水水溴化锂硝酸锂与水溴化锂吸收式制冷循环的比较

水水溴化锂硝酸锂与水溴化锂吸收式制冷循环的比较

0添加新的组分后的溴化锂水溶液众所周知，溴化铝吸收式冷却机已成功应用于空调和工艺冷却过程。近年来,由于节能和环保的要求,这种制冷机在国内外都取得了迅猛发展。但是制冷工质的腐蚀性和结晶现象迫使人们对其物性进行深入的研究,如何添加新的组分以克服这些缺陷,则成为各国研究者的探索对象。添加组分后的新工质对溴化锂水溶液的改善主要集中在两点:其一是降低结晶温度,改善吸收能力,提高热力系数COP;其二是防腐蚀。已有研究表明,水—溴化锂—硝酸锂三组分工质具有良好的热力性能和防腐蚀性,且价格低廉,适用于吸收式制冷系统,特别是在直燃型双效吸收式系统中具有广阔的应用前景,在高温化的三效、四效等多效吸收式系统中也有良好的发展趋势。本文研究目的是分析加入硝酸锂后的溴化锂水溶液对传统溴化锂吸收式制冷系统性能的影响,若该新工质能在实际机组中推广,则将给我国的溴化锂制冷行业注入新的生机和活力。1单效苦傅里叶变换的比较1.1水—系统的发生温度范围的比较对于一定的蒸发温度和冷凝温度,水—溴化锂—硝酸锂系统存在一最低发生温度。显然,对于水—溴化锂系统而言,也存在一最低发生温度,发生温度高于此值时系统才会制冷。由于该值基本上决定于冷凝温度和蒸发温度及工质的蒸发压力,故处于相同的条件下,两种工质循环的最低发生温度相接近。图1给出了蒸发温度te为5℃时,不同的冷凝温度tc下的最低发生温度tgmin的比较。同样,对于水—溴化锂—硝酸锂系统存在一最佳发生温度和相对应的最高热力系数。发生温度的升高,虽能使放气范围增大,循环倍率降低,但热力系数却并不总是随发生温度的升高而增大。因为发生温度升高,一方面可使浓溶液的浓度增大,增强吸收效果;另一方面则使进入吸收器的浓溶液的温度升高,从而影响吸收效果。在这两方面的作用下,发生温度存在一个最佳点,此时的热力系数达到最高值;当发生温度超过该值时,热力系数反而随发生温度的升高而下降,而且在发生温度过高时,浓溶液浓度过高,有可能出现结晶现象。对于水—溴化锂系统而言,理论上也存在最佳发生温度,此时热力系数达到最高点,但因其受结晶条件限制,实际的运行中往往达不到该最佳发生温度,因为此时的溶液浓度相对过高,产生了结晶现象。故对于水—溴化锂系统,该值由结晶条件决定。又因为发生温度未达到该点之前,热力系数随发生温度的升高而升高,故取溶液的浓度上限为60%(发生温度低于100℃)或62%(发生温度高于100℃),来选取循环的最佳发生温度和最高热力系数。水—溴化锂系统与水—溴化锂—硝酸锂系统的比较见图2和图3。显然,水—溴化锂—硝酸锂系统具有更高的最佳发生温度,也能达到更高的热力系数,并且当所需的最佳发生温度越高时,两者的差别就越大。所以采用水—溴化锂—硝酸锂工质后,系统的发生温度范围增大,更有利于使用高温热源。1.2蒸发温度te的影响热力系数COP、放气范围Δξ、循环倍率f和溶液热交换器的单位热负荷qt是表征制冷系统热力性能的重要经济指标。图4给出了两种工质制冷循环的这几个参数的比较。如图4所示,随着蒸发温度te的升高,两种工质的制冷循环的COP缓慢上升;Δξ约呈直线关系上升,f和qt则呈双曲线关系下降。从图中我们还可以看出,在溴化锂水溶液中加入硝酸锂后,各热力参数均有不同程度的改善。2双效吸收冷却能耗的比较2.1热力计算—循环的热力计算以581kW(50万kcal/h)直燃溴化锂冷热水机组为例,假定循环为稀溶液先进高压发生器的串联流程。在蒸发温度te为5℃,冷凝温度tc为40℃,且溶液在高压发生器中受烟气加热后出口温度tg1为152℃的工况下,对水—溴化锂—硝酸锂系统和水—溴化锂系统分别进行热力计算。因为溴化锂水溶液在高温下受结晶条件的限制,浓溶液的浓度不能过高,在循环的热力计算中取浓度上限为62%,而水—溴化锂—硝酸锂溶液则可大大超过该限制。热力计算的结果如表1所示。由表1可知,加入硝酸锂后,直燃型双效制冷循环的热力性能有明显的提高,热力系数COP提高32%,循环倍率f降低12%,溶液换热器的热负荷Qt减少28%。2.2直燃双效制冷循环溶液换热器热负荷图5给出了这两种工质的直燃双效制冷循环的热力系数COP随高压发生温度tg1的变化曲线。图6给出了两种工质的直燃双效制冷循环的溶液换热器的热负荷Qt与高压发生温度tg1的关系曲线。因此,采用新工质水—溴化锂—硝酸锂后,直燃型双效制冷循环的热力系数COP提高30%～32%,溶液热交换器的热负荷降低约28%～30%,热力系数的提高对制冷循环的改善是不言而喻的,而溶液热交换器热负荷的降低则意味着热交换器的换热面积可减少。3硝酸锂系统热力性能对比从前面的计算结果与性能曲线的比较,我们可得出以下结论:(1)处于相同的工作条件下,无论是单效、双效制冷系统,在溴化锂水溶液中加入硝酸锂后,系统的热力系数COP均有较明显的提高。由性能曲线可知,采用水—溴化锂—硝酸锂新工质后,与水—溴化锂相比,对于单效制冷循环,热力系数COP提高2%～9%;对于直燃型双效制冷循环,热力系数COP提高30%～32%。(2)对于单效及直燃型双效制冷循环,加入硝酸锂后系统的溶液热交换器的热负荷qt明显下降,而热负荷的大小直接影响传热面积;溶液的循环倍率f和放气范围均有所改善;而且加入硝酸锂后能有效扩大工作范围。对于单效制冷系统,最佳发生温度提高7～24℃,最高热力系数提高1%～18%;对于双效循环,由于腐蚀性和结晶条件的限制,水—溴化锂工质的工作温度范围限于170℃以下,而新工质水—溴化锂—硝酸锂则适用于200～400℃高温区域。所以,三元工质水—溴化锂—硝酸锂与传统工质水—溴化锂相比,具有较好的热力性能,适用于单、双效制冷系统,特别是在直燃型双效机组中具有明显的