冷却水温度过低或用量过大, 将造成浓溶液结晶和冷剂水污染现象的发生, 所以从机组安全运行角度考虑, 不允许冷却水进口温度过低, 需要设定≥19℃的联锁保护。当机组冷却水进口温度升高时, 机组制冷量下降, 所以设计冷却水温度上限为32℃, 在实际机组运行中, 当冷却水温度超过30℃时, 机组制冷量将大大下降, 所以就需及时联系循环水场降水温, 以免影响生产。冷却水量可以有50%~110%的变化范围, 实际可以实现5%~100%调节, 因此根据空调负荷调整冷却水量是一项重要的节能措施。

3.3 冷水出口温度

冷水出口温度设计指标是7℃, 本站控制指标是7~11℃, 这是因为当其它内外条件不变的情况下, 冷水出口温度每升高1℃, 机组制冷量提高4%~7%。在水温32℃的条件下, 冷水出口温度由7℃提高至9℃, 制冷量由100%提高至110%。所以当空调负荷降低时, 适当提高冷水供水温度, 可提高机组制冷量, 而不必一定控制冷水温度在7℃, 变冷水出口温度调节, 是溴冷机一项节能降耗的重要措施。

3.4 高发温度、高发压力

高发温度及压力过高会造成机组结晶, 所以SXZ8-465D型机组设计高发温度≤170℃, 高发压力≤940mm Hg;NG-83MT型机组设计高发温度≤165℃, 高发压力≤0kg/cm2, 由于本站设备寿命已达十几年, 机组性能下降, 易发生结晶现象, 因此实际设备运行中控制SXZ8-465D型机组高发温度≤135℃, 高发压力≤440mm Hg;NG-83MT型机组高发温度≤140℃, 由于控制得当, 近年来机组很少发生结晶情况。

3.5 溶液的浓度

溶液的浓度越高, 吸收效果越好, 但过高易结晶, 故机组设计指标要求浓溶液浓度不能超过65%。但在实际生产中, 一般控制稀溶液浓度不超过54%, 浓溶液浓度不超过60%, 这是因为当溶液浓度为64%时, 结晶温度为40.5℃, 40℃左右的温度已是SXZ8-465D型机组的日常喷淋温度, 故要严格控制溶液的浓度, 防止结晶现象的发生。影响溶液浓度的因素主要有蒸汽温度和压力、冷却水量及温度、不凝性气体、高发温度及压力、真空度等, 通过对以上参数进行全面控制, 可达到预防结晶、降低能耗、延长机组寿命的效果。

4 溴冷机在运行过程中的参数波动及优化措施

近年以来, 本站溴冷机在运行过程中主要参数波动有冷水压力波动;真空度不好, 制冷量下降;控制系统老化, 传输数据缓慢不准;冷却水温度波动;针对现状本站采取了相应的解决措施, 有效地优化了机组运行。

4.1 冷水供水压力波动

供水压力低时不能满足用户生产需求;供水压力高时, 对设备造成冲击, 甚至将溴冷机蒸发器端面憋漏, 增加机组铜管胀裂的风险, 操作人员不得不手动将冷水排地沟, 造成不必要的浪费。

原因分析及对策:

(1) 稳压补水系统补水泵出口单向阀内漏, 稳压罐冷水回流至补水箱, 造成冷量损失。

处理措施:更换新的单向阀。

(2) 冷水进回水管线上的供水压力调节阀是反装阀, 可是此阀仪控程序设计错误, 不能实现自动控制, 造成水压不稳, 波动大。

处理措施:改正了电脑仪控程序错误, 实现调节阀自动控制。

(3) 补水箱浮球阀故障, 水箱液位波动, 大量冷水从补水箱溢流。

处理措施:更换新的浮球阀, 要求操作人员开关阀时缓慢, 防止对浮球阀过大冲击。

4.2 溶液循环量不合适, 机组液位波动

调整合适的溶液循环量, 不仅能提高机组的制冷量, 而且还能节约蒸汽和循环水用量。

原因分析及对策:

(1) 由于操作人员经验不足, 造成液位调整不当。

(2) 可通过调节溶液泵出口溶液阀和中间溶液阀来实现机组液位和溶液循环量的调整;也可以通过改变高发温度或压力的设定值, 从而改变变频器的频率来调节。在调节过程中要注意保持高低压发生器液位的稳定, 防止因液位波动而造成冷剂水污染。在开启机组后要多观察液位的变化, 其中包括:发生器液面、吸收器液面、蒸发器液面, 防止液位控制不准。

4.3 蒸汽压力波动

蒸汽压力波动大, 造成制冷机结晶。

原因分析及对策:

(1) 主要原因:本站蒸汽是由热电站提供, 用户多, 用量不稳定。

(2) 本站的蒸汽压力主要是靠自力式调节阀、蒸汽调节阀及蒸汽切断阀控制, 根据经验, 以自力式调节阀控制总压力范围, 蒸汽切断阀防止压力波动, 在这两个阀的配合下才能有效发挥蒸汽调节阀的能量精细调整。另外, 如果机组在不好状态下运行时, 而蒸汽调节阀此时失灵, 很可能造成机组重故障, 所以蒸汽调节阀的灵敏度也是我们监测的重点, 应经常检查蒸汽调节阀状态, 满负荷时是否全开, 无负荷时是否全关。开机通蒸汽时, 应时刻观察蒸汽压力的变化, 防止供热过快, 使发生器传热管受热不匀, 造成传热管变形和胀管处泄漏。通过蒸汽用量的控制即保护了机组又达到了节能的目的。

4.4 环境温度变化, 冷却水温度、空调负荷波动

本站用的冷却水进口温度、空调负荷波动大, 给制冷调节带来难度。

原因分析及对策:

(1) 白天与夜晚、晴天与阴天气温变化大, 尤其到了夜晚、晚秋空调需要的冷量降低, 冷却水温度也随气温变化而降低。另外, 本站用的冷却水是由循环水场提供, 用户多, 影响因素多。

(2) 处理措施:当冷却水温度降低时, 可及时降低蒸汽和循环水的用量。当空调负荷降低时, 适当提高制冷机冷水供水温度, 减少蒸汽和循环水的用量, 达到节能的目的。本站十几年的设备运行经验证明, 及时调整溴冷机制冷量, 可有效降低能耗, 效益可观。

5 结论

溴化锂制冷机系统运行的好坏, 对用户生产稳定性和产品质量影响较大。另外溴化锂制冷机是能耗大户, 蒸汽、冷却水消耗量大, 通过在生产中对制冷系统的工艺参数控制、操作优化和性能改进, 稳定了溴冷机的运行状况, 也达到了节能降耗的目的。

参考文献

吸收制冷 篇7

今年是“十一五”的最后一年, 各地为完成节能减排的指标, 均采取了一系列节电与省电的措施, 也导致柴油发电机组得到了大量的使用, 柴油机节能问题日益引起了人们的重视。如何提高能源的利用率, 减少柴油机废气的排放, 保护人类赖以生存的环境是人们致力研究的课题。目前我国柴油机年销售数量超过了140万台, 但能源利用效率比较低, 主要原因是柴油机效率不高, 柴油机在不同工况下, 燃料燃烧有很大一部分能量随尾气与冷却介质散发进大气, 按照有效功和各种损失的数量分配来研究燃料中总热量的利用情况, 称为柴油机的热平衡。燃料的总热量由四部分组成, 在全负荷工况下, 柴油机热平衡方程式各部分组成的数值如表1所示:

由表1可知:柴油机燃料转化为有效功只占30%~40%左右, 随着柴油机尾气与冷却介质排进大气中占了近2/3左右, 因此柴油机排放的废热十分惊人。如何回收这部分热量显得尤为重要。本文提出柴油机余热能循环利用的思路, 就是利用其低品位热能, 夏季驱动吸收式制冷空调系统, 冬季余热供暖。

1 柴油机余热能量的分析

柴油机余热由柴油机烟气余热与冷却水余热构成, 以KTA-19型康明斯柴油机为例, 柴油机的主要参数记录: (柴油机运行功率Pe=360 kw工况时) ;燃油耗率:215 g/kw.h;排气温度:th=450℃;冷却水入口温度:tr=70℃;冷却水出口温度:tc=93℃。

1.1 柴油机的烟气热

(1) 理论上燃烧1 kg燃油所需的空气量14.3 kg[1];取过量空气系数α=1.8 (高速增压四冲程柴油机α取值1.6~2.0) ;则燃烧1 kg燃油所需的空气量为25.7 kg, 由公式可知:

L=αL0=1.8×14.3≈25.7 (千克空气/千克燃油)

式中:L——燃烧1 kg柴油实际供入气缸的空气量;

L0——完全燃烧1 kg柴油所需的理论空气量;

α——燃烧过量空气系数;

(2) 燃烧产生1 kg排烟的可利用热量

由于排气温度低于125℃时, 废气中硫的氧化物会造成柴油机零部件的低温腐蚀。为防止低温腐蚀, 排入大气中的废气温度最好不低于150℃, 废气中每1 kg排烟实际可利用的废热热量为 (排烟的主要成份为C02, H20, 02, N2, 取CP=1.05 kJ/kg.K) 由公式得:

q=CPΔt=1.05× (450-150) =315 kJ/kg

式中:q——每千克排烟的可利用热量 (kJ/kg) ;

CP——平均定压比热 (取值见[1]) ;

Δt——排烟被利用前后的温差 (t前取450℃, t后取150℃) ;

(3) 柴油机排烟的热量

KTA-19型柴油机的功率为360kw, 该工况时燃油耗率为215 g/kw.h, 故该机每小时耗油量为77.4 kg/h, 燃烧1 kg燃油所需的空气量为25.7 kg, 每小时产生的排烟为2066.58 kg/h, 每小时排烟可利用的热量为650972.7 kJ, 相当于181 kw。计算如下式:

式中:Ge——柴油机每小时的耗油量;

ge——柴油机有效燃油消耗率;

Pe——柴油机功率;

Qg——每小时排烟可利用的热量。

1.2 柴油机的冷却水带走的热量

气缸冷却水、活塞冷却水带走的热量是另一项柴油机排热。目前使用的柴油机由于冷却水温度提高, 总的散热量有所减少, 但冷却水热能的品质有了较大的提高, 该部分热量Q水可以下式计算 (在该工况时:柴油机冷却水进口温度为70℃, 出口温度为93℃, 冷却水流量为4 200 kg/h, 取水的比热Cw=4.2kJ/kg.K) :

式中:Qw——每小时柴油机的冷却水带走的热量

Gw——柴油机冷却水流量 (柴油机使用手册) ;

Cw——水的比热 (见[1]) ;

t2、t1——柴油机冷却水出口、入口温度。

2 利用柴油机余热吸收式制冷系统

2.1 溴化锂吸收式制冷原理

溴化锂吸收式制冷以水-溴化锂为工质对, 其工作原理 (如图1) 为:溴化锂稀溶液在发生器中被加热, 产生冷剂 (沸点较低) 水蒸汽, 冷剂水蒸汽在冷凝器中被冷却, 并凝结成液态水。液态水经节流机构减压后进入蒸发器并在其中汽化吸热, 产生7℃冷冻水送入用户进行降温除湿, 汽化后的水蒸汽被吸收器吸收;发生器中溴化锂溶液被加热发生水蒸汽后变为浓溶液 (沸点较高) , 进入吸收器被冷却水冷却后吸收来自蒸发器的水蒸汽变为稀溶液。再由溶液泵送入发生器, 完成吸收制冷循环。由于溴化锂吸收式制冷机对热源参数要求低、适应性强, 热源的驱动作用是在发生器1将溴化锂溶液中的冷剂水蒸发出来。

溴化锂吸收制冷的特点:

(1) 以热能为动力, 不需耗用大量电能, 而且对热能的要求不高。能利用各种低势热能和废气、废热, 如高于20 kPa (0.2kgf/cm2) (表压) 饱和蒸汽, 各种排气;高于75℃的热水以及地热、太阳能等, 有利于热源的综合利用。若利用各种废气、废热来制冷, 只需要花费泵的运转费用, 便能获得大量的冷源, 具有很好的节电、节能效果, 经济性高。

(2) 整个制冷装置除功率很小的屏蔽泵外, 没有其他运动部件, 振动小、噪声低, 运行比较安静。

(3) 冷量调节范围宽。随着外界负荷变化, 机组可在10%~100%的范围内进行冷量无级调节, 且低负荷调节时, 热效率几乎不下降, 性能稳定, 能很好地适应变负荷的要求。

(4) 对外界条件变化的适应性强。

2.2 以柴油机的余热作为动力驱动制冷循环

柴油机排气废气热的特点是温度高 (可达450℃) 但传热特性低, 柴油机的冷却水水温度低, 如果单利用废气余热或冷却水的余热, 余热的利用率都比较低。因此考虑将柴油机的消音器与冷却系统稍做改造, 这样柴油机的冷却水和废气的余热同时可以利用。

(1) 柴油机尾气驱动的吸收式制冷循环

柴油机排气温度在400℃以上, 所带走的热量约占燃料发热量的35%以上。将原来引入消音器的 (降低温度将热量传给大气) 高温废气引入制冷系统的发生器, 作为吸收式制冷系统的热源。如图2所示:

(2) 柴油机冷却水驱动的吸收式制冷循环。

柴油机正常运转时循环冷却水的出口温度在90℃以上, 所带走的热量约占燃料发热量的25%以上, 因此也可利用柴油机的冷却水作为发生器的热源进入发生器的加热溴化锂溶液。如图3所示。

2.3 柴油机余热利用前后的热效率分析

余热没利用前的热效率 (以KTA-19型为例, 标定功率:360kw;标定工况时燃油耗率:215 g/kw.h;柴油的低热值10500kcal/kg;燃烧的总功率W总=948 kw) , 计算如下式:

式中:W总——柴油机燃烧总功率;

Hu——柴油的低热值 (见[1])

余热充分利用后的热效率:

所以柴油机的余热利用后热效率从38%提高到了69%, 大大增加了柴油机的效能。

3 结束语

本文提出了一种柴油机余热利用的方法, 该系统同时利用了柴油机的排气余热和冷却水余热, 由于没有用单独的动力装置作为制冷动力, 也不会消耗柴油机的有效功率, 节能效果明显;另外由于利用了排气余热, 降低了柴油机的排气温度, 减少了热污染, 也减少了NOx、CO2的排放, 使得柴油机尾气更加环保。今后随着技术的不断进步, 柴油机余热驱动的吸收式制冷系统将有广泛的应用前景。

参考文献

[1]刘颖主编.柴油机原理.华中工学院出版, 1983.9.

[2]杨培毅, 程林.汽车余热空调的研究现状[J].流体工程.1993, 21 (6) :54-59.

[3]戴永庆.溴化锂吸收式制冷机国外发展综述制冷学报, 1993.

[4]肖尤明, 徐烈, 李志伟, 等.汽车空调余热溴化锂吸收式制冷装置的研究[J].制冷学报, 2004, (1) :22-26.

吸收制冷 篇8

早期渔船制冷对运行的经济性关注程度不够,随着节能减排的需要,制冷系统的运行成本已成为制约捕捞利润的一个重要因素[6]。渔船柴油发动机的大部分热能被烟气和冷却水带走,烟气直接排放导致的热量损失约30%[7]。渔船内部工作环境和鱼类的冷藏均需要制冷设备,因此研究利用烟气余热的渔船氨水吸收式制冷系统,实现制冰、蓄冷和环境供冷,对于节能减排、提高经济效益和改善船上工作环境都具有重要意义[8,9]。

众多学者在渔船制冷方面开展了研究。杨思文[10]在上世纪80年代末较为系统的研究了氨水吸收式制冷系统的可行性、热力计算和性能指标等,为氨水吸收式制冷系统应用于船舶制冷建立了基础。谭显光等[11]探讨了吸附式制冷系统在渔船冷库上的应用,研究表明利用柴油机余热驱动吸收式或吸附式制冷剂可在不增加柴油机油耗的情况下回收尾气余热实现制冷,以满足渔船的需求。陈可[12]研究了双吸附器冷管水内冷的吸附式制冷剂,利用烟气作为热能,实现渔船的食品冷藏;林陈敏等[13]提出了一种利用渔船柴油机尾气驱动的氨水吸收式制冷机,该技术采用溶液冷却吸吸收和溶液加热发生的循环方式,使得制冷性能系数(COP)提高20%左右;进一步提出了一种溶液冷却吸收的氨水吸收式制冷循环方案,可提高制冷系统的性能系数[14]。

本文根据渔船节能减排和渔船实际工作需求,设计一种适用于渔船的氨水吸收式制冷系统,以满足渔船对冰、冷海水和环境供冷的需求;建立渔船氨水吸收式制冷系统的数学模型及性能评价指标,实现制冷系统的仿真;研究不同烟气参数和不同操作条件下系统的运行特性,为优化渔船制冷系统和实现低碳渔船提供理论基础。

1 系统运行原理

本文根据氨水吸收式制冷的原理[15],结合渔船制冷[16]的工作特点,设计了一种新型的渔船氨水吸收式制冷系统(图1)。系统包含制冰、直接供冷、冰蓄冷等模块。氨水吸收式制冷系统中制冷剂回路主要设备有精馏发生装置、冷凝器、蒸发器、吸收器等。柴油机排放的烟气经烟气入口进入精馏发生装置,作为系统的主要热源。

氨水吸收式制冷系统中载冷剂回路主要设备有乙二醇溶液罐、制冰机、蓄冰槽、板翅式换热器、风机盘管、三通阀A和三通阀B等。当需要制冰时,载冷剂经蒸发器放热后由载冷剂循环泵驱动经三通阀A进入制冰机中制冰,然后返回到蒸发器中;当需要直接供冷时,载冷剂经蒸发器放热后由载冷剂循环泵驱动,经三通阀A和三通阀B进入风机盘管换热,为渔船内的工作环境供冷;当需要蓄冷时,载冷剂经蒸发器放热后由载冷剂循环泵驱动,经三通阀A和三通阀B进入蓄冰槽中的盘管,蓄冰槽中水的热量被载冷剂带走,冷量在蓄冰槽中不断聚集。蓄冰槽可在渔船动力装置停止工作时,为渔船上工作空间提供冷源;当需要蓄冰槽供冷时,蓄冰槽中的冷水由冷水循环泵驱动,冷水进入板翅式换热器中与风机盘管回路系统中的载冷剂换热后返回蓄冰槽中。风机盘管中的载冷剂由泵驱动进入板翅式换热器中与冰水换热后向环境供冷。

2 系统数学模型

在不考虑外部扰动因素的情况下,渔船氨水吸收式制冷系统在稳定运行时,制冷系统内部工质的流动是稳态过程。为了研究不同工作环境和运行工况下制冷系统的性能,本文根据能量守恒和质量守恒定律,以及制冷系统中物流传输途径,建立了稳态下系统的热力学计算模型[17,18],其中包括溶液质量平衡、能量平衡和氨组分的质量平衡等(泵功和热损失不计)。以下公式中,Q为换热量(kW),m为工质的质量流量(kg/s),h为工质的焓值(kJ),ξ为工质的浓度(%)。系统的数学模型具体如下:

(1)发生器(g)

Qg=m9h9+m11h11-m8h8-m12h12 (1)

m9+m11=m8+m12 (2)

m9ξ9+m11ξ11=m12ξ12+m12ξ12 (3)

下标:8为发生器中部氨水溶液管路进口,9为发生器底部氨水溶液管路出口,11为发生器内部蒸发的氨气,12从精馏塔回流的氨液。

(2)精馏塔(r)

Qr=m11h11-m1h1-m12h12

=(m1+m12)h11-m1h1-m12h12 (4)

m11ξ11=m1ξ1+m12ξ12 (5)

下标:1为精馏塔顶部氨气管路出口。

(3)吸收器(a)

Qa=m5ah5a+m6h6-m7ah7a

=m5ah5a+m6h6-(m5a+m6)h7a (6)

m5aξ5a+m6ξ6=m7aξ7a (7)

下标:5a分离器中氨气管路进口,6为吸收器中氨溶液管路进口,7a为吸收器底部氨溶液管路出口。

(4)溶液热交换器(fHEX)

QfHEX=m8h8-m7h7=m9h9-m10h10 (8)

m8=m7=m7a,m9=m10 (9)

下标:7为来自吸收器的溶液进入溶液热交换器的管路进口,10为来自发生器的溶液离开溶液热交换器的管路出口。

(5)过冷器(dc)

Qdc=m2h2-m3h3=m5ah5a-m5h5 (10)

m2=m3,m5a=m5 (11)

下标:3为来自氨罐的氨液离开过冷器的管路出口,5为蒸发器中氨气的管路出口。

(6)冷凝器(c)

Qc=m1h1-m2h2=m1(h1-h2) (12)

(7)蒸发器(e)

Qe=m5h5-m4h4=m13h13-m14h14 (13)

m4=m5,m13=m14 (14)

下标:4为蒸发器中氨液管路进口,13为蒸发器中载冷剂管路进口,14为蒸发器中载冷剂管路出口。

(8)节流阀(d)

h3=h4,m4=m3 (15)

(9)制冰机(ZB)

QZB=m15h15-m15ah15a,m15=m5a (16)

下标:15a为制冰机中载冷剂管路进口,15为制冰机中载冷剂管路出口。

(10)蓄冰槽

蓄冷时(XL):

QXL=m16h16-m16ah16a,m16a=m16 (17)

供冷时(XBL):

QXBL=m19h19-m18h18,m19=m18 (18)

下标:16a为蓄冰槽盘管内载冷剂管路进口,16为蓄冰槽盘管内载冷剂管路出口。19为蓄冰槽盘管外载冷剂管路进口,18为蓄冰槽盘管外载冷剂管路出口。

(11)风机盘管

蒸发器直接供冷时(ZG):

QZG=m17h17-m17ah17a,m17a=m17 (19)

蓄冰槽供冷时(XBL):

QXBL=m20h19-m21h21,m21=m20 (20)

下标:17a为风机盘管中载冷剂管路进口,17为风机盘管中载冷剂管路出口。20为板翅式换热器连接通风机盘管侧管路的出口,21为板翅式换热器连接通风机盘管侧管路的进口。

其中载冷剂从各用户端返回到蒸发器时的质量平衡方程式为:

m13=αZBm15+αXLm16+αZGm17 (21)

m13h13=αZBm15h15+αXLm16h16+αZGm17m17 (22)

式中:α为系数,当该用户使用时为1,否则为0。下标:ZB为制冰,XL为蓄冷,ZG为直接供冷。

忽略泵功和环境热损失,系统的能量平衡方程为:

Qc+Qa+Qr-Qg-αZBQZB

-αXLQXL-αZGQZG=0 (23)

氨水吸收式制冷系统的性能评价指标为:

COP=(αZBQZB+αXLQXL+αZGQZG)/QG (24)

在渔船氨水吸收式制冷系统的仿真过程中,首先建立制冷系统中各模块的计算模型,根据系统实际结构建立参数之间的传递关系;其次根据实际设备的相关参数,设置设备参数和流体初始参数;最后采用序贯模块法逐一求解各模块的参数,迭代计算直至收敛,最后获得系统的运行参数及性能,实现系统的稳态模拟,通过性能评价,为进一步研究系统的运行特性和优化操作参数建立基础。

3 系统运行特性研究

渔船氨水吸收式制冷系统采用柴油机的烟气作为驱动热源。本文采用额定工况下柴油机组的运行参数(潍柴CCFJ75J-WJ/75kW):有效输出功率75 kW,废气排气量22.6 m3/min,烟气温度398℃,烟气密度0.53 kg/m3,烟气比热1.17 kJ/(kg·K)。在额定运行工况下,制冷系统中三通阀A的开度设为0.5(制冰侧),三通阀B的开度设为0.6(直接供冷侧)。

利用本文前述的渔船氨水吸收式制冷系统的计算模型及其求解方法,研究不同烟气参数条件和不同三通阀开度操作条件下制冷系统的运行性能。

3.1 不同烟气参数下制冷系统的运行性能

在烟气流量不变的情况下,随着烟气温度变化,整个制冷系统的性能必然随之变化。研究渔船氨水吸收式制冷系统在相同烟气流量、不同烟气温度下制冷系统的性能,其中制冰、直接供冷、蓄冷的功率随烟气温度的变化曲线如图2所示。

由图2可知,在相同烟气流量(22.6 m3/min)下,随着烟气温度的升高,制冰、直接供冷和蓄冷的功率呈现上升趋势,烟气温度升高到一定值时,各用户端功率的上升趋势逐渐趋缓。由分析可知,在一定的范围内,各制冷用户端的功率随着烟气温度上升而增大,当温度上升到一定值时,烟气温度对制冷功率的影响显著降低,各用户端的制冷功率基本保持不变。其主要原因是氨水吸收式制冷系统内部的核心设备是热交换器,随着烟气温度的升高,氨水侧的换热量不断增长,当热量传递增长到一定程度时,换热表面会发生沸腾现象,表面产生的气泡会阻碍表面热量的传递,导致换热量无法随着温度的升高而快速增加,呈现增长趋缓现象,具体表现为制冷功率基本保持不变。因此,如要进一步增大制冷功率,必须优化热交换器的结构尺寸。

在三通阀开度保持不变的情况下,进一步研究相同烟气温度、不同烟气流量下,渔船氨水吸收式制冷系统的性能,其中制冰、直接供冷、蓄冷的功率随烟气流量的变化曲线如图3所示。由图3可知,在特定的烟气温度(398℃)下,随着烟气流量的增大,制冰、直接供冷和蓄冷功率的增大趋势是先快后缓,当烟气流量达到一定值时,各用户端的功率基本保持不变。主要原因是发生器中烟气-氨水换热系统存在最大换热效率,随着烟气流量的增大,换热量也急剧增大,当烟气流量达到一定值时,换热设备达到极限换热能力,在不改变换热条件的情况下,换热能力无法提升,具体表现为各用户端功率基本不变。

3.2不同三通阀操作下制冷系统的运行性能

在新型渔船氨水吸收式制冷系统中,调节三通阀A的开度可实现制冷系统中制冰、直接供冷和蓄冷的功率调整,调节三通阀B的开度可实现直接供冷的功率与蓄冷的功率的调节。在实际运行中,根据运行需求改变三通阀A和三通阀B的开度,实现制冰、蓄冷和直接供冷比例的综合调节。

研究了额定运行工况下各用户端功率随三通阀A和B开度的变化关系。图4是三通阀A的开度与各用户端功率的关系曲线图,图5是三通阀B的开度与各用户端功率的关系曲线图。

从图4可知:三通阀A的开度与制冰、蓄冷和直接供冷的功率成线性关系。其中,制冰功率随着三通阀A开度的增大而增大,蓄冷和直接供冷的功率随着三通阀A开度的增大而减小,直接供冷功率的变化速率大于蓄冷。在系统运行中,若要增大制冰功率,在外部参数不变的情况下,只要增大三通阀A的开度即可实现。

从图5可知:三通阀B的开度不会影响制冰功率,其与蓄冷和直接供冷的功率成线性关系,其中,直接供冷的功率随着三通阀B开度的增大而增大,蓄冷的功率随着三通阀B开度的增大而减小。在实际运行中,根据蓄冷和直接供冷的需求,改变蓄冷和直接供冷的功率只需调节三通阀B的开度即可实现。

4 结论

本文设计了一种渔船氨水吸收式制冷系统,建立了渔船氨水吸收式制冷系统的数学模型、评价指标和求解方法,通过实例分析了不同工况和操作条件下制冷系统的运行性能,可指导渔船氨水吸收式制冷系统运行模式的优化,实现渔船制冷的节能减排。主要结论如下:

(1)在一定的范围内,各制冷用户端的功率随着烟气温度上升而增大,当温度上升到一定值时,烟气温度对制冷功率的影响显著降低,各用户端的制冷功率基本保持不变。

(2)在特定的烟气温度下,随着烟气的流量增大,制冰、直接供冷和蓄冷功率的增大趋势是先快后缓,最后基本保持不变。主要原因是当烟气的流量达到一定值时,换热设备的换热能力达到极限,因此换热设备性能的强化对提高制冷系统的性能非常重要。

(3)若要增大制冰功率,在外部参数不变的情况下,只要增大三通阀A的开度即可实现。蓄冷和直接供冷的功率调节可通过调节三通阀B的开度来实现。

摘要：根据渔船节能减排的需求,设计了一种新型的渔船氨水吸收式制冷系统,利用渔船余热实现渔船的制冰、蓄冷和工作区域供冷,解决了渔船上鱼类的保鲜和冷藏,改善船上工作环境。建立了渔船氨水吸收式制冷的热力学模型和性能评价指标,在此基础上采用序贯模块法迭代求解,实现了渔船氨水吸收式制冷系统的仿真,同时进一步研究了不同操作条件下制冷系统的运行特性,最终获得了烟气温度、流量和三通阀开度等参数变化时各用户端功率的变化规律。该系统模型可指导渔船制冷系统的功率分配,为优化渔船制冷系统的运行参数、实现低碳渔船提供理论基础。