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第5章吸收式制冷 1 5 1概述 2 3 5 1 1制冷剂与吸收剂1 制冷工质的选择要求要求与蒸汽压缩式制冷基本相同 应具有较大的单位容积制冷量 工作压力不应太高或太低 价廉 无毒 不爆炸和不腐蚀等性质 4 2 吸收剂的选择要求 1 吸收剂应具有强烈吸收能力 2 吸收剂和制冷剂的沸点相差越大越好 3 吸收剂具有较大的热导率 较小的密度和粘度 而且应具有较小的比热 以提高制冷循环的工作效率 4 无毒 不燃烧 不爆炸 无腐蚀和具有较好的化学稳定性 5 吸收式制冷循环工质对所组成的二元溶液 必须是非共沸溶液 5 3 常用工质对 1 以水作为制冷剂的工质对 2 以氨为制冷剂的工质对 3 乙醇作为制冷剂的工质对 4 以氟利昂为制冷剂的工质对到目前为止 实际上使用的还只限于氨 水溶液与溴化锂 水溶液两种 6 1 热力系数 2 最大热力系数 c c 5 1 2吸收式性能 7 5 2氨水溶液和溴化锂水溶液的h w图 5 2 1氨 水溶液的h w图 8 5 2 2溴化锂水溶液的h w图 9 5 3吸收式制冷吸收式制冷机是一种以热能为主要动力的制冷机 吸收式制冷循环 吸收塔 发生器 换热器 泵 消耗低品位热量 10 吸收制冷与压缩式制冷相比有以下特点 1 可以利用各种热能驱动 2 可以大量节约用电 3 结构简单 运动部件少 安全可靠 4 对环境和大气臭氧层无害 5 热力系数COP低于压缩式制冷循环 11 1 溴化锂溶液的液固相平衡图 2 溴化锂溶液的p t图 3 溴化锂水溶液的密度 4 溴化锂水溶液的质量浓度 5 溴化锂水溶液的导热率 6 溴化锂水溶液的动力粘度 7 溴化锂水溶液的表面张力 5 3 1溴化锂水溶液的工质对性质 12 图5 8溴化锂溶液的液固相平衡图 13 图5 9溴化锂溶液的p t图 14 15 图5 10溴化锂溶液的密度 16 图5 11溴化锂溶液的定压比热 17 溴化锂水溶液的定压比热容公式 Cp 溶液的定压比热容t 溶液的温度 x 100kg溶液中含有溴化锂的公斤数 18 图5 12溴化锂溶液的粘度 19 图5 13溴化锂溶液的表面张力 20 表5 3溴化锂溶液的热导率 21 5 3 2单效溴化锂吸收式制冷机1 原理图 22 5 14单效冷水机组的原理图 23 2 单效蒸汽型 热源回路 冷却水回路 冷水回路 冷剂水回路 溶液回路 主要部件 24 a 单效冷水机组的循环流程b 单效制冷循环图5 15单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的循环流程 25 3 单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的循环流程图 循环流程图中包括 热源回路 冷却水回路 冷水回路 冷剂水回路 溶液回路 26 溶液回路包括下列过程 1 稀溶液经溶液热交换器的加热升温过程 2 稀溶液在发生器中的发生过程 3 浓溶液经溶液热交换器的冷却降温过程 4 浓溶液和稀溶液在进入吸收器之前的混合过程 5 混合溶液在吸收器中的吸收过程 27 制冷剂回路包括下列过程 1 冷剂蒸汽在冷凝器中的冷凝过程 2 冷剂水在蒸发器中的蒸发过程 28 图5 16单筒单效蒸汽型溴化锂冷水机组1 冷凝器2 发生器3 蒸发器4 吸收器5 溶液热交换器6 溶液泵I7 冷剂泵8 溶液泵II 29 图5 17工作过程在h 图上的表示 30 4 溴化锂吸收式制冷机的热力计算及传热计算 热力计算 1 已知参数 a 制冷量Q0它是根据生产工艺或空调要求 同时考虑到冷损 制造条件以及运转的经济性等而提出的 b 冷媒水出口温度tx 它是根据生产工艺或空调要求提出的 由于tx 与蒸发温度t0有关 若t0下降 机组的制冷量及热力系数均下降 因此在满足生产工艺或空调要求的基础上 应尽可能的提高蒸发温度 对于溴化锂吸收式制冷机组 因为用水作为制冷剂 因此一般tx 大于5 31 c 冷却水进口温度tw 根据当地的自然条件决定 应该尽可能的使tw 低 以增强吸收效果 但由于存在溴化锂结晶的问题 tw 并不是越低越好 d 加热热源温度考虑到废热利用 结晶和腐蚀等问题 采用0 1 0 25MPa的饱和蒸汽或75 以上的热水作为热源比较合理 一些单效溴化锂机组的型式和基本参数可以参加下表 32 33 设计参数的选定 吸收器出口水温tw1和冷凝器出口水温tw2 总温升一般取7 9 tw1 tw tw1 tw2 tw tw1 tw2 冷凝温度tk和冷凝压力pk冷凝温度一般较冷却水出口温度高2 5 tk tw2 2 5 pk f tk 蒸发温度t0及蒸发压力p0蒸发温度一般较冷媒水出口温度tx 低2 4 t0 tx 2 4 p0 f t0 34 设计参数的选定 吸收器内稀溶液的最低温度t2t2一般比冷却水出口温度3 5 t2 tw tw1 3 5 吸收器压力pa流经挡板时有阻力损失 一般取 p0 10 70 Pa pa p0 p0稀溶液浓度 a根据pa和t2 由溴化锂溶液的h 图确定 a f pa t2 35 设计参数的选定 浓溶液浓度 r为保证循环的经济性和安全运行 希望放气范围 r a 在 0 03 0 06 之间 因此 r a 0 03 0 06 发生器内溶液的最高温度t4t4 f r pg 溶液热交换器出口温度t7与t8t8由热交换器的冷端温差确定 如果温差小 热效率虽然高 但要求的传热面积会较大 为了浓防止结晶 t8应比 r所对应的结晶温度高10 以上 因此冷端温差取 15 25 即t8 t2 15 25 36 设计参数的选定 忽略溶液与环境的热交换 稀溶液的出口温度t7根据溶液热交换器的热平衡式取定 qm f h7 h2 qm f qm d h4 h8 h7 1 1 a h4 h8 h2qm f 稀溶液循环质量流量qm d 水蒸气质量流量a r r a 循环倍率 37 qmf qmd qm h9 qmf qmd h8 qmh2 a 1 qm qmd h9 a 1 h8 qm qmd h2 f qm qmd 稀溶液循环倍率 38 制冷机中冷剂水的流量qmdqmd Q0 q0 q0 h1 h3 39 发生器热负荷QgQg qmf qmd h4 qmdh3 qmfh7 40 2020 2 5 41 冷凝器热负荷QkQk qmd h3 h3 42 吸收器热负荷QaQa qmf qmd h8 qmdh1 qmfh2 qmd a 1 h8 h1 ah2 kW 43 溶液热交换器热负荷QexQex qmf h7 h2 qmf qmd h4 h8 44 5 单效溴化锂 水吸收式制冷机设计参数和操作工况 45 单效溴化锂 水吸收式制冷机仿真计算结果 46 与以上单效基本循环相比 吸收式制冷循环可以分为多级循环和多效循环 多效循环则是对于高温热源的热量予以多次利用 使得系统COP有明显的提高 5 3 3多级循环和多效循环 47 1 吸收式制冷的系统构成 吸收式机组的应用系统 驱动热源回路 制冷剂回路 溶液回路 冷却水回路 冷水回路 抽气装置 自动控制装置 安全保护装置 蒸汽型 直燃型 热水型 余热型 48 2 溴化锂吸收式制冷机的分类1 按用途分类 1 冷水机组 2 冷热水机组 3 热泵机组 49 2 按驱动热源分类 1 蒸汽型 2 直燃型 3 热水型3 按驱动热源的利用方式分类 1 单效 2 双效 3 多效 50 4 按溶液循环流程分类 1 串联流程 它又分为两种 一种是溶液先进入高压发生器 后进入低压发生器 最后流回吸收器 另一种是溶液先进入低压发生器 后进入高压发生器 最后流回吸收器 2 并联流程 溶液分别同时进入高 低压发生器 然后分别流回吸收器 3 串并联流程 溶液分别同时进入高 低发生器 高压发生器流出的溶液先进入低压发生器 然后和低压发生器的溶液一起流回吸收器 51 5 双效蒸汽型 双效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的主要部件 是在单效机组的基础上加设高压发生器 高温溶液热交换器和凝水换热器等部件常见的双效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的结构型式有三筒型 双筒型和多筒型 52 3 蒸汽型 图5 31双筒双效并联蒸汽型溴化锂冷水机组 53 图5 32并联蒸汽型溴化锂冷水机组工作过程 54 双效吸收式制冷循环 55 图5 33双筒双效串联蒸汽型溴化锂冷水机组 56 图5 34串联蒸汽型溴化锂冷水机组工作过程 57 远大并联流程双效蒸汽型溴化锂冷水机组 优点 1 高发溶液循环量减少一半 节省启动能耗 高发易升温 能耗减少20 以上 2 高发溶液可以更浓 尤其是应付超常规条件 如冷却水超温或吸收器铜管结垢 3 低发溶液不需太浓 避免低交结晶 58 三筒双效蒸汽型溴化锂冷水机组1 自动熔晶管2 冷剂泵3 溶液泵4 吸收器5 蒸发器6 高温溶液热交换器7 集气室8 低压发生器9 冷凝器10 高压发生器11 凝水热交换器12 低温溶液热交换器 59 5 3 4直燃型溴化锂吸收式冷热水机组 常见的结构型式有 热水和冷水采用同一回路的 交替供应热水和冷水的机组 设热水器和热水回路的同时制冷和采暖或供热水的机组 60 直燃型 61 直燃型 62 63 5 3 6提高溴化锂吸收式制冷机性能的途经 及时抽除不凝性气体调节溶液循环量强化传热与传质过程采取适当的防腐措施 64 65 66 调节溶液循环量 如果循环量过大 一方面使溶液的浓度差减小 产生的冷剂蒸气量减少 另一方面 进入吸收器的浓溶液的量增大 吸收液温度升高 影响吸收效果 如果循环量过小 一方面机组处于部分负荷下运行 制冷能力得不到充分发挥 另一方面由于循环量太小 溶液的浓度差增大 浓溶液浓度过高 有结晶的危险 67 强化传热与传质过程 添加能量增强剂 减小溴化锂溶液的表面张力 降低溴化锂溶液的水蒸汽分压力 强化传质过程 在铜管表面形成液膜 使凝结过程近似为珠状凝结 减小冷剂蒸汽的流动阻力 提高换热器管内工作介质的流速 冷却水和冷媒水 1 5 3m s 加热蒸汽 15 30m s 溶液 0 3m s 68 强化传热与传质过程 传热管表面进行脱脂和防腐处理 改进喷嘴结构 改善喷淋液的雾化情况 提高冷却水和冷媒水的水质 减少污垢热阻 采用强化传热管 合理的调节喷淋密度 69 采取适当的防腐措施 溴化锂溶液在有空气存在的情况下 对一般金属有强烈的腐蚀性 因此要及时抽除不凝性气体并严格防止空气的漏入 采用耐腐蚀的材料 但是价格昂贵 难以推广使用 增加缓蚀剂 0 1 0 3 铬酸锂和适量的氢氧化锂 使溶液的pH 9 5 10 5 可有效地延缓溴化锂溶液对金属的腐蚀作用 70 5 3 7冷量的调节及其安全保护措施 冷量的调节加热蒸气量调节法加热蒸气压力调节法加热蒸气凝结水量调节法冷却水量调节法溶液循环量调节法溶液循环量与蒸气量组合调节法溶液循环量与加热蒸气凝结水量组合调节法 71 7 安全保护措施 防止溴化锂溶液结晶的措施预防蒸发器中冷媒水或冷剂水冻结的措施屏蔽泵的保护预防冷剂水污染的措施 72 防止溴化锂溶液结晶的措施 设置自动溶晶管 在发生器出口浓溶液管道上设温度继电器 用它来控制加热蒸气阀门的开启度 预防因温度高而浓度过高 产生结晶 在蒸发器中设置液位控制器 使冷剂水旁通到吸收器中 从而防止结晶 装设溶液泵和蒸发器泵延时继电器 加设手动阀门控制的冷剂水旁通管 以防止突然停电对系统的影响 73 预防蒸发器中冷媒水或冷剂水冻结的措施 在外界负荷突然降低或冷媒水泵发生故障的时候 会使蒸发器中冷剂水或冷媒水温度下降 严重时会冻裂水管 措施 在冷剂水管道上装设温度继电器 在冷媒水管道上装设压力继电器或压差继电器 74 屏蔽泵的保护 在蒸发器和吸收器中装设液位控制器 保证屏蔽泵有足够的吸入高度 从而有效地防止气蚀现象的产生并使轴承的润滑液有足够的压力 在屏蔽泵电路中装设过负荷继电器 对电机和叶轮等起保护作用 在屏蔽泵出口管道上装设温度继电器 防止润滑液温度过高使轴承受到损坏 75 预防冷剂水污染的措施 当冷却水温度太低 由于冷凝压力过低 可能使得发生过程剧烈进行 有可能将溴化锂溶液溅入冷凝器中 污染冷剂水 预防措施 在冷却水进口处装设水量调节阀 用以控制冷却水流量 76 概述氨水溶液的性质单级氨水吸收式制冷机循环过程 5 4氨吸收式制冷机