第三章单效溴化锂吸收式制冷机-.ppt

1、吸收式制冷机,第三章 单效溴化锂吸收式制冷机,3-1 吸收式制冷理想循环的热力系数,在吸收式制冷机中，发生器中外部热量Qh在温度Th下将热量传给溶液；蒸发器中的制冷剂在温度T0下，由被冷却介质中取得热量Q0；在吸收器和冷凝器中，溶液和制冷剂分别在温度Tk和Ta下向外放出热量Qk和Qa。,忽略吸收式制冷循环中各过程的不可逆损失，则可认为各换热器为无温差传热。 根据热平衡：,（1）,若制冷循环是在理想情况下进行的，为使该变化可逆，根据热力学第二定律，该系统的总熵值不变。,即克劳修斯积分,在温度T下，热量Q的传递若是可逆的，则熵的变化S即为：,一般 ，上式可写为：,（2）,将（1）式代入到（2）式，

2、得：,热力系数：,式中 工作在高温热源Th和环境温度Tk间 的正卡诺循环的热效率， ；,工作在低温热源T0和环境温度Tk间 的逆卡诺循环的制冷系数， 。,结论（1）理想吸收式制冷循环可看作是工作在高温热源Th和环境温度Tk间的正卡诺循环与工作在低温热源T0和环境温度Tk间的逆卡诺循环的联合，其热力系数max是吸收式制冷循环在理论上所能达到的热力系数的最大值。 (2)理想吸收式制冷循环的热力系数的数值只取决于三个热源温度，而与其它因素无关。,热力系数表示消耗单位热量所能制取的冷量，是衡量吸收式制冷机的主要性能指标。在给定条件下，热力系数越大，循环的经济性越好。,在实际过程中，由于各种不可逆损失的

3、存在，吸收式制冷循环的热力系数必然低于相同热源温度下理想吸收式制冷循环的热力系数，两者之比称为吸收式制冷循环的热力完善度，用表示。,热力完善度越大，表明循环中的不可逆损失越小，循环越接近理想循环。,单效热源：0.1Mpa的工作蒸汽或75以上的热水。,一.组成：发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵等。,二.型式：双筒型、单筒型,一般小于100万kcal/h（1150kW）采用单筒型。,3-2 溴化锂吸收式制冷机各部件作用与制冷理论循环,双筒型是将筒内压力大致相同的发生器和冷凝器置于一个筒体内，而将压力相近的蒸发器和吸收器置于另一个筒体内。,三.溴化锂吸收式制冷机各部件作用

4、,蒸发器的作用：输出冷量的设备，将节流降压后的制冷剂液体气化，吸取载冷剂的热量，使载冷剂温度降低，达到制冷的目的。,冷凝器的作用：输出热量的设备，将制冷剂的气体凝结为液体，放出的热量传给冷却介质。,发生器的作用：通过消耗热能使制冷剂（水）从溶液中汽化。,吸收器的作用：把蒸发器中产生的制冷剂蒸汽重新输送回二元溶液中。,溶液泵的作用：将低压的溶液加压，并经溶液热交换器送到发生器中。,冷剂泵的作用：将没有蒸发的冷剂水喷淋在蒸发器中的传热管外表面。,四溴化锂吸收式制冷理论循环,吸收式制冷理论循环原理图如图示：,制冷剂循环：由蒸发器、冷凝器和节流阀组成，属于逆循环。,溶液循环：由发生器、吸收器、溶液泵、

5、溶液热交换器和调节阀组成，属于正循环。,动画演示,单效溴化锂吸收式制冷理论循环.swf,理论循环的假设条件：,（1）工质在流动过程中没有任何流动阻力；,（2）发生压力pr等于冷凝压力pk，吸收压力pa等于蒸发压力p0；,（3）发生过程和吸收过程终了的溶液状态和冷凝过程、蒸发过程终了的制冷剂状态均为饱和状态；,（4）溶液热交换器可以实现热量的完全回收，浓溶液可以被冷却到稀溶液进口处的温度（无端部温差）。,工作过程：,点7状态F kg/h的稀溶液，在压力为pr的发生器中被加热，产生D kg/h的冷剂蒸汽（点3状态），过程终了稀溶液流出发生器的状态为点4;,点3状态的冷剂蒸汽在压力为pk的冷凝器中被

6、冷却，并凝结成点3状态的冷剂水，然后节流降压进入蒸发器。,在蒸发器中冷剂水在p0压力下吸收热量而蒸发，达到制冷目的，制冷剂由液态变为气态，即点1状态。,另一方面，由发生器出来的点4状态的（F-D）kg/h浓溶液，经溶液热交换器（点8状态）和减压（点8状态）后，进入压力为pa的吸收器中，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，过程终了溶液状态为点2 ;,点2状态的稀溶液由溶液泵输送，经溶液热交换器温度升高，重新进入发生器。,过程如此循环不息。,五在h-图上的理论循环,1.浓溶液在溶液热交换器中的冷却过程（过程线4-8）,发生器出口温度为t4,浓度为r的浓溶液（点4）在溶液热交换器中被稀溶液冷却，理想情况下（无

7、端部温差），温度可降至t2，由于冷却过程中溶液的浓度r保持不变，故过程终了溶液处于过冷状态（点8）。,2.浓溶液的节流与吸收过程（过程线8-2）,（1）浓溶液进入吸收器前，须经节流，使其压力降到p0。因为节流过程中溶液的浓度r和焓值h8均不发生变化，所以节流后的状态点8于8重合。但点8所表示的是压力为p0的过冷溶液。,（2）节流后的溶液在吸收器中绝热地吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，温度升高而浓度降低，直到饱和状态。这一过程用过程线8-8*表示。,（3）溶液继续吸收冷剂蒸汽，吸收过程沿等压线p0进行。在h-图中用过程线8*-2表示，过程终了溶液浓度和温度分别降低为a和t2，即点2状态。 吸收过程放出

8、的热量由冷却水带走。,3.稀溶液的升压升温过程（过程线2-7）,（1）由吸收器出来的稀溶液（点2状态）需先升压，过程线2-2表示升压过程。在此过程中，由于浓度a保持不变，焓值h2也基本保持不变（因溶液泵的功率很小），因此点2与点2重合。,（2）升压后的稀溶液在溶液热交换器中被浓溶液加热，浓度a不变，而温度升高至t7。t7可由溶液热交换器的热平衡关系来决定。理论循环通常可达过热状态。,4.稀溶液在发生器中的发生过程（过程线7-4）,（1）处于过热状态的稀溶液，进入发生器后先闪发出一部分冷剂蒸汽，浓度升高而温度降低，达到pk压力下的饱和状态7*，用7-7*表示稀溶液在发生器中的闪发过程。,(2)

9、溶液在发生器中被加热介质(如加热蒸汽)加热，产生过热状态的冷剂蒸汽，溶液的浓度和温度升高。过程终了溶液的浓度和温度分别为r和t4，即点4状态。,发生过程是沿压力为pk的饱和线进行的，它所产生的冷剂蒸汽由于溶液的温度不断升高，其过热度也不断增大。（如过程线5-4）所示，一般取其平均值，即点3状态。,5.冷剂蒸汽的冷凝过程（过程线3-3）与蒸发过程（过程线3-1）,在h-图中，表示冷剂蒸汽冷凝和蒸发的过程都在纵坐标上。 点3状态的过热蒸汽在冷凝器中先被冷却到饱和状态3，然后冷剂蒸汽在等温下放出潜热，被冷凝到点3状态的冷剂水。过程线3-3表示冷剂蒸汽在冷凝器中的冷却及凝结过程。,冷剂水经节流装置节流

10、，焓与浓度都未改变，状态点还是3点，此时压力为p0，节流后的3点处于湿蒸汽区。,节流后的制冷剂进入蒸发器吸热蒸发，产生制冷效应。过程线3-1是蒸发过程。过程终了冷剂蒸汽的状态为点1的饱和蒸汽。,冷剂蒸汽在吸收器中被吸收，然后又在发生器中被蒸发出来。由点1状态返回到点3状态是通过上述溶液的四个过程来实现的。,如果制冷机中没有溶液热交换器，则制冷循环如图h-中的2-5-4-6-2所示，其中4-6是浓溶液在吸收器中的预冷过程，2-5是稀溶液在发生器中的预热过程。,3-3 单效溴化锂吸收式制冷实际循环,一流程图,1-发生器 2-冷凝器 3-蒸发器 4-吸收器 5-溶液热交换器 6-U型管节流装置 7-

11、冷剂泵 8-发生器泵 9-吸收器泵,2流程方框图,动画演示,单效双筒溴化锂吸收式制冷实际循环.swf,二.工作过程,发生器中产生的冷剂蒸汽进入冷凝器，被冷凝器中的冷却水冷却而凝结成冷剂水。,冷剂水经U型管（或其它节流装置）节流，进入蒸发器的水盘。,蒸发器中的制冷剂水吸收冷媒水的热量而蒸发，蒸发后的水蒸气经挡水板进入吸收器中，在吸收器中被喷淋的溶液吸收，产生吸收热被冷却水带走。吸收水蒸气后溶液成为稀溶液，稀溶液经泵加压，经溶液热交换器升温后进入发生器中。,发生器中产生了水蒸气后的浓溶液，经溶液热交换器降温，由管路阻力损失压力下降，进入吸收器中，在吸收器中与稀溶液混合后，经泵喷淋，吸收来自蒸发器的

12、水蒸气。,溴化锂吸收式制冷机的工作过程可分为以下二部分：,.溴化锂溶液在发生器中被热源加热沸腾，产生出制冷剂蒸汽在冷凝器被冷凝成冷剂水。冷剂水经U型管节流进入蒸发器，在低压下蒸发，产生制冷效应。,.发生器中出来的浓溶液，经热交换器降温、降压后进入吸收器，与吸收器中的稀溶液混合为中间浓度的溶液。中间热度的溶液被吸收器泵输送并喷淋，吸收从蒸发器中产生的冷剂蒸汽，形成稀溶液。稀溶液由发生器泵输送到发生器，重新被热源加热，形成浓溶液。,1.发生过程,发生器泵将从吸收器中流出的稀溶液加压后，经溶液热交换器被高温浓溶液加热升温后，进入发生器。发生器内的稀溶液被通过管簇内的蒸汽加热，温度继续升高，并在发生器

13、中沸腾，冷剂水不断地从稀溶液中以水蒸气的形式析出。溴化锂溶液被浓缩，溶液的浓度逐渐增加。,2.冷凝过程,由发生器产生出来的水蒸气进入冷凝器，在冷凝器中，冷剂水蒸汽放出热量，被凝结为液体的水，放出的热量被冷却水带走。,3.节流过程,冷凝过程产生的冷剂水，通过U型管节流进入蒸发器。,4.蒸发过程,进入蒸发器的冷剂水，由于压力的急剧下降，一部分冷剂水立刻闪发，温度降低。尚未闪发的冷剂水经蒸发器管簇外表面向下，积聚在蒸发器的底盘与液囊内，通过蒸发器泵输送并喷淋在蒸发器管簇外表面上，吸收传热管内冷媒水的热量而蒸发为冷剂蒸汽，进入吸收器中。,5.吸收过程,发生器内发生终了的高温浓溶液，依靠上下筒的压力差和

14、溶液本身的重量，流经热交换器放出热量后，进入吸收器，与吸收器中的稀溶液混合为中间溶液，由吸收器泵输送并喷淋到吸收器管簇外，吸收从蒸发器蒸发出来的冷剂蒸汽，溶液的浓度降低成为稀溶液。吸收过程中放出的热量被冷却水带走。,三实际循环在h-图上的表示,忽略压力、浓度在过程中的变化，与理论循环的区别在于：溶液热交换器具有端部温差，即浓溶液出口温度不等于稀溶液入口的温度。,2-7 表示稀溶液在溶液热交换器中的升温过程。（通常7点的温度低于5点的温度）,7-5-4 表示稀溶液在发生器中的加热和发生过程。,发生过程产生的水蒸气状态用其平均状态3表示。,4-8 表示浓溶液在热交换器中的放热过程。,点8状态的浓溶

15、液与点2状态的稀溶液混合，形成状态为点9的中间溶液，浓度为m。,2/8-9表示溶液的混合过程。,9-10-2表示吸收器中的吸收过程。其中9-10为溶液进入吸收器后的闪发过程，溶液的温度降低，浓度略有升高，达到10点状态。10-2为溶液在吸收器中的吸收过程。,3表示发生过程产生的水蒸气的平均状态。,3-3 表示制冷剂水在冷凝器中的冷却、冷凝过程。,3-1 表示冷剂水在蒸发器中的蒸发过程。,3-4 单效溴化锂吸收式制冷机各设备负荷,制冷机中各换热设备的热负荷可通过对循环过程及各设备热平衡关系的分析求得。,一发生器的热负荷,加入发生器的总热量为：,流出发生器的总热量为：,在稳定状态下，加入发生器的总

16、热量流出发生器的总热量相等。即,（k w）,令F/D=a，a称为循环倍率，它表示在发生器中每产生1kg冷剂水蒸汽所需要的溴化锂稀溶液的循环量。,(kJ/kg),q h称为发生器的单位热负荷。 意义：在发生器中产生1kg冷剂蒸汽所需加入的热量。,a可以通过发生器中溴化锂的质量平衡关系求得。,进发生器的溴化锂量为Fa kg/s，出发生器的溴化锂量为(F-D) r kg/s。由于发生过程中溴化锂量是不挥发的，所以：,两边同除D，,称为放汽范围。,溶液的循环倍率a为发生器出口浓溶液的浓度与放汽范围之比。,二冷凝器热负荷,进入冷凝器的D kg/s冷剂蒸汽，其焓值为h3，被在冷凝器管内流动的冷却水所冷却，

17、形成焓值为h3的D kg/s冷剂水。冷却水带走的热量为Q k。则冷凝器的热平衡为：,单位冷凝热负荷,q k称为单位冷凝热负荷，表示在冷凝器中凝结1kg冷剂蒸汽，冷却介质所需带走的热量。,三.蒸发器热负荷,进入蒸发器的焓值为h3的D kg/s冷剂水，吸取在蒸发器管内流动的冷媒水的热量Q0而蒸发，形成焓值为h1的冷剂蒸汽。,热平衡方程：,单位制冷量：,q0蒸发器的单位热负荷，表示在蒸发器中 1kg冷剂水蒸发时所吸收的热量。,四吸收器热负荷,进入吸收器的焓值为h1的D kg/s冷剂水蒸汽，被来自溶液热交换器的焓值为h8的(F-D) kg/s浓溶液所吸收，成为焓值为h2的F kg/s稀溶液，然后流出吸

18、收器，吸收过程所放出的热量被冷却水带走。若冷却水带走的热量为Q a，则吸收器的热平衡为：,q a称为吸收器单位热负荷，表示在吸收器中吸收1kg冷剂蒸汽时冷却水所需带走的热量。,五溶液热交换器的热负荷,在没有热损失的情况下，来自发生器的焓值h4的(F-D) kg/s浓溶液，在溶液热交换器中放出的热量，等于来自吸收器的焓值为h2的F(kg/s)稀溶液所得到的热量。若溶液热交换器的热负荷为Qt，则它的热平衡为：,或,qt称为溶液热交换器的单位热负荷，意义是在理想情况下，产生1kg/s冷剂蒸汽时，溶液热交换器所回收的热量。,六制冷循环的热平衡,由于溶液泵输送工质所消耗的功很小，可以忽略不计。所以在稳定

19、工况下，加入制冷机的热量，应等于带出制冷机的热量。即：,或,七热力系数及热力完善度,热力系数：制冷机工作过程中所获得的制冷量Q0与所消耗的热量Q h之比。,热力系数表示消耗单位热量所能制得的冷量。,单效：一般为0.650.75； 双效：在1.0以上。,热力完善度是热力系数与同热源温度下最高热力系数的比值。,最高热力系数即理想循环的热力系数，即,热力完善度可表示为：,3-5 热力计算,设计计算的任务：根据设计任务书提出的要求和给定的条件，进行制冷循环计算，以求得与制冷量相适应的工作介质循环量和各换热设备的热负荷，确定传热面积、结构以及配管尺寸、泵、阀的型号选择等。,设计计算分：热力计算，传热计算

20、和结构计算。,热力计算的目的:是根据给定的技术条件（制冷量、冷媒水出水温度、冷却水进水温度及加热热源条件等），合理选定热力参数，并依据溶液的热力性质图表来完成循环的热力过程计算，为传热计算提供必要的数据。,一已知参数,1制冷量Q0 制冷量是根据空气调节或生产工艺所需的制冷量而定。 2冷媒水出水温度tx 冷媒水温度是根据空调设计中的要求来确定的。 一般为716。 3冷却水进水温度tw 通常冷却水进水温度为2532。 4加热热源参数 单效机0.150.2Mpa（绝对压力）或75以上的热水。 双效机0.40.6Mpa（绝对压力）或燃油、燃气。,二选取参数,1蒸发温度t0 (蒸发压力P0),一般取25

21、。,蒸发压力P0由蒸发温度t0查水蒸汽表求得。,2吸收压力Pa,p0=0.10.5mmHg,3吸收器和冷凝器出口冷却水温度tw1、tww2,为减少冷却水的消耗量，考虑到（1）吸收器中的吸收效果；（2）冷凝器允许有较高的冷凝压力。将冷却水串联，先进吸收器，再进冷凝器。,一般总温升取 。,吸收器热负荷Q a冷凝器热负荷Q k，,所以吸收器中冷却水的温升要大于冷凝器中冷却水的温升。,确定冷却水温升的方法：,（1）先假定 ，而 ；,（2）最后由Q a和Q k分别计算出来的冷却水量是否相等来确定。,冷却水串联后的水温：,吸收器出水温度,冷凝器出水温度,4冷凝温度t k及冷凝压力p k,由t k查水蒸汽表

22、求得p k,5发生压力p h,冷剂蒸汽流经发生器挡液板时有阻力损失， 即p hp k，但这一损失较小，通常取p h=p k。,6.发生器出口浓溶液的温度t4,当p h确定之后，t4的选取关系到发生器出口浓溶液的浓度r，t4高，r也高。,r一般在6065%的范围。,以蒸汽为热源，可根据加热蒸汽的温度t h来确定t4。,t4=1040,7吸收器出口稀溶液的温度t2,t2与吸收器出口冷却水温度tw1有关。,t2=35,t2的选取应使a在5660%范围内。,8稀溶液浓度a,由Pa和t2确定,9浓溶液浓度r,ra最好在45%（或36%）。,放汽范围太小（ ），则溶液循环量大，热效率低。,放汽范围太大，虽

23、然热效率高，但r大，容易产生结晶。,可由来调整其它参数。,10溶液热交换器出口温度t8与t7,浓溶液出溶液热交换器的温度t8由热交换器的冷端温差确定。,（1）如果温差较小，热效率虽然较高，但所需的传热面积大。,（2）为了防止浓溶液发生结晶，一般t8应比r浓度所对应的结晶温度高10以上。,冷端温差一般取1525。,所以 ， t8=1525。,如果忽略溶液与环境介质的热交换，t7可由热交换器热平衡来确定。,kJ/kg,由h7和a在h-图上确定t7。,11吸收器喷淋溶液的焓值h9和浓度9,由于进入吸收器的浓溶液量较少，为保证一定的喷淋密度，加上一定量的稀溶液，形成中间溶液后再进行喷淋。虽然浓度有所降

24、低，但因喷淋量的增加，而使吸收效果得到增强。,mh2,(F-D)h8,(F-D+ m)h9,设送至发生器的稀溶液量为F kg/s，在发生器中产生D kg/s的冷剂蒸汽，因此进入吸收器的浓溶液为(F-D) kg/s 。因浓溶液的流量较小，为了满足吸收器喷淋方式的要求，还必须再混入m kg/s的稀溶液，形成中间溶液。,由热平衡：,令,f吸收器稀溶液的再循环倍率。,意义：吸收1kg冷剂蒸汽所需补充稀溶液的量。,kJ/kg,由物料平衡：,通常取f=1040,三各换热设备热负荷,1发生器热负荷,2冷凝器热负荷,3蒸发器热负荷,4吸收器热负荷,5溶液热交换器热负荷,四制冷机的热平衡,如偏差较大，说明计算误

25、差较大，需进行检查，重新计算。,五热力系数与热力完善度,六各工作介质的流量计算,1.加热蒸汽的消耗量,kg/s,式中 （1.051.15）附加系数，根据蒸汽管道的保温情况和管道长度而定。 r加热蒸汽潜热，kJ/kg。,2.冷媒水流量,式中 1000水的密度， kg/m3； C p水的定压比热，c p=4.1868kJ/kgk； Q0制冷量，k w； t0、t0分别为冷媒水进、出制冷机的温度，。,3.冷却水流量,冷却水有串联与并联之分，串联冷却水流量：,吸收器冷却水流量,冷凝器冷却水流量,应使Vw1Vw2，否则应重新选温升t w1、t w2。,并联：吸收器冷却水流量,冷凝器冷却水流量,4.稀溶液

26、流量（发生器泵流量）,式中 a稀溶液密度(kg/m3)，根据a和t2由溴化锂溶液的密度图查得。,5.吸收器喷淋溶液量（吸收器泵流量）,式中 cm吸收器喷淋液的密度，kg/m3。根据9和t9由溴化锂溶液的密度图查得。,6.蒸发器冷剂喷淋量（蒸发器泵流量）,由于蒸发器内冷剂水的蒸发压力很低，因此静液柱对蒸发过程的影响很大，为了消除这种影响，蒸发器采用喷淋式。,为保证一定的喷淋密度，泵的喷淋量应大于蒸发器的蒸发量。,泵的喷淋量与蒸发器的蒸发量之比称为蒸发器冷剂水的循环倍率。一般冷剂水的循环倍f a=515。,3-6 传热计算,传热计算的目的：根据热力计算中所确定的热负荷和有关的温度、流量参数，合理地

27、选取或计算传热系数k，以求得各换热设备的传热面积，为制冷机的结构设计提供数据。,一传热计算公式,tm选用经验公式,式中 热交换器中的最大温差，即热流体进口和冷流体进口温度差； a、b常数，与热交换器内流体流动方式有关；,顺流 a取0.65，逆流 a取0.35， 交叉流 a取0.450.5；b取0.65。,t a流体a在换热过程中的温度变化；,t b流体b在换热过程中的温度变化。,t at b,如果有一种流体存在集态变化，则t a=0。,二各换热设备传热面积计算,1.发生器传热面积,发生器中进入的溶液从7-5-4，而7-5的过程溶液的温度由t7升高到t5，是显热，可忽略；同时蒸汽也只考虑潜热，蒸

28、汽有相变，所以t a=0。,2冷凝器传热面积,3吸收器传热面积,4蒸发器传热面积,5溶液热交换器传热面积,稀溶液的流量大，所以热容量大，温度变化小，所以t a是稀溶液的温度变化。,三传热系数,在以上各设备的传热面积计算公式中，除传热系数外，其余各参数均已在热力计算中确定。因此传热计算的实质问题是怎样确定传热系数K的问题。由于影响K值的因素很多，因此在设计计算时常根据同类型机器的试验数据作为选取K值的依据。,传热系数可以通过计算得到或按照经验数据选取。,影响传热系数的因素很多，例如热流密度、喷淋密度、喷嘴或淋板的布液均匀性、冷却水和冷水流速、浓溶液和稀溶液的流速、水质及污垢系数、机组真空情况、换

29、热表面的情况（光管或高效管）、换热表面的材质、换热设备的结构形式及管束布置方式等。只有综合考虑上述因素后，才能确定切合实际情况的传热系数的数值。,由表2可见，各设备传热系数相差很大。实际上，热流密度、流速、喷淋密度、材质、管排布置方式、水质、不凝性气体量及污垢等因素均会影响传热系数的数值。目前，国内外对溴化锂吸收式制冷机组采取了一些改进措施，如对传热管进行适当的处理、提高水速、改进喷嘴结构等，使传热系数有较大的提高。设计过程中务必综合考虑各种因素，再确定K值。,单效溴化锂吸收式制冷机热力计算和传热计算举例,(1)热力计算,已知条件：1）制冷量 Q0=1744.5KW(150104Kcal/h ) 2）冷媒水进口温度 tx =15 3）冷媒水出口温度 tx=5 4）冷却水进口温度 tw=32 5）加热工作蒸气压力 ph=0.157MPa(表) ，相对于蒸气温度 th=112.7,设计参数的选定,1）吸收器