第六章_溴化锂吸收式冷热水机组

第六章溴化锂吸收式冷热水机组 LOGO 6 1吸收式制冷和热泵的基本概念 气体制冷剂回复到液体状态 制冷剂蒸发 吸收热量制冷 利用吸收方式 工作原理 LOGO 吸收式制冷利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气 在另一种条件下又能吸收低沸点组分这一特性完成制冷循环 目前吸收式制冷机多用二元溶液 习惯上称低沸点组分为制冷剂 高沸点组分为吸收剂 LOGO 吸收式与蒸气压缩式制冷循环的比较 a 蒸气压缩式制冷循环 b 吸收式制冷循环 相对于压缩机 LOGO 整个系统包括两个回路 制冷剂回路溶液回路 吸收式制冷是利用工质对的质量分数变化 完成制冷剂的循环 因而被称为吸收式制冷 LOGO 发生器和冷凝器 高压侧 与蒸发器和吸收器 低压侧 之间的压差通过安装在相应管道上的膨胀阀或其它节流机构来保持 在溴化锂吸收式制冷机中 这一压差相当小 一般只有6 5 8kPa 因而采用U型管 节流短管或节流小孔即可 LOGO 发生器generator吸收式制冷机中 通过加热析出制冷剂的设备 吸收器absorber吸收式制冷机中 通过浓溶液吸收剂在其中喷雾以吸收来自蒸发器的制冷剂蒸气的设备 LOGO 综上所述 溴化锂吸收式制冷机的工作过程可分为两个部分 1 制冷剂循环发生器中产生的冷剂蒸气在冷凝器中冷凝成冷剂水 经U形管进入蒸发器 在低压下蒸发 产生制冷效应 这些过程与蒸气压缩式制冷循环在冷凝器 节流阀和蒸发器中所产生的过程完全相同 2 溶液循环发生器中流出的浓溶液降压后进入吸收器 吸收由蒸发器产生的冷剂蒸气 形成稀溶液 用泵将稀溶液输送至发生器 重新加热 形成浓溶液 这些过程的作用相当于蒸气压缩式制冷循环中压缩机所起的作用 LOGO 思考 压缩式与吸收式制冷的异同 共同点 高压制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝后 经节流元件节流 温度和压力降低 低温 低压液体在蒸发器内汽化 实现制冷 不同点 消耗的能量不同蒸发压缩式制冷机消耗机械功 吸收式制冷机消耗的是热能 吸收制冷剂蒸气的方式不同利用液体蒸发连续不断地制冷时 需不断地在蒸发器内产生蒸气 蒸气压缩式用压缩机吸收此蒸气 吸收式制冷机用吸收剂在吸收器内吸取制冷剂蒸气 LOGO 将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机完成 吸收式制冷机则是通过吸收器 溶液泵 发生器和节流阀完成 提供的冷源温度不同蒸气压缩式制冷可以提供0 以下的低温冷源 应用范围广泛 而吸收式制冷一般只能制取0 以上的冷水 多用于空调系统 工质不同 压缩式制冷 吸收式制冷 单组分或多组分工质 双组分工质对 溴化锂 水 氨 水 吸收剂制冷剂 高沸点组分 低沸点组分 LOGO 总结 1 可以利用各种热能 蒸气 废热 余热 燃油 燃气等 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 LOGO 评价指标 吸收式制冷机所消耗的能量主要是热能 制冷剂的性能系数 热力系数 作为其经济性评价指标 性能系数COP是吸收式制冷机所制取的制冷量Qe与发生器消耗的热量Qg与溶液泵消耗的功率Wp两者代数和之比 吸收式热泵的制热性能系数COPh是吸收器和冷凝器释放的总热量与发生器消耗的热量Qg与溶液泵消耗的功率Wp两者代数和之比 LOGO 理想吸收式制冷的性能系数 设高温热源温度为T1 低温热源温度为T2 环境温度为Ts 吸收式制冷机的热力循环过程中分别与三个热源进行能量交换 0 由于Qa Qc Qg Qe 理想吸收式制冷机 等号成立 是Ts T2间逆卡诺循环制冷系数COPc 是T1 Ts间卡诺循环的热效率 c c LOGO 溴化锂水溶液的热力性质图 溴化锂水溶液 水是制冷剂 溴化锂是吸收剂 溴化锂水溶液的压力 饱和温度图 纯水的压力 饱和温度关系 溴化锂溶液沸腾时 只有水被汽化 故溶液的蒸气压为水蒸气的分压 由图可知 一定温度下 溶液的水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和分压力 并且浓度越高 分压力越低 结晶线表明在不同温度下的饱和浓度 温度越低 饱和浓度也越低 溴化锂溶液的浓度过高或溶液温度过低均易形成结晶 机组运行时应防止发生结晶 一 溴化锂水溶液的压力 饱和温度图 LOGO 二 溴化锂水溶液的比焓 浓度图 饱和液态和过冷液态的比焓在h 图上可根据等温线和等浓度线的交点确定 在溴化锂溶液的h 图上只有液相区 气态为纯水蒸汽 集中在 0的纵轴上 由于平衡时气液同温度 可通过某等压辅助线和等焓线交点确定 当压力较低时 压力对液体的比焓和混合热的影响很小 可认为溶液的比焓只是温度和浓度的函数 溴化锂水溶液的比焓 浓度图 LOGO 6 2单效溴化锂吸收式制冷机 流程与结构特点 流程 冷凝器 发生器蒸发器 吸收器 LOGO 结构形式 C 冷凝器 G 发生器E 蒸发器 A 吸收器 LOGO 溴化锂吸收式制冷机的主要附加措施 1 防腐蚀问题 溴化锂水溶液对一般金属有腐蚀作用 尤其在有空气存在的情况下腐蚀更为严重 2 抽气设备 定期抽气系统 自动抽气装置 LOGO 3 防止结晶问题 结晶现象一般先发生在溶液热交换器的浓溶液侧 因为此外溶液浓度最高 温度较低 通路窄小 发生结晶后 浓溶液通路被阻塞 引起吸收器液位下降 发生器液位上升 直到制冷机不能运行 为解决热交换器浓溶液侧的结晶问题 在发生器中设有浓溶液溢流管 或称防晶管 4 制冷量的调节 吸收式制冷机的制冷量一般是根据蒸发器出口被冷却介质的温度 用改变加热介质流量和稀溶液循环量的方法进行调节的 用这种方法可以实现在10 100 范围内制冷量的无级调节 LOGO 理论循环在h 图上的表示 溶液循环过程 1 稀溶液的加压1 2和预热过程2 3 2 蒸汽发生过程3 4 5 3 浓溶液冷却5 6与节流6 7 4 吸收过程 8 9 1 浓与稀溶液的混合 加压喷淋和吸收过程 LOGO 冷剂水循环过程 1 冷凝过程10 11 2 节流和蒸发过程11 12 12 13 14 冷剂水节流 加压 喷淋和蒸发过程 LOGO 热力计算 1 制冷量 kW 2 冷凝器热负荷 kW 3 循环倍率与溶液流量 设稀溶液流量 kg s 浓度为 浓溶液流量 kg s 浓度为 a称为循环倍率 LOGO 4 吸收器热负荷 kW 5 发生器热负荷 kW 6 溶液热交换器负荷 kW LOGO 7 制冷性能系数 8 吸收式热泵供热量 kW 吸收式热泵制热性能系数 LOGO 6 3单效溴化锂吸收式制冷机的性能与调节 性能的影响因素 1 工作蒸汽压力对性能的影响 当工作蒸汽压力升高 而其他条件不变 这时将导致溶液的温度升高 蒸汽发生量增加 发生器出口浓溶液浓度增加 冷凝器热负荷也增加 但由于冷却水进入机组的流量 温度不变 必然导致冷凝压力有所升高 在吸收器内 浓溶液吸收蒸汽的能力增加 吸收器的热负荷增加 因冷却水流量及进水温度不变 导致吸收器出口冷却水温度升高 而使稀溶液的温度升高 虽然工作蒸汽压力的提高对溴化锂吸收式制冷机的制冷量和性能系数的提高都有利 但太高的温度 浓溶液浓度太大 容易发生结晶现象 因此 单效溴化锂吸收式制冷机的工作蒸汽压力一般控制在0 02 0 1Mpa 表压 热水温度控制在90 150 范围内 LOGO 2 冷却水温与流量对性能的影响 当冷却水温度降低 而其他条件不变时 将使吸收器内溶液温度下降 吸收能力增强 则导致蒸发器内压力下降 蒸发量 制冷量 增加 虽然冷却水温度下降 对溴化锂吸收式制冷机性能提高有利 但太低的冷却水温度导致溶液热交换器浓溶液出口温度太低而可能发生结晶现象 3 冷冻水温与流量对性能的影响 当空调负荷变化时 制冷剂冷冻水进口温度将发生变化 如果空调冷负荷减少 则冷冻水回到制冷机的温度将降低 蒸发器传热温差减小 导致蒸发量减少 冷冻水温度下降 制冷量减小 性能系数降低 冷冻水流量增加 制冷量变化不大 冷却水温度下降 制冷量增加 性能系数升高 冷却水流量增加 其影响与水温下降一样 LOGO 4 其他因素的影响 冷却水 冷冻水水质 不凝性气体 冷剂水中溴化锂的含量 表面活性剂 调节 1 工作蒸汽调节法 2 凝结水流量调节法 3 冷却水流量调节法 4 稀溶液流量调节法 LOGO 6 4双效溴化锂吸收式制冷机 提高高温热源的温度 可以提高溴化锂吸收式制冷机的性能 然而为了防止结晶 又限制了热源温度不能太高 如果工作蒸汽压力过高 就必须减压后应用 双效溴化锂吸收式制冷机 流程与结构特点 串联双效溴化锂吸收式制冷剂流程 溶液串联循环 稀溶液 高压发生器 低压发生器 结构形式 三筒结构 双筒结构 LOGO 并联双效溴化锂吸收式制冷剂流程 溶液并联循环 稀溶液分别送入高压发生器和低压发生器 LOGO 理论循环在h 图上的表示 溶液循环过程 稀溶液 1 2发生器泵加压 分两路 1 2 3 5 6 7 2 2 8 9 10 11 12 13两路返回的浓溶液 7和13状态点 和的稀溶液 1状态点 混合 14状态点 经泵加压 15状态点 喷淋在吸收器传热管束上 吸收蒸发器的冷剂蒸汽后成为状态1的稀溶液 LOGO 冷剂水循环过程 1 蒸汽冷凝16 17 2 冷凝器闪发17 18 或19 18 3 节流 蒸发18 20 20 饱和水和20 蒸汽 LOGO 性能 工作蒸汽 冷却水和冷媒水参数的影响与单效制冷机相似 制冷量 性能系数与工作蒸汽压力的关系 制冷量与冷却水进口温度 冷媒水出口温度的关系 LOGO 制冷量与冷却水流量的关系 制冷量与冷媒水流量的关系 LOGO 6 5直燃型溴化锂吸收式冷热水机组 制冷工况冷剂水循环同双效溴机相同 制冷工况溶液循环 HG 中间浓度溶液 HHE LG 浓溶液 LHE A 稀溶液 LHE HHE HG 制热工况冷剂水流程 HG V2 A E 制热工况溶液循环 SP HG V1 A LOGO 另设热水器的直燃机 同时制冷 制热 直燃机消耗燃料的发热量 kW 获得制冷量 kW 或制热量 性能系数分别为 溶液泵消耗的功率一般很小 可忽略不计 LOGO 直燃吸收式溴化锂冷温水机 我们称之为 直燃机 是直接燃烧天然气 煤气 液化石油气 柴油作能源 以水 溴化锂作介质的冷热源设备 由于直燃机不以电为能源 只需极少的电作循环辅助动力 并具有制冷 采暖 卫生热水功能 可以大幅度削减电力投资和供热设备投资 在电空调广泛采用的国家和地区 直燃机更能削减夏季峰值电力 填补夏季燃气低谷的综合经济效益 对于电力行业及燃烧行业健康发展都具有举足轻重的影响 世界首台直燃机1968年在日本诞生 从1980年起成为日本 韩国等国的主要空调设备 占有该国中央空调市场80 以上的份额 远大1992年开发成功中国首台直燃机 1996年成为全球直燃机产销量最大的企业 至2002年已出口20余个国家 在中 美等国市场占有率为同行之首 LOGO 6 6吸收式热泵 第一类吸收式热泵利用高温热源 把低温热源的热能提高到中温的热泵系统 它是同时利用吸收热和冷凝热以制取中温热水的吸收式制冷机 这种热泵以增加热量为目的 故又称为增热型吸收式热泵 低温热源 高温热源 输出热源 输出热源 LOGO 第二类吸收式热泵利用中温废热和发生器形成驱动热源系统 同时还利用中温废热和蒸发器构成热源系统 在吸收器中制取温度高于中温废热的热水的热泵系统 这种热泵以升温为目的 故又称为热变换器 高温热源 输出热源 低温热源 输出热源 LOGO 第二类吸收式热泵由于冷凝压力低于蒸发压力 所以 需由溶液泵P将浓溶液从发生器送至吸收器 而冷剂水需用冷剂水泵P 将其从冷凝器送至蒸发器 当有5 10 的低温水 如冬季 作为冷却水时 这种机型可利用较低温度 如70 的中温废热水作发生器和蒸发器的热源 使较高温度的水在吸收器内升温 95 100 其热力系数约0 5 冷凝器中的冷却水温度越低 所得到的高温水温度越高 低温冷却水 LOGO 溶液循环 A 稀溶液 HE G 浓溶液 SP HE A冷剂水循环 G RP E 蒸汽 A 根据热平衡有 0 5 由于 LOGO 溶液循环过程 1 溶液泵加压过程1 2 2 浓溶液在热交换器中的加热过程2 3 3 浓溶液进入吸收器后温度升高到饱和温度后的吸收过程3 4 5 4 稀溶液在热交换器中的冷却过程5 6 5 稀溶液进入发生器6 7 6 发生器中的发生过程7 1 第二类溴化锂吸收式热泵理论循环在h 图上的表示 LOGO 第二类溴化锂吸收式热泵理论循环在h 图上的表示 冷剂水循环过程 1 冷剂蒸汽的冷凝过程8 9 2 冷剂水泵的加压过程9 10 3 蒸发器内冷剂水加热到饱和温度并汽化成蒸汽 蒸汽被溶液吸收10 11 12 LOGO 6 7溴化锂吸收式制冷机的适