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低温热源驱动的单效双级(SEDL)吸收式制冷循环

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-16  来源:中国冷凝器网  浏览次数:616

  节约能源和保护环境是人类一切活动中面临的两大关键问题。溴化锂吸收式制冷机在环境保护方面的优势已被公认,但其充分利用低温热源的潜力尚未得到充分发挥。现在的热水型吸收式制冷机都是采用单效循环。单效循环适用于热源温度较高的场合,而且热源进出口温差不能太大,一般在10C或10C以下(多数为5°C)。因为当出口温度过低时,发生终了溶液的浓度不高,受吸收器冷却水温的限制,冷剂蒸汽压力不可能高,从而吸收过程难以进行。在实际应用中,热源出口温度一般在80C以上。这样使大量的余热被浪费掉了。所以无法提供高的热源利用率。双级循环与单效循环相比,可以利用低品味热源,但热力系数太低,仅为0.3-0.4左右,同时冷却水耗量约增大一倍,而且由于设备庞大使得初投资增大。如果能够提供一个能进一步充分利用低温热源的吸收式制冷机,那么冷、热、电联供系统的效率就能得到极大的提高,广泛存在于电力、钢铁、石油、化工、纺织等工业中排放温度在80C以上的大量废蒸汽、废热水和太阳能、地热等低品位能量也能得到充分利用,这不仅可以提高能源利用率,使资源消耗合理化,还可以实现空调目的,提高人们的生活质量。此外,采用溴化锂机组,其全负压运行的特点和长使用寿命的优势无疑有利于提高长期综合效益。本文讨论的单效/双级吸收式循环综合了单效循环和双级循环的优点,并充分发挥双级部分的优势,大胆地将热源进出口温差加大到30 -40C可使热源单耗显著降低,整机体积合理缩小,能够很好地满足由低温热源驱动和高能源利用率的要求,达到经济和环保的目的。

  1单效/双级(SE/DL)吸收式制冷循环新循环原理图如所示,是其在焓一浓度图上的表示。其工作过程如下:1.1LiBr溶液回路-3-4-56-7-8-1线是一个相对封闭的溶液回路。从吸收器出来的浓度为的稀溶液在溶液泵的输送下,先后进入溶液换热器HE,和HE2,分别被发生器G,和G21出来的溶液的加热;稀溶液进入发生器G21中后,被管内热源加热,温度升高并达到发生器工作压力P.下的汽液相状态平衡点4h然后沸腾,产生点1状态的水蒸气。溶液的温度、浓度升高至点5.经过换热器HE21时,它把热量传给稀溶液,再在发生器Gi中被加热,发生出点3状态的水蒸气,温度和浓度升高至7点,然后经换热器HEi 12-14-m6rl2线表示另一回路。浓度为U的稀溶液经溶液泵提升后经HE22进入发生器G22被热HE22中的冷却,再进入吸收器A1,吸收来自G1的冷剂蒸汽,从而完成一个循环。

  1.2冷剂回路发生器G21和G22中发生出的冷剂蒸汽进入冷凝器C中,被冷却水冷至压力Pr对应的点9状态的冷剂水再经过节流阀V降压降温后进入蒸发器E,在P0压力下吸收冷媒水热量而制冷,同时自身蒸发为点11状态的冷剂蒸汽。

  1.3热源回路加热热源自点17处起,依次通入发生器G21、G22和G1中,对其中的溶液加热,使其发生冷剂蒸汽。在热源的走向上,目前有两种方案可供选择,一种是21七1-22,另一种是21七22-G1.对于前者,笔者认为它会导致G1中由于大传热温差而造成的不可逆损失大及A1中因t3,高而使吸收效果恶化;同时G22中又会因传热温差不足而使冷剂蒸汽发生量不够。后一种方案无此弊病,故本循环采用之。1.4冷却水回路冷却水分三路并联接入系统,分别在吸收器A、吸收器A1和冷凝器C中完成对工质的冷却过程。在冷却水的串并联问题上,若采用串联形式则可以节省冷却水量,亦即节省泵功,但会导致三个设备中的工况相互影响,难以保证它们在设计值附近运行,因此本文采用并联方式以确保系统的稳定。

  2循环热负荷及性能计算2.1发生器G21的热平衡方程为同时有LiBr的质量平衡方程式把⑵式代入(1试中,可得G21中单位热负荷qg21类似地,当G22源加热,4-发生出点2状态的冷剂汽换热22冷凝器C冷凝器的热平衡方程为式可化成23蒸发器A蒸发器的热平衡方程为Qe+(Di 24吸收器令吸收器A的循环倍率a4=GgiADi+D2),代入上式可得则有类似可算得吸收器A1的相应等式为:qa1=h3‘1)h16a2h1225溶液热交换器HE1、HE21和HE22相应表达式的计算过程与冷凝器基本相同,不再赘述。

  3循环特性分析3.1热源进口温度对热源单耗的影响热力系数和热源单耗为衡量循环热经济性的两个主要指标。由于热源单耗可确切地反映出收入与支出之间的关系,本文选择热源单耗作为衡量的主要指标其中Gg―热源流量,kg/h;Q0―制冷量,kW.下文的各曲线图。在中,单效循环、SE/DL循环冷媒水进出口温度均为15八0工冷却水进出口温亦均为28/33°C.计算中SE/DL循环热源的出取5°C.从图中曲线b可以看出,在热源温度低于85°C时,随着温度的升高,热源单耗d下降较快;在85°C以上时则逐渐趋平缓,因此当热源进口温度在85°C以上时,循环工作更为经济。对比a与b两曲线可知,在热源单耗上,SE/DL循环具有巨大的优势,由于SE/DL循环热源排温低,单效循环的热源单耗在SE/DL循环的4倍以上,这就意味着消耗相同进口温度、相同流量的热源时SE/DL循环将产生4倍于单效机的制冷量。其次,热源单耗的大幅降低,也即相同制冷量下,SE/DL循环的热源流量的大幅度降低(约为单效的1/4),使得所需的热源循环泵功率降低,体积缩小,这样既节省了初投资又节约了电能。并且,从曲线a还可以看出,当热源进口温度在85°C以下时,单效循环的热源单耗指标急剧恶化。这说明单效循环不适合以85°C以下低温热水为热源。由此可以得出,SE/DL循环由于热源排温低,能量利用率高,在节能方面优势巨大;而且对热源品位要求不高。能充分利用低温余热制冷。

  3.2热源进口温度对传热面积的影响为从总体上分析SE/DL循环的经济性,本文就热源进口温度对传热面积的影响进行了研究。计算中冷热流体的平均温差采用前苏联的索轲洛夫推导出的线性方程进行计算,即:进入换热器时的温差,CA―热流体或冷流体本身在换热器内的温度变化,角码‘1“一温度变化较大的流体”s“一温度变化较小的流体;a,b是与换热器内流体流动方向有关的常数。

  计算中选取各换热器的传热系数分别为:发生2326,吸收器Ka=1163,溶液热交换器Kt=582达式:口温度先固定为60单效循环0热源进出口温差则lishkfkl4为根据计算结果绘制的曲线,图。中nti为单bookmark2为了研究热源进口温度对传热面积的影响,定义单位制冷量所需的传热面积为面积单耗S双级循环于冷9热电关供的场合溢推广太擂能、地热等“g说bookmark11 4结论经过以上的分析与讨论,可以得出以下结论:1)SE/DL循环综合了单效循环COP较高和双级循环热源排放温度较低的优点,计算表明,该循环可以大大提高热源利用率,降低热源单耗,特别别适宜品位热源的应用也是一个不错的选择,对排放废热、废汽的冶金、石油、化工、纺织等工业企业同样有十分重要的经济价值和战略意义;2)SE/DL循环存在着一个使循环获得最大制冷量的热源出口温度,在本文的工况下,该温度在57.5单效循环的面积单耗相等;而当热源温度降至85°C以下时,SE/DL循环的面积单耗将小于单效循环,在85°C以上则与之相反。同时,在本文所考虑的温度范围内,单效循环的热源单耗在SE/DL循环的4倍以上;在相同的制冷情况下,SE/DL循环的热源流量较之单效循环大幅度降低,所需循环泵的功率和体积也随之减小,这样既降低了初投资,又节约了运行成本。

  SE/DL循环冷却水量比单效循环高13%,但比双级循环低40%左右。

  戴永庆。溴化锂吸收式制冷技术及应用丨M.北京:机械工业出版社,1997.戴永庆。溴化锂吸收式制冷机。北京:国防工业出

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