吸收式制冷机组

吸收式制冷机组（精选9篇）

吸收式制冷机组 篇1

0 引言

随着我国电网建设步伐的不断加快,全国范围内的电荒状况得到一定程度的缓解,燃气、燃油涨价,压缩式冷水机组新型制冷剂替代进程提速将进一步挤压吸收式冷水机组市场,而2010年随着全球经济的逐步复苏,溴化锂吸收式空调市场小幅度回升。

在这样的社会背景下,用户对吸收式冷水机组的要求不断提高,吸收式冷水机组的多能源化已成为各厂家适应用户需求的新的技术方向之一,比如江苏双良与大连三洋都推出了具有代表性的多能源型溴化锂吸收式机组[1]。

1 低温热水复合能源双效溴化锂吸收式制冷机组工作原理

低温热水复合能源双效溴化锂吸收式制冷机组的系统流程图如图1、图2所示,主体由蒸发器、吸收器组成的下筒体,冷凝器、低温发生器1、低温发生器2组成的上筒体,烟气高温发生器、低温热交换器、高温热交换器、溶液泵、冷剂泵、抽气系统等组成。制冷机工作时,主体处于真空状态。蒸发器内,低温冷剂水吸收来自用户的冷媒水的热量,使冷媒水温度降低;同时,冷剂水蒸发变成冷剂蒸汽,进入吸收器内,溴化锂浓溶液吸收蒸发器内冷剂蒸汽后变成稀溶液。

稀溶液在溶液泵的作用下,经过低温热交换器加热升温后,分成两部分,一部分稀溶液经过高温热交换器加热后进入烟气高温发生器,进行加热,同时产生大量的冷剂蒸汽,变成浓溶液;另一部分进入低温发生器1,经过热水热源的加热,在产生冷剂蒸汽的同时,进入到低温发生器2内,经过高温冷剂蒸汽的加热后,产生冷剂蒸汽浓缩成中间溶液。从低温发生器2来的中间溶液与从烟气高温发生器来的浓溶混合后,进入吸收器。

在相同压力下,溴化锂的沸点比水的沸点高出许多,因此可以认为处于相平衡的溴化锂-水二元溶液的气相是纯水蒸气,在运行中冷凝器与发生器处于低压状态(P0),蒸发器与吸收器处于高压状态(PH),稀溶液在发生器中被低温余热(比如70～80℃)加热,蒸发出来的过热水蒸气流入冷凝器中,被冷源(比如30℃冷却水)冷凝为P0下的饱和液态水,然后经过冷剂泵加压到PH下过冷水流入蒸发器中,被低温余热加热成PH压力下的饱和水蒸气,流入吸收器,又被从溶液热交换器来的浓溶液吸收,变成稀溶液,同时释放出吸收热,从吸收器出来的高温稀溶液与从浓溶液加压泵来的浓溶液在溶液热交换器中换热,变成PH压力下的过冷液体,经节流阀降压成P0,返回发生器中再次被低温余热加热,在发生器中稀溶液被浓缩为浓溶液,经溶液泵加压,到溶液热交换器中吸收稀溶液的热量,再到吸收器中吸收从蒸发器来的水蒸气,完成一个循环。

2 低温热水复合能源双效溴化锂吸收式制冷机组的设计

2.1 基本参数选取

通过对市场的调查并结合我国的实际情况,选定如下参数:

冷媒水进出口温度:12～7℃;冷却水进出口温度:32～37.4℃;热水进口温度:84℃;烟气进口温度:400～600℃(能满足要求的废烟气)。

从减少热污染的角度及机组性能两方面考虑,热水的出口温度定为75℃。

2.2 热力计算[2,3]

设计机组的能力为15×104kcal/h,由此计算换热面积:

蒸发器:根据经验选取换热系数为2 800 kcal/h·m2℃

由公式:Qe=KcAe△te得出换热面积:

Ae=Qe/Ke△te=150 000÷2 800÷4.076≈13.14 m2

吸收器:根据经验选取换热系数为1 300 kcal/h·m2℃

由公式:Qa=KaAa△ta得出换热面积:

Aa=Qa/Ka△ta=187 164÷1 300÷5.695≈25.28 m2

低压发生器:根据经验选取换热系数为2 300 kcal/h·m2℃

由公式:Qlg=Klg4g△tlg得出换热面积:

Alg=Qlg/Klg△tlg=43 620÷2 300÷12.236≈1.55 m2

低压发生器(热水):根据经验选取换热系数为1 800 kcal/h·m2℃

由公式:Qlg-w=Klg-wAlg-w-△tlg-w得出换热面积:

A lg=(Klg-Qlgw△tlg)w=Q (Ti-To)=127.35÷(84-75)=14.15 m2

冷凝器:根据经验选取换热系数为5 400 kcal/h·m2℃由公式:Qc=KcAc△tc得出换热面积:

Ac=Qc/Kc△tc=112 065÷5 400÷1.94≈10.7 m2

低温换热器:根据经验选取换热系数为800 kcal/h·m2℃

由公式:Q1-h1=K1-h1A 1-ht△t1-ht得出换热面积:

A1=gn (h20-h21)/△t1·K1=3 138.938×(81.915-66.043)÷12.518÷800≈4.975 m2

高温换热器:根据经验选取换热系数为1 200 kcal/h·m2℃

由公式:Qh-ht=Kh-htAh-ht△th-ht得出换热面积:

Ah=gnh(h15-h16)/△th·Kh=809.474×(114.185-79.791)÷11.898÷1 200=1.95 m2

3 结语

实现热水能源与双效供热源同时使用,大幅提高了低温热源能量利用率和设备的能效比,实现了多种能源条件下的阶梯利用,减少了排放污染,有利于保护环境[4]。

参考文献

[1]赵耀华,赵勇,孙即红.供热机组利用吸收式热泵的经济效益分析[J].中国勘察设计,2011(12)

[2]傅秦生.能量系统的热力学分析方法[M].西安:西安交通大学出版社,2005

[3]雷亨顺.能量热经济学分析方法[J].石油与天然气化工,1990,19(3)

[4]程伟良,黄其励.热经济学的结构理论及其应用[J].哈尔滨工业大学学报,2005,37(10)

吸收式制冷机组 篇2

在空调工程中，一直惯用的制冷机组多为采用蒸汽压缩式制冷方式，而压缩式制冷采用的制冷剂为卤代烃(即氟利昂族)，

近些年来，由于世界各国进人科技飞速发展和先进工业迅速增长的年代，同时出现的对地球生态的破坏和大气的污染也更加严重。除了对河流湖泊的污染、土地的污染、生态环境的破坏，同时存在正在迅速发展的而被大量制造和使用的氟利昂制冷剂，也是威胁大气环境的又一杀手。氟利昂会造成大气臭氧层的破坏，使大气臭氧层变薄，或出现孔洞，紫外线会在无臭氧层的保护时，直接照射在人们的皮肤上，使人患上皮肤癌等皮肤疾病，给人类带来灾害。因此，许多国家规定了在若干年后不得使用氟利昂制冷剂，因此溴化锂吸收式制冷将会被广泛应用在空调制冷系统中。

溴化锂吸收式制冷机组的特点:

(1)溴化锂吸收工质对人和环境无污染，

(2)适用于有热源和产生废热的区域和条件。

(3)除冷剂和溶液泵外，基本无运转部件，因此运行平稳、无大振动、噪声低。

(4)因溴化锂溶液腐蚀性大，因此要求容器和盘管应采用耐腐蚀的材料制作。

(5)冷却水用量比压缩式制冷机大。

(6)压缩式制冷机组节省电能，易于管理和维护，可自动调整溶液的浓度。

(7)设备体积大，耗用金属量多，占冷冻站的面积多。

(8)采用直燃型时，需增加燃气(或燃油)系统，并设有自动监视、安全防护等装置。

氨吸收制冷及压缩制冷工艺比较 篇3

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.

吸收式制冷机组 篇4

溴化锂吸收制冷循环的工作原理:吸收式制冷主要由冷凝器、发生器、吸收器、蒸发器、热交换器和冷剂泵、溶液泵等设备组成(图5--116)，并构成两个同时进行的循环过程，

5--116

压力较高的发生器和冷凝器置于高位处，压力较低的蒸发器和吸收器置于低位处。

工作原理:在吸收器中设有冷却水管束。溶液泵将吸收器内的冷稀溶液送至热交换器进行加热后再送至发生器内。发生器内设有加热盘管(盘管内通人蒸汽)，进入到发生器内的溶液即被加热升温至沸腾。沸腾过程中水分不断被蒸发而浓缩成为浓溶液，并存在发生器底部。浓溶液从底部通过热交换器进人吸收器，并通过喷洒管喷嘴均匀喷淋下来，

而从蒸发器通入的部分冷剂水蒸气此时充满在空间，并被喷洒下来的浓溶液所吸收，而吸收热被冷却水管带走，吸收了冷剂水蒸气的吸收液即变成为低温稀溶液，并进行再次的循环，完成一个吸收剂循环过程。

而在发生器内，由丁溶液加热沸腾，而溶液中的水蒸发成为蒸汽经挡水板进人冷凝器内(因溴化锂工质本身沸点很高，所以产生的水蒸气又称冷剂汽，不含吸收剂成分)，并被冷凝器内设置的冷却水管来的冷却水将热量带走。即冷剂水蒸气被冷凝成为冷剂水(又称制冷剂)，收集在冷凝器水盘内，然后靠与蒸发器的高低位压差的作用，经U形水封流进蒸发器内。U形管主要起节流减压作用(相当于节流阀)，即制冷剂水经减压后进入蒸发器内通过冷剂泵将冷剂水送至蒸发器上部的喷淋管，经喷嘴均匀喷洒在蒸发器内的冷冻水管束上并进行热交换。冷剂水很快吸收了管束内水的热量汽化成为水蒸气，部分冷剂蒸汽进入吸收器内，而未完全蒸发的冷剂水流至底部仍可再不断地进行蒸发吸热.并形成另一个不断循环制冷过程。

氨水吸收式制冷夹点分析法 篇5

传统的电压缩式制冷需要消耗大量的电能。IIR估计全世界大约15%的电力消耗适用于各式各样的制冷空调系统,另外压缩式制冷系统使用的制冷剂CFC、HCFCs会导致严重的环境问题,例如臭氧层空洞、全球变暖等[1]。许多工厂使用通过燃烧矿物燃料产生的蒸汽或热能用于工艺过程,此过程后产生了大量废热并将其排放到环境中。而这种余热通过热驱动的制冷系统可以转化为有用的制冷用热(例如吸收式制冷系统)。因此,吸收式制冷以其具有可直接利用低品位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的 CFCs为工质等独特的优点,越来越受到人们的关注。

应用于空调系统的溴化锂-水(H2O-LiBr)吸收式制冷和应用于冷库的氨水(NH3-H2O)吸收式制冷已经商业化应用。溴化锂-水吸收式制冷系统具有高效的性能。制冷温度由于受到制冷剂的制约,通常不低于 5℃,一般仅用于空调或工业冷却。氨水吸收式制冷的制冷温度范围比较宽,一般在+10～-60℃,不仅可用于空调,而且更重要的是可用于0 ℃ 以下的普通制冷场所。因此,在利用工业余热制冷系统中,氨水吸收式制冷机明显优于溴化锂吸收式制冷系统[2]。

由于氨与水的沸点比较接近,在一定的工况下,氨水吸收式制冷循环中有可能产生部分温度重叠的现象,即吸收过程中可能产生的温度处于比吸收器高压浓溶液的温度还要高的区域。因此,吸收器产生的热量可以减少发生器的热负荷,回收吸收器内部热量可以提高氨水吸收式制冷的性能系数。

夹点技术是一种在过程工业中减少热公用工程和冷公用工程高效的技术,由英国Linnhoff首先提出,现在成功用于多个工业生产工程[3]。本文将使用夹点技术分析传统的氨水吸收式制冷循环系统,以回收最大的内部循环热,提高循环的性能系数。

1 系统循环分析

传统的氨水吸收式制冷系统循环流程如图1所示。吸收循环类似于蒸汽压缩式循环,区别是吸收器和发生器代替了压缩机。

溶液泵消耗的功比压缩制冷系统中压缩机消耗的功要小得多,提高了循环的性能。系统主要消耗蒸汽热能,最大限度回收系统的内部热量是提高性能系数的有效方法,文中使用夹点方法实现了最大的内部热量回收[5]。

2 系统建模研究

2.1 基本假设[6]

假设系统在稳定的状态下运行:

1)浓溶液离开吸收器(状态点1)和稀溶液离开发生器(状态点2)处于其对应压力、温度下的饱和状态;

2)制冷剂离开冷凝器和蒸发器处于对应压力、温度下的饱和状态(状态点6和8);

3)溶液交换器效率为0.8;

4)忽略泵功;

5)进入冷凝器的氨气浓度为0.998。

2.2 热力计算满足条件

热力计算满足各设备的总质量平衡、氨组分质量平衡和能量平衡。

总质量平衡:∑min-∑mout=0

NH3质量平衡:∑(mx)in-∑(mx)out=0

能量平衡:Q+∑(mh)in-∑(mh)out=0

模拟条件是热源温度为158℃,制冷温度为-10℃,冷却水温度为28℃。制冷剂氨的流量为1kg/s。其计算参数如表1所示。

通过计算得知,系统的溶液交换器的热负荷为1163.42kW。系统的性能系数COP=QE/QD=1177.9085/2136.1789=0.551。

如果不考虑溶液交换器、过冷器,根据表1的状态参数和图1的流程划分为冷、热物流(其中H表示热物流,C表示冷物流)。表2所示为系统物流数据。

2.3 夹点位置的确定

根据表2组合冷热物流曲线如图2所示。夹点为冷热物流最小温差处,位于图中的N点位置。

确定区界温度,将所有热物流的供给温度和目标温度均减去ΔTmin/2,将所有的冷物流的供给温度和目标温度均加上ΔTmin/2,得到的数据就是区界温度,将所得的区界温度按高低顺序排列,相邻的两个温度值就确定了一个温度区间,对应列出问题表格如表3所示。

各子网络的表格求解,在每个子网络中,冷热物股换热必须保证传热温差的要求,这样就算出每个子网络充分换热后还剩余的热量或不足的热量。以第j个子网络为例,盈亏热量为:

undefined

式中:qj—第j个子网络的盈亏热量(负值为亏);Tj、Tj+1—子网络j上的上、下界温度;undefined—网络内所有热流股的热容流率之和;undefined—网络内所有冷流股的热容流率之和[7]。

由式(1)得出表3中的q列。根据传热原理,较高温度下的盈余热量可弥补较低温度下的亏损热量。从外界引入热量QH计算出表中的Q列,外界所输入的热量QH至少应与满足每一个子网络向外界输出的热流量Q不为负值,以保证热量传递的可行性。如果外界热量从温度水平最高的子网络输入,那么其值应最少为QHmin=1888.56kW。将数值代入Q列,得到最后一列,最小热流量QCmin=2569.7kW。系统所需要的最小公用加热工程为1888.56kW,最小公用冷却工程为2569.7kW。

2.4 设计换热网络

根据以上子网络的具体情况设计的换热网络,在热物流H1冷端设置冷公用工程C1=1120.23kW,冷却热物流H1。选取热物流H2与冷物流C2换热,换热量为1387kW,H2剩下的138.98kW的热量设置公用冷却工程冷却。选择热物流H3与冷物流C1换热,由于吸收式制冷的特性,需要获得更多的冷量,所以换热量取-122.68kW,这样剩下的H3设置需要冷公用工程C3=1433.68kW冷却热公用工程H3。

冷物流换热较简单,分别设置公用加热工程H1、H2、H3加热冷物流C2、C3。由以上分析得到的换热网络如图3所示。

3 系统循环改进

通过上面的分析得知本例传统的氨水吸收式制冷的一部分内部热量能够回收,传统循环计算得知溶液交换器热负荷为1163.41kW。而可回收的最大内部热量为1387kW。故可设置单级氨水吸收式制冷GAX循环以更好的回收循环内部热量。

在改进的循环中吸收终了的浓溶液经溶液泵加压后在GAX换热器中吸收一部分吸收过程所放出的热量,从而更多地回收系统的内部热,减少发生器的发生热,从而提升系统的性能系数。经过计算改进后的氨水吸收式制冷系统的性能系数COP=1177.9/1888.66=0.623。

4 结论

引入夹点分析法分析氨水吸收式制冷性能系统,构造了冷热物流曲线,找出了系统的夹点位置。这种方法回收了系统的最大循环内部热,因此提高了系统的性能系数。根据实例分析得知:通过夹点分析优化实例的性能系数(COP)提高了11.58%。

摘要：氨水吸收式制冷需要消耗很大的公用工程,其性能系数(COP)不是很高,引入夹点分析法分析氨水吸收式制冷系统,该方法能够确定可回收的系统最大内部循环热,优化后的系统性能系数为0.623,比优化前的系统性能系数高11.58%。该方法对氨水吸收式制冷设计具有一定的指导意义。

关键词：吸收式制冷,氨水,夹点分析,热回收

参考文献

[1]Daliang Hong,Guangming Chen,Liming Tang,et al.A no-vel ejector-absorption combined refrigeration cycle[J].International Journal of Refrigeration,2011,34:1569-1603.

[2]杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之一—发展概况及其应用[J].流体工程,1989,17(1):61-64.

[3]张济民.夹点技术及其应用[J].化学工程师,2004,105(6):45-47.

[4]杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之九—制冷循环与工作过程[J].流体工程,1990,(2):58-59.

[5]C.P.Jawahar,B.Raja R.Thermodynamic studies on NH3-H2O absorption cooling system using pinch point ap-proach[J].International Journal of Refrigeration,2010,33:1379-1380.

[6]廖健敏.氨水吸收式制冷GAX循环性能分析[C].南京:东南大学,2004.

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

太阳能两级吸收式制冷机应用分析 篇7

在环境和能源问题日益严重的今天,吸收式热泵以其清洁、可利用低位能热源的特性而备受人们的青睐,由于单效吸收式制冷的COP较低,近年来国内学者在提高热泵的COP上进行了大量的研究[1,2,3],尽管提高到0.6～0.8之间,仍不理想。吸收式热泵需要的热源可以由太阳能集热器来提供,这种特性决定其有很大的发展潜力[4,5]。本文从使用太阳能热源和改进热泵系统两个方面对热泵进行分析,提出了大幅提高制冷系数、节约冷却水、又可以减轻制冷负荷的新系统。该系统环保、节能,具有和电制冷空调竞争的潜力。

1 太阳能两级吸收式制冷系统

该系统主要有3个循环,其简图如图1所示。

1.1 太阳能热水循环

为了使太阳提供的能量能满足机组连续运转,系统增加一个储液罐使热源温度保持稳定,并储存剩余的热量。本文采用日照强度在国内属于中等地区的夏季太阳辐射强度数值,对太阳能辐射量进行了估计。对数值进行方程回归分析,得到太阳能辐射量二次曲线方程:

式中:GS—太阳能辐射量,W/m2;χ—时刻。

日平均太阳辐射量:

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集热器形式采用效果较好的平板式集热器。

集热效率undefined

式中:Tf—水温度,℃;Tamb—环境温度,℃;H—太阳高度。

热水温度取90℃,环境温度取平均35℃,则η=44%。

单位面积集热器产生的热量Q=640×44%=281.6W/m2。

1.2 地下水冷循环

单级吸收式制冷机效率低的决定因素就是:在发生器中加入的一次热源加热稀溶液产生冷剂蒸汽,冷剂蒸汽随后即被冷凝器冷凝,热量被冷凝水带走,导致一次热源的浪费。若能再次利用该冷剂蒸汽的热量来再次产生冷剂,则系统的COP必然提高。利用较低温度的热源来浓缩相同浓度的溶液要求该溶液的饱和蒸汽压更低。忽略由管道阻力产生的压降,发生器中溶液的饱和蒸汽压近似等于冷凝器中的冷凝压力,该压由冷却水温度决定,所以冷却水温度越低越有利于热源的再次利用。能从自然界获得的稳定低温度的水就是地下水(温度20℃)。来自地下的冷却水先通过冷凝器冷凝来自第二发生器的冷剂水和蒸汽,然后流经吸收器,使吸收器降温,本身温度进一步升高后通过地下换热系统把热量传给大地。

1.3 热泵循环

该系统在原来一级吸收式热泵的基础上增加了一个发生器G2,利用第一发生器G1中产生的冷剂蒸汽来为第二发生器提供热量,达到热源的再次利用,产生更多的冷剂,从而提高系统整体的COP。系统循环如下:

第一发生器G1中的稀溶液被太阳能系统提供的90℃热水加热浓缩,浓溶液经第一热交换器HE1与来自吸收器的稀溶液换热后进入第二发生器G2,被来自发生器G1的冷剂蒸汽加热进一步浓缩。冷剂蒸汽放出热量转变为冷凝水,冷凝水与第二发生器产生的冷剂蒸汽一并进入冷凝器冷凝,所产生的冷剂水进入蒸发器蒸发转变为饱和蒸汽,从外界吸收热量达到制冷目的。在第二发生器G2中被进一步浓缩的溶液经第二溶液热交换器与来自吸收器的稀溶液换热后进入吸收器,在吸收器中该溶液吸收来自发生器的冷剂蒸汽转变为稀溶液,稀溶液由泵泵入第一发生器G1中。

2 系统的热力分析

分析建立在以下可实现的条件上:

(1)太阳能集热器提供的热量完全提供给系统,热水温降范围90～85℃。

(2)冷凝器中的冷凝温度为25℃;

(3)吸收器中的吸收温度为32℃;

(4)蒸发器的蒸发温度为8℃;

(5)发生器G1中溶液和吸收器中溶液均为饱和溶液;

(6)换热器的传热效率为100%。

蒸发器热量平衡方程式:

(1)

吸收器热量平衡方程式:

(2)

第一发生器热量平衡方程式:

(3)

第二发生器热量平衡方程式:

(4)

冷凝器热量平衡方程式:

(5)

溶液热交换器热量平衡方程式:

(6)

(7)

系统质量守恒方程式:

(8)

式中:ξ1—吸收器中饱和溶液浓度;

ξ2—经第一发生器浓缩后的溶液浓度;

ξ2—经第二发生器浓缩后的溶液浓度。

联立以上8个方程式,选取适当的温差传热推动力,根据溴化锂水溶液的特性,经计算可得如图2、图3、图4结论。

图2是在先决条件下,发生器G1和G2的放气范围都为3%,制冷剂获得的总量为1kg时,吸收器中饱和溶液浓度对COP的影响。吸收器中饱和溴化锂溶液浓度<52%时,溶液的饱和蒸汽压大于蒸发器的饱和蒸汽压,吸收推动力较小,蒸发器中的蒸汽不能被及时吸收,压力较高,制冷温度不能达到要求;随着溴化锂溶液浓度升高,相同蒸发温度下其对应的饱和蒸汽压变小,这样来自发生器G2的浓溶液吸收来自蒸发器的蒸汽的推动力增大,蒸发器产生的蒸汽能及时被吸收,COP随之增高,在溶液浓度为55%左右时达到最大值;随着吸收器饱和溶液浓度的增加,发生器中的溶液浓度必然升高,同样的发生器压强,浓溶液对应的饱和蒸汽潜热大,给发生器G1提供同样多的热量所产生的蒸汽量就减少,导致总的冷剂减少,COP随之下降,而且溶液浓度过高容易结晶,使系统不能正常运行。

图3是在吸收器溶液浓度为55%,发生器G1的放气范围为3%,制冷剂获得的总量为1kg时,发生器G2与G1的放气范围浓度比对COP的影响。当G2的放气范围较小时,来自发生器G1的浓溶液流速一定,发生器G1产生的蒸汽只能释放部分潜热,发生器G2只能产生较少的冷剂,大部分被冷凝器冷凝,起不到热源再次利用的目的,系统的COP和一级制冷机相差不大,而且增大了冷凝器的负荷。随着发生器G2放气范围的增加,发生器G1产生的蒸汽潜热被充分利用,COP随之增高。溶液浓度进一步升高,对应蒸汽的蒸发潜热增大,蒸发出的冷剂量稍有降低,COP也有所降低。当第二发生器的放气范围是第一发生器放气范围的1.13倍时,发生器G1产生的冷剂蒸汽潜热被完全利用,G2中溶液的放气范围将不再增加,系统的COP也不再改变。热源温度一定,入口溶液浓度和温度确定,则决定发生器G2放气范围的是换热面积,增大换热面积意味着成本增加,所以需要综合考虑其放气范围。

图4是假设第一热源及其产生的蒸汽潜热被完全利用,在ξ1=54%,单位面积太阳能集热器提供的热量完全被利用时,COP随溶液循环倍率(R=F/(D1+D2))的变化曲线。循环倍率的增大意味着放气范围的减少,同样蒸发压强下,溶液对应的蒸汽蒸发潜热较小,产生的冷剂蒸汽较多,COP随着溶液循环量的增加而稍有增加,无限接近1.66。

3 结论

(1)冷却水先进入冷凝器,后进入吸收器,以保证发生器G2的真空度,也节约了冷却水的用量。

(2)系统利用一次热源所产生的冷剂蒸汽作为第二热源,提高了能量的利用率,使制冷系数有了较大的提高。经分析,该系统COP可以达到1.4～1.7,远高于其他形式的吸收式热泵。

(3)为使系统COP最高,稀溶液的浓度应在55%左右,发生器G1的放气范围为2.5%～3%,发生器G2的传热面积应保证发生器G1的蒸汽潜热完全释放,提高溶液循环率虽然有助于提高COP,但是提升幅度不大,而且增大溶液循环率后溶液泵的负荷和设备尺寸也将增大,故溶液循环率选取10即可。

(4)地下水冷循环的采用保证了系统的稳定性,而且冷却水的用量一定,运行时间越长,节水效果越明显。

(5)如果用两套太阳能集热系统,一套白天驱动热泵,另一套储存能量供晚上热泵运行,再加上辅助电加热防止阴天时系统不能运行,则可以实现一次投入,减少费用运行的目的。

摘要：在给定冷凝温度和吸收温度的情况下提出了利用太阳能做热源、地下水做冷源的两级吸收式制冷系统,COP可达1.41.7,高于其他形式吸收式热泵,节约了冷却水的用量。

关键词：太阳能,两级吸收式制冷,地下水,运用前景

参考文献

[1]陈滢,朱玉群,耿伟,等.低温热源驱动的单效双级(SE/DL)吸收式制冷循环[J].制冷学报,2002,23(1):102-107.

[2]陈亚平,王克勇,施明恒.1.x级溴化锂吸收式制冷循环性能分析[J].工程热物理学报,2005,26(2):193-195.

[3]万忠民,舒水明,胡兴华,等.太阳能混合吸收式制冷空调系统的性能研究[J].华中科技大学学报,2006,36(8):62-64.

[4]Felix Ziegler.Recent developments and future prospects of sorption heat pump systems Int[J].Therm.Sci,1999,38:191-208.

吸收式制冷机组 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。

吸收式制冷机组 篇9

以往研究的溴化锂系统只能制取零度以上的温度,而且腐蚀性较强,应用受到限制。目前研究较多的是氨水吸收式热泵系统。氨水系统由于水和氨的沸点接近,在发生器中加热时氨蒸发,水也蒸发,降低了热效率,同时需要精馏装置,增加了设备投资和能耗,同时也限制了热利用率和制冷效率的提高,此外它还需要增压泵,耗电量较大,因此已不适应目前节能、制冷形势的需求。

1 氨氢水扩散式制冷系统

目前常见的氨氢水扩散吸收式制冷系统在氨水系统的基础上加入了扩散剂—氢,它的基本流程如图1所示,进入发生器1的浓溶液经过加热,蒸发后进入到精馏器17,其中液态回流入发生器1,气态氨流经冷凝器14冷凝,经气体热交换器15再冷,进入蒸发器6。在蒸发器6中由于氢的影响,促成了氨迅速蒸发制冷。由蒸发器6出来的氨氢水混合气经气体热交换器15换热后,进入吸收器7。从发生器1出来的稀溶液在溶液热交换器16中被冷却后也进入吸收器7,在吸收器7中稀氨溶液吸收氨气形成浓氨溶液,在溶液泵8的作用下经溶液热交换器16预热后进入发生器1重新发生,而氢气重新回到蒸发器,如此构成循环。此系统工质对采用氨和水,因此必须设有精馏装置,同时目前也有氨水系统利用虹吸泵进行循环,但相比较溶液泵而言制冷量一般较小,难以用于制冷量需求大的场合,且制冷量不易调节。

扩散吸收式制冷系统属于新技术,市场上该类产品很少。学生很难看到机器,不易直观地了解其内部结构以及工作原理,而且也不能实现各种不同的故障条件下的模拟,不易达到学习的目的。本实验装置的目的在于提供一种供实践教学使用的扩散吸收式制冷系统综合模拟实验装置。通过本实验装置,学生不仅可以巩固扩散吸收式制冷系统的基本原理、流程、结构,而且对扩散吸收式制冷系统常见的故障可以较为熟练地排除,提高学生的工程实践和动手能力,更有利于培养学生的综合实践能力、创新思维意识和创新思维能力。

2 扩散吸收式制冷空调系统综合模拟实验装置的组成原理

本装置目的在于克服了现有热泵系统的上述不足,提供了一种扩散吸收式制冷空调教学实验装置,本系统用较低的热源温度就可以满足驱动系统的要求并可达到较高的制冷效率(C O P),并且充分利用系统内部的冷凝热、吸收热等热量实现制热的目的,系统的冷却由冷却机组提供的冷却水冷却,水温可调。本系统可用工质对广泛,包括氨—氢—水、硝酸锂—氨—氢气、硝酸锂—氨—氦气、硫氰酸钠—氨—氢气、硫氰酸钠—氨—氦气水。

现以硝酸锂—氨—氢气系统为例,说明本装置采取的技术方案。如图2所示,包括发生器1、蒸发器6、吸收器7、溶液泵8、冷凝器14、冷水机组2、板式热交换器3、9、13。其中:发生器1的氨蒸汽出口与冷凝器14入口相连通,冷凝器14出口与蒸发器6入口相连通,蒸发器6出口与吸收器7氨气入口相连通,稀硝酸锂—氨溶液出口与板式热交换器9的A管道相连,A管道另一端与吸收器7相连通;吸收器7底部和顶部的浓硝酸锂—氨溶液出口分别与溶液泵8和板式热交换器3的A管道相连通,然后两者的另一端都与板式热交换器9的B管道相连,然后B管道另一端与发生器1相连通;冷水机组2冷却水出口与板式热交换器3的B管道相连通,B管道另一端与冷凝器14相连通,然后冷凝器14再与冷水机组2冷却水进口相连通。不冻液槽11与溶液泵12相连通,溶液泵12另一端与板式热交换器13相连,最后与不冻液槽11的另一端相连。蒸发器6一端与增压泵5相连,增压泵5另一端与板式热交换器13相连,板式热交换器13再与蒸发器6另一端相连。

本装置中,通过冷水机组2的冷却水,与纯氨管路、浓硫氰酸钠-氨管路进行热交换,起到预冷器作用,同时有效利用了系统需要带走的热,用来制取生活用热水。以往扩散吸收式使用的冷却塔需占用较大空间,而且水温不可调,随时间变化。而冷水机组能够提供温度恒定的冷却水,水温可调,可根据需要进行温度调节,这将大大提高热交换效率和效果,从而取代以往扩散吸收式的冷却塔。

本装置中,通过布置温度传感器、流量计、压力表等装置对系统内各个测点进行实时监控和动态显示,方便记录数据。此外,有巡检仪可以记录电量的使用,制冷量也可以通过实验获得,从而能够计算出系统的C O P。这些实验操作都能够锻炼和增强实验者的动手能力。

发生器1的氨蒸汽出口与冷凝器14入口相连通,冷凝器14出口与蒸发器6入口相连通,蒸发器6出口与吸收器7氨气入口相连通,稀硝酸锂—氨溶液出口与板式热交换器9的A管道相连,A管道另一端与吸收器7相连通;吸收器7底部和顶部的浓硝酸锂—氨溶液出口分别与溶液泵8和板式热交换器3的A管道相连通,然后两者的另一端都与板式热交换器9的B管道相连,然后B管道另一端与发生器1相连通;冷水机组2冷却水出口与板式热交换器3的B管道相连通,B管道另一端与冷凝器14相连通,然后冷凝器14再与冷水机组2冷却水进口相连通。不冻液槽11与溶液泵12相连通,溶液泵12另一端与板式热交换器13相连,最后与不冻液槽11的另一端相连。蒸发器6一端与增压泵5相连,增压泵5另一端与板式热交换器13相连,板式热交换器13再与蒸发器6另一端相连。

本系统的运行主要包括3个循环,即纯氨(包括氨气和纯氨液)循环,稀硝酸锂—氨溶液循环和浓硝酸锂—氨循环,通过完成这3个循环,达到系统最终热泵的效果。

本系统的运行过程如下:在发生器1中,浓硝酸锂—氨溶液经过热源10加热沸腾后,由于氨与硝酸锂的沸点相差较大,纯氨气大量蒸发出来,同时浓硝酸锂—氨溶液变为稀硝酸锂—氨溶液。其中氨气从发生器1顶部排出,进入冷凝器14中,被冷却机组2提供的冷却水冷凝成氨液,并经过节流阀4节流降压后,进入蒸发器6中,然后在增压泵5作用下进入板式热交换器13进行过冷,最后回到蒸发器6进行蒸发制冷。从蒸发器6出来的氨气经过管路进入吸收器7中,被稀硝酸锂—氨溶液吸收形成浓硝酸锂—氨溶液。这里的稀硝酸锂—氨溶液来自发生器1,流入板式热交换器9与来自板式热交换器3和吸收器7中浓硝酸锂—氨溶液冷却降温,之后进入吸收器7内吸收氨气进行喷淋。在吸收器7底部形成的浓硝酸锂—氨溶液因为处于低压端,在溶液泵8的作用下也进入板式热交换器9进行热交换,而在吸收器7顶部的浓硝酸锂—氨溶液流经板式热交换器3,与来自冷水机组2中的冷却水进行热交换,然后被冷却的浓硝酸锂—氨溶液流经高热板式热交换器9,与来自发生器1中的稀硝酸锂—氨溶液进一步进行换热。经过这样几次换热有效带走吸收器7内吸收过程产生的吸收热,并将浓硝酸锂—氨溶液最终送入发生器1内被热源10再次加热蒸发开始新的循环。不冻液槽11中的不冻液在溶液泵12作用下进入板式热交换器13,最后回到不冻液槽11,完成不冻液的循环。

本装置可以使用多种制冷工质对制取零度以下的温度,同时省去了氨水系统的精馏装置,它用较低的热源温度就可以满足驱动系统的要求并可达到较高的制冷效率,并且充分利用系统内部的冷凝热、吸收热等热量实现制热的目的,同时无污染,且具有节能效果。

图3是按照流程图所加工的2台实验装置,用以向学生展示并进行相关的实验研究。

3 热驱动的扩散吸收式制冷空调系统综合模拟实验装置的应用

此实验装置目前已经作为创新设计和创新实践课程必备的教学实验设备投入到实验教学中应用了2年之久,同时作为学生课外制冷空调科技竞赛和职业技能培训必备的设备,对象主要是大三、大四的本科生,学生学习后的普遍感受是贴近生活、很有趣。谈起应用该实验装置的收获,同学们反映说:“该装置是对以往所学制冷原理基础课知识点的一次很好的梳理过程,既弥补了以往知识的欠缺又增强了实践能力。老师指点思路但不硬性规定条条框框,鼓励大家勇于面对装置设定的故障,鼓励大家勇于坚持自己的观点,现在同学们的创新意识比以往增强多了。而且学到了一些好的工作方法,也增强了大家的合作意识。”

摘要：介绍了热驱动的扩散吸收式制冷空调教学实验装置的研制背景、组成、工作原理及应用情况。实验内容设计为开放式、研究性,因而通过本实验装置,学生不仅可以巩固扩散吸收式制冷系统的基本原理、流程、结构,而且对扩散吸收式制冷系统常见的故障可以较为熟练地排除,提高学生的工程实践和动手能力,更有利于培养学生的综合实践能力、创新思维意识和创新思维能力。

关键词：热驱动,制冷,实验装置,研制

参考文献

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