氨水吸收/压缩复合制冷循环性能分析
氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之七_性能与流程_图文_百度(精)
热力系致 . 口匡口巨巨1二二巨二二仁仁[二二二 } [ 二〕 [ 「二二二 I 二二E 石1二二1五二汇二日区曰r二1 , 二厂于仁二二 { 二亡卫1 刃二1 1 二二二卫 1 3 口下口口口口口一口口日曰口口口】可户 L~ 一 - - 、一“ , 了- 一石e …- 沙飞卜火… 一 4 - 0 26 . 0 24 . 0 22 . 只赋藕抓 0 20 . 10 30 50 0 7 90 相对冷负荷额定冷负街揣 : 火 10G 占昌 3{ 寥‟ 匕乙卜 . . 一 . 尹一洲・舫冲启 J , 七 / / 3 图1 1 . 变负荷时的热力系数 :2 1一卜二一/ 20 子产一」一一热源温度 n s o C; : 2一 3 . 冷盐水出口温度 , 冷却水沮度 3。
℃ . 0 c 3 o ; _ , _ _ _ 25 _ 30 3弓冷却水温鹰C 图 15 。
. 最佳中间压力与冷却水温度的关系 . 7 2 。
由此可见 , 在既有低位热能 , 又需较低。
1 3 . . 的制冷温度时双级循环更能发挥它的作用。
中间压力 ; 2 一一一热力系致———最佳中间 , ・压力; 在设计双级循环时可以考虑系统在外界条数 q , 在没有特殊要求时通常是这样来选择的 = , 、二 , 件允许的情况下能够按单级流程运行冬季 , 例如在 , 即要使系统的总热耗量达到最小、: 为此要找出 0 当冷却水温显著降低时 (1 , O G 左右 , 。
+ , 、; 与 P 。
・的关系来 , 然后选择 c a , , 、: 就可将原来的双级系统改成单级运转系数将显著提高一般企业中冬季用冷负荷都会下降级流程已可满足需要 , , 其热力好在为最小时的 p. 值 4 文献〔〕曾应用电子计 . 但制冷量则有所减少算机对制冷盈为 4 1 所示 p. 。
11 6 3kw (i 万k l/ h 的双级所以按单也有利于全系统进行了中间压力的模拟研究存在最佳值 , 其结果如图 , 这样就可使企业在冬季 , 它表明在一定运行条件下中间压力。
氨水吸收式制冷机
溶液热交换器负荷 f(h1a-h4a) = (f-1)(h2-h2a)
循环热力计算
系统总热平衡: q0+qg=qk+qr+qa 热力系数 ζ= q0/qg 热力完善度
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运行参数对循环性能的影响
热源温度的影响 冷却水温度的影响 蒸发温度的影响
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氨水吸收式制冷循环的性能提升方法
运行工况的改良 对喷淋溶液前节流差压的利用 增压吸收 吸收强化
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12.4 扩散-吸收式制冷
基于蒸气分压力差的扩散蒸发制冷原理
扩散-吸收式制冷循环
利用氨-氢气-水的三元 扩散吸收式制冷循环
利用水-空气-盐溶液的 三元扩散吸收(除015-01-06
第12章 氨水吸收式制冷机
12.1 氨水吸收式制冷原理 12.2 氨水溶液的性质和焓浓度图 12.3 单级氨水吸收式制冷机 12.4 扩散-吸收式制冷机
12.1 氨水吸收式制冷原理与特点
二元非共沸溶液—低沸点组分为制冷剂,高沸点组分 为吸收剂:氨—制冷剂,水—吸收剂
可以获取0oC以下-60oC以上(凝固点-77.7oC)的低温 常压下氨沸点为-33.4oC ,制冷循环需加设精馏装置 氨在通常蒸发温度下气化潜热为1300kJ/kg左右,是
氟利昂制冷剂R22的7倍 氨与水任意比例互溶(0<ξ<1) 氨水对有色金属釉腐蚀作用
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12.2 氨水溶液的性质和焓浓度图
氨有毒,氨高温下可分解,因此发生温度不 宜超过160-170oC
密度、动力粘度、比热、热导率 氨水溶液的热力性质
p-t图
2
氨水溶液焓浓度图
(与溴化锂水溶液焓浓度图有区别)
制冷与低温技术原理—第5章 吸收式制冷循环(氨水)
•1a-1 进入精馏塔的浓溶液被加热的过程; •1-2 浓溶液在发生段的加热汽化过程; •3’’-1’’ 提馏段的热交换过程; •1’’-5’’ 精馏段热质交换过程,含水氨蒸气浓度进一步提高; •5’’-6 冷剂氨蒸气在冷凝器中的冷凝过程; •6-6a 冷剂氨蒸气在过冷器中的过冷过程; •6a-7 6点状态的过冷液体经节流阀节流到p0 压力, 其湿蒸气达到点7状态的节流过程; •7-8 蒸发器中的蒸发过程;
4. 扩散-吸收式制冷机。
课外阅读
单级可达-30℃ 多级最低可达 -55~-60℃
qk h6 h6a h8a h8
循环系统的热平衡关系:
q0 qh q k qa q R
循环的热力系数:
q0 qh
一般热力系数的范围在0.3—0.4之间。
5.2.4 其他形式的吸收式制冷机
1. 双级氨吸收式制冷循环;
2. 复合吸收式制冷循环;
3. GAX吸收制冷循环;
5.2.2 氨水吸收式制冷循环的h-w图(含过冷器)
pk p0
2 ’’ 3 ’’ 1 ’’ 8a 8 h
5 ’’
8 ’’ ’’ 7
pk p0
2
1
1a 4 a
6 6a-7 8
’
4 8’a
w ‘a w ‘r
7’ w ‘’r
w
5.2.2 氨水吸收式制冷循环的h-w图(不含过冷器)
pk p0 2 ’’ 3 ’’ 1 ’’
5.2.2 氨水吸收式制冷循环的h-w图
氨水吸收式制冷机工作循环的热力过程:
点2状态的饱和稀溶液,由发生器引出后经历热力过程; •2-2a 发生段底部引出液在溶液热交换器中的降温过程; •2a-3 降温后的引出液的节流过程(2a和3点重合); •3-8a’ 稀溶液进入吸收器后的吸收过程; 点4状态的浓溶液经溶液泵提升到pk压力,达到点4a状态, 升压过程其浓度和焓值均不变(点4a和4重合)。
氨水吸收式制冷循环的分析与改进
1996年7月Journal of Dalian University of Technology Jul.1996氨水吸收式制冷循环的分析与改进徐士鸣(大连理工大学动力工程系 116024) 袁 一(大连理工大学化工学院 116024)摘要 通过对影响氨水吸收式制冷循环因素的定性和定量分析,了解这些因素变化如何影响制冷循环的COP值,以及如何控制这些因素的变化使制冷循环的COP值达到最大;并指出完全回收制冷循环的精馏热可使循环的COP值有较大幅度的提高.其分析结果可为今后制冷系统的优化设计提供帮助.关键词:氨水;吸收制冷;循环分类号:TB6160 引 言为了保护大气的臭氧层,目前一些常用的氟利昂系列制冷剂的使用已开始受到控制,并逐渐地被禁止使用,或由其他物质的制冷剂替代.因此,在当前的世界制冷业中,一方面正在积极研究C FC的替代物质;另一方面也把注意力转到其他方式的制冷循环上.节约能源、保护环境已越来越受人们的重视,研究如何利用直接排放到大气环境中去的余热和废热,采用吸收式制冷循环进行制冷,提高吸收式制冷循环的性能系数(CO P),减小制冷设备的体积,对加快CFC代用进程、节约能源具有重要的现实意义.许多生产行业(如炼油、石油化工、化肥、食品加工、轻工纺织等)在其生产过程中,不仅需要一定的冷量,而且还有大量的低品位余热排出.如果能利用这部分排向环境中去的余热,采用吸收式制冷来满足这类企业生产时所需的冷量,就能节约大量的能源,降低生产成本.目前最为常用的吸收式制冷系统为溴化锂吸收式制冷系统和氨水吸收式制冷系统.前者制冷温度由于受到制冷剂的限制,不能低于5℃,一般仅用于空调;后者的制冷温度范围非常大(+10~-50℃),不仅可用于空调,而且更重要的是可用于0℃以下的普通制冷场合.因此,在工业余热制冷系统中,氨水吸收式制冷系统明显地优于溴化锂吸收式制冷系统.但传统的氨水吸收式制冷系统,因其系统中的设备多,体积大,钢材消耗量大,制冷循环的COP值较低,而在我国应用得不多.如何克服氨水吸收式制冷系统的缺点,提高氨水吸收式制冷系统的COP值,是在我国推广应用氨水吸收式制冷系统进行余热制冷的关键所在.国家自然科学基金资助项目 收稿日期:1995-10-31;修订日期:1996-05-10 徐士鸣:男,1957年生,副教授1 影响氨水吸收式制冷系统COP 值因素的定性分析〔1〕图1 单级氨水吸收式制冷循环流程传统的单级氨水吸收式制冷循环如图1所示.制冷循环在单位时间内每制取1kg 冷剂在发生器中所消耗的热量为q f =h ″5-h ′2+f (h ′2-h 1a )+q h(1) 按吸收式制冷循环的性能系数(COP )的定义COP =q z /(q f +3600W p )≈q z /q f(2) 由于在制冷温度一定的情况下,单位质量的冷剂制冷量q z 是一定值,要提高氨水吸收式制冷循环的CO P ,就必须降低q f .而由式(1)可知,q f 的大小是取决于系统的循环倍率f 及精馏热q h 的大小.按循环倍率的定义f =(Y ″5-Y ′a )/(Y ′r -Y ′a )(3) 由于经过精馏后的氨蒸汽浓度Y ″5是一定值(一般取Y ″5=99.8%),f 的大小取决于制冷循环中浓溶液浓度Y ′r 与稀溶液浓度Y ′a 之差ΔY(称放气范围).增大ΔY 可使循环倍率f 降低,q f 随之减少,制冷系统的COP 值增大;反之,减小ΔY,f 和q f 都将增大,使制冷循环的COP 值减小;当ΔY =0时,吸收制冷循环将无法进行.因此,ΔY 的变化对氨水吸收式制冷循环的COP 值有很大的影响,这样可通过对ΔY 影响因素的定性分析和研究,去寻找提高氨水吸收式制冷循环COP 的途径和方法.1.1 稀溶液温度t 2当制冷系统的蒸发温度t z 和冷却水温度t w 不变时,如果出发生器的稀溶液温度t 2升高,则Y ′a 减小,ΔY增大;其结果使制冷系统的循环倍率f 减小,制冷循环的COP 值增加.对于像蒸汽类的恒温热源,t 2的提高,意味着加热热源温度的提高.而对于像废气余热类的变温热源,t 2的提高,不是意味着回收热量的减少,就是意味着换热面积的增加.1.2 制冷剂蒸发温度t z当冷却水温t w 和t 2保持不变时,t z 降低,蒸发器内的蒸发压力下降,吸收器内的吸收压力也随之下降.其结果使吸收终了的溶液浓度Y ′r 降低,ΔY 减小,f 增大,制冷系统的COP降低.反之,当t z 升高时,则可改善制冷系统的COP .因此,对于利用热源温度较低的余热氨水吸收式制冷系统,在可能的情况下尽量采用直接致冷方式,减小致冷温差,以提高冷剂的蒸发温度和蒸发压力,这不仅可改善制冷系统的COP 值,更重要的是蒸发压力提高后有利于氨的吸收过程,吸收器的体积可以缩小.1.3 冷却水温t w 当t 2、t z 和冷凝器及吸收器传热温差恒定时,t w 的变化将对冷凝器和吸收器的工况产生446大连理工大学学报 第36卷 影响.当t w 降低时,冷凝温度t 1和与之相应的冷凝压力p 1也随之降低,从而使得发生器内的压力p f 也随之降低,发生终了的稀溶液浓度Y ′a 降低,ΔY增大,制冷系统的CO P 值提高.对吸收器而言,当t w 降低时,吸收终了的溶液浓度Y ′r 提高,ΔY 增大,并使q h 减小,制冷系统的性能得到改善.因此冷却水温的变化对氨水吸收式制冷循环有较大的影响.从上述对氨水吸收式制冷循环进行定性分析中可以发现,影响氨水吸收式制冷系统COP 值的主要因素有t 2、t w 、t z 和吸收压力p x .但在实际应用的制冷系统中,t z 和t w 是受外界条件所制约的.在制冷系统的设计中可以改变的仅有p x 和t 2,而提高p x 就必须设置前置式升压装置〔2〕,在很多情况下不易做到.因此,一般只能通过改变t 2来改善氨水吸收式制冷系统的COP .但提高t 2就必须提高加热热源的温度,t 2是否越高越好需进行定量计算才能分析.2 影响氨水吸收式制冷系统COP 值因素的定量分析为了深入了解上述对氨水吸收式制冷系统性能系数影响较大的因素综合变化时,对制冷循环COP 的影响,就必须对制冷循环进行热力计算.通过对这些因素的变化计算所得的制冷循环COP 值变化曲线的定量分析,可全面了解当t z 、热源温度t f (与之相对应的是t 2)、t w 同时发生变化时对氨水吸收式制冷循环COP 值的影响及COP 的变化范围,并找出相应的解决方法.制冷循环的热力计算程序按文献〔2〕所给出的氨水吸收式制冷循环热力计算方法编制,调用文献〔3〕所述的氨水溶液热力参数计算程序进行计算.计算中所用到的各参数取值为:Y ″5=99.8%;计算蒸发温度t *z =t z -Δt z ,Δt z = 2.5℃;冷凝器冷端温差Δt 1=8℃;发生器与冷凝器之间的压力降Δp f =0.01M Pa;发生终了稀溶液与恒温热源的温差Δt 2=t f -t 2=10℃;蒸发器与吸收器之间的压力降Δp z =0.03M Pa ;吸收器冷端温差Δt 3=6℃;溶液热交换器冷端温差Δt 3=10℃;精馏效率Z j =0.7;t w 分别为25℃和32℃;恒温热源温度变化范围t f =80~140℃;冷剂蒸发温度的变化范围t z =+10~-25℃.图2 t f 、t z 变化对COP 的影响 图3 t f 、t z 变化对q x 的影响图2~5分别为氨水吸收式制冷循环COP 、吸收热q x 、放气范围ΔY及精馏热q h 随t z 、t w 和447 第4期 徐士鸣等:氨水吸收式制冷循环的分析与改进448大连理工大学学报 第36卷 恒温热源温度t f变化的计算汇总曲线.从图2中可见,当t z和t w不变时,随着t f的增加,开始制冷循环的COP值迅速上升,而后逐渐减缓并出现极值,过该极值点后循环的COP值反而随t f的增加而渐渐降低.因此,对于氨水吸收式制冷循环,当制冷温度和冷却水温度一定时,并不要求出发生器的稀溶液有过高的温度.其原因是,在氨水吸收式制冷循环中氨的冷凝热与蒸发热几乎相等,热损失最大的是吸收热.从图3中可见,在上述条件下,随着t f的增加, q x开始急剧下降,而后逐渐减缓.q x下降到低点后随t f的增加有所上升,因此反映在制冷循环的COP曲线上就出现如图2中的现象.这一结论对利用余热制冷的系统尤为重要,在系统的设计中过分强调提高出发生器的稀溶液温度,会使传热温差减小,可回收利用的余热量减少或使发生器的换热面积增大,对制冷系统的设计带来不利的影响.图4 t f、t z变化对ΔY的影响 图5 t f、t z变化对q h的影响将图2与图4对照,在ΔY≤0.1范围内,随ΔY的增加制冷循环的COP值迅速上升.而在0.1≤ΔY≤0.2范围内,随ΔY的增加CO P值上升减缓,并在该区域内出现极值,然后渐渐下降.因此,过分强调增大制冷循环的ΔY是不必要的,只要0.1≤ΔY≤0.15(制冷系统的循环倍率f约在8~ 5.5范围内),制冷系统就能获得较为满意的COP值.从图2中还可看到,冷剂蒸发温度和冷却水温度对COP值的影响较大.冷剂蒸发温度越低,冷却水温度越高,出发生器的稀溶液温度也要求高,所需要的加热热源温度也相应提高,但COP值却降低.其主要原因是,当冷剂蒸发温度降低、冷却水温度提高时,q h大为增加(见图5),使制得单位质量冷剂的耗热量q f增大,CO P值减少.因此,当要求的制冷温度较低及冷却水温度又较高的情况下,就需要对传统的单级氨水吸收式制冷循环进行改进,通过采用回收精馏热的方法来提高COP值.3 回收精馏热对氨水吸收式制冷循环COP的影响如上所述,当制冷温度较低而冷却水温度又较高时,为了提高COP值就需要考虑回收精馏热.其方法为将出吸收器的浓溶液经溶液泵加压后分出一部分作为回流冷凝器或分凝器的冷却流体来回收精馏热.此时,单位质量冷剂所需的浓溶液分流量g 必须满足条件:g ≥q h /(h ′1-h 4a )(5)流经溶液热交换器的浓溶液吸热量为q r =(f -g )(h 1a -h 4a )=0.97(f -1)(h ′2-h 2a )(6) 这样,经过对发生器能量平衡计算后,得到回收精馏热后每制得1kg 冷剂在发生器内所消耗的热量为q f =h ″5-h ′2+f (h ′2-h 1a )+g (h 1a -h 4a )(7) 在上述条件下,当循环倍率f 较小时浓溶液在溶液热交换器内会发生汽化现象,这时可将溶液热交换器看作是一台二级发生器,在溶液热交换器的设计中必须考虑到浓溶液在热交换器内发生沸腾的情况.当浓溶液在溶液热交换器内发生沸腾时,出溶液热交换器的浓溶液处于汽液两相状态.组成此汽液两相的液体和气体状态点h ″1a 、h ′1a 、a ″1a 、Y ′1a 需要采用迭代计算才能确定.而当汽液两相流体进入精馏塔时,其回流冷凝器的回流比将发生变化.R 0=(Y ″5-Y ″1a )/〔(Y ″1a -Y ′1a )Z j〕(8)q h 0=h ″1a -h ″5+R 0(h ″1a -h ′1a )(9) 由上两式可知,当浓溶液在溶液热交换器内发生沸腾时,精馏热会发生变化,随之浓溶液分流量g 发生变化,流经溶液热交换器的流量(f -g )改变,出溶液热交换器的浓溶液状态发生变化,反过来又影响精馏热.因此,当浓溶液在溶液热交换器内发生沸腾时,在对精馏热进行迭代计算过程中,还需对出溶液热交换器的浓溶液状态进行迭代计算,使之收敛到某一定值.因此,当浓溶液在热交换器中发生沸腾时,出热交换器的两相流体热力参数的计算过程是一双重迭代的计算过程. 图6 回收精馏热后t f 、t z 变化对CO P 的影响图6为回收精馏热后,制冷循环COP 值随热源温度t f (或出发生器的稀溶液温度t 2)、冷剂蒸发温度t z 和冷却水温度t w 变化的曲线.从图中可见,在同一热源温度下,当其他条件不变时,COP 值均比不回收精馏热时有所提高,而且冷剂蒸发温度越低,冷却水温度越高,回收精馏热后COP 值提高得越多.这是因为制冷循环的精馏热q h 是随冷剂蒸发温度的降低,冷却水温度和出发生器稀溶液温度的提高而迅速增长(见图5).比较图2和图6,回收精馏热后COP 曲线明显高于未回收精馏热时的CO P 曲线.在所计算的范围内,回收精馏热后COP 值最大相对提高幅度为23.79%(t f =140℃,t w =32℃,t z =-15℃)和27.40%(t f =140℃,t w =25℃,t z =-25℃).由此可见,当制冷温度较低而冷却水温度较高时,回收制冷循环的精馏热对提高COP 值是非常有利的.449 第4期 徐士鸣等:氨水吸收式制冷循环的分析与改进450大连理工大学学报 第36卷 4 结 论(1)对于传统的氨水吸收式制冷循环,由于受到氨水这一制冷工质的限制,无论怎样调整制冷循环的热力参数,在正常的制冷温度和冷却水温度范围内其制冷循环的COP值不可能超过0.7.而且随着制冷温度的降低,冷却水温度的提高,COP值还要进一步降低.(2)尽管氨水吸收式制冷系统的COP值不高,但在一定的系统设计条件下还有提高其COP值的可能,尤其是对于有限热量的余热制冷系统,如何提高CO P值,使回收的单位热量能制得最多的冷量是至关重要的.(3)在氨水吸收式制冷系统的设计中应尽可能提高冷剂的蒸发温度,降低冷却水温度和冷凝温度,减少管道阻力损失,提高吸收压力,回收循环的精馏热;在此基础上选择最佳的出发生器的稀溶液温度,是氨水吸收式制冷系统最优设计的关键所在.参 考 文 献1 杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之七性能与流程.流体工程,1990,18(3):56~632 制冷工程设计手册编写组.制冷工程设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1978.5843 徐士鸣,袁 一.N H3/H2O溶液热力参数表达式的推导与程序编制.流体机械,1995,23(2):55~59Analysing and improving of ammonia-water absorptionrefrigeration cycleXu Shiming Yuan Yi(Dept.o f Po wer Eng ineering,D U T) (Scho ol of Chemical Eng ineering,DU T)Abstract By analy sing the va riation of facto rs w hich affect ammo nia-w ater absorptio n re-frigeratio n cycle's COP,how to affect the cycle's COP due to the v ariatio n of the factors and how to co ntrol these factors to m ake the cycle's CO P higher a re know n.That the cycle's COP can be increased larg ely by retrieving the fractio nal distilatio n heat is pointed o ut.The results obtained can help to desig n the refrig era tion system.Key W ords:am mo nia-wa ter;a bsorptio n refrigeration;cycle。
新型氨吸收式动力/制冷复合循环的热力学分析
, II’
力 学 分 析
北 京 1 0 8 ) 00 0
郑丹星 陈 斌 齐 云 金红光2
( 1 北 京化 工 大学化 学 工程 学 院, . 摘
北京 1 0 2 ; 2 0 0 9 .中 国科学 院工 程 热物 理研 究,
要 在 K l a循环 的基 础 上,本 文提 出了一 个改 进 的吸 收式 动 力 /制冷 复合 循 环,在 lgP—T 图上 分析 了该 循 环 ai n o
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第 2 3卷 第 5期
2 0 年 9 月 02
工
程
热
物
理
学
报
VD . 3 NO. 12 . 5 S p. 0 2 e ,2 0
J URN AL OF EN GI O NEERI G N THERM OPHYS CS I
新型氨 吸收式 动力 /制冷复合循环 的
PO E COOL NG W R/ I coM BI D c NE YcL E
Z HENG n Xi g CHEN n QI n J N n — a g Da — n Bi I Ho g Gu n Yu
( Colg fCh m.En .Be ig U iest f e clT c n lg , Be ig 1 0 2 , ia L l eo e e g, i n n v riyo mia e h oo y j Ch i n 0 0 9 Chn ; j
t e e e to e d o e t a i n o e tfe ,o t p e s r ft r n n t wo e a ua i n i e h f c ff e c nc n r to fr c i r u r s u e o u bi e o he t v l to nd x. i
煤化工应用氨吸收制冷技术分析
煤化工应用氨吸收制冷技术分析摘要:煤炭资源是煤化工生产过程的主要原料,经过系列化学反应生成合成氨、焦炭、甲醇、煤气等成分,进一步转化为烯烃和尿素类液态、气态及固态化工产品,该过程包含有高温气化、低温净化及合成气降温处理等多个环节,每个环节都有大量的工业余热可供回收利用。
氨吸收制冷技术属于目前煤化工行业比较领先的一种余热回收手段,通过对该项技术的科学运用,能够高效回收再利用煤化工生产中产生的大量余热,提高能源利用率,存在非常积极的现实研究意义。
鉴于此,本文就基于氨吸收制冷工艺原理,阐述煤化工生产中对氨吸收制冷技术的应用。
关键词:煤化工;氨吸收;制冷技术;应用1氨吸收制冷工艺原理目前常见的制冷工艺原理大多为相变制冷,相变即改变物质的聚集状态,在此过程中物质内部分子运动速度与排列顺序均会发生一定的改变,从而释放或者吸收热量,这种热量通常被叫做相变热。
液态氨在转变为气态氨的时候会从外部环境吸热,从而降低外部环境温度,以达到冷冻的目的,但只有实现循环再利用才能体现出更好的经济效益。
液态氨转变为气态氨,吸热蒸发,具有制冷效果;气态氨转变为液态氨,则需要更低温度相关介质带走部分热量,无制冷作用。
研究发现,若持续提高气态氨压力和冷凝温度,在冷凝温度大于冷却水温度的情况下,即可借助冷却水对气氨进行冷却处理[1]。
比如:将气氨压力增至16大气压,冷凝温度提高至40℃,此时就可以利用冷却水对气氨实施冷却处置,将气氨成功转变为液氨,反之,继续减压降温即可再次将液氨转变为气氨,从而实现循环制冷操作。
吸收制冷模式是一个不断蒸发、吸收、精馏与冷却的循环过程。
溶液中含有两种不同蒸气压的组分,在同一气压下,不同蒸气压的组分会出现不同的反应,蒸气压比较大的组分往往扮演制冷剂的角色,蒸气压较小的组分则扮演吸收剂的角色。
比如:氨水二元溶液中,制冷剂为氨,吸收剂为水,我们可以利用稀氨水溶液对吸热蒸发后的气态氨进行吸收,并在精馏塔中分离氨与水,最后利用冷却水将气氨冷凝成液氨,液氨节流减压送到蒸发器供循环使用[2]。
吸收压缩复合式太阳能制冷技术及研究进展
吸收压缩复合式太阳能制冷技术及研究进展摘?要:概述了吸收压缩复合式太阳能制冷技术的发展现状和最新研究结果,着重论述了吸收压缩制冷循环的工作原理和系统构成,并对这种新型制冷系统的性能进行了分析。
探讨了集热温度、蒸发温度和冷凝温度等对系统性能的影响规律,并将该复合系统性能与传统制冷系统做了对比,其制冷系数相对传统蒸汽压缩式循环高10%以上。
最后指出了吸收压缩复合式制冷技术现存的问题。
关键词:太阳能?复合式制冷?制冷系数中图分类号:tk519 文献标识码:a 文章编号:1674-098x(2012)10(a)-0041-03自20世纪70年代以来,全球能源短缺和环境污染问题日益严重,世界许多国家掀起一股开发利用新能源的高潮[1],其中利用太阳能进行制冷就是一个重要方面。
有研究表明,空调能耗占整个建筑能耗的45%[2],利用太阳能代替常规能源驱动空调对建筑物进行制冷或供热将是一种很好的选择。
目前应用最广泛的是蒸汽压缩式系统,但是它是以消耗电能为代价来换取低品位的热能,能效比较低。
当温度提升要求较大时,蒸汽压力升高,甚至超出常规压缩机范围以至于单级压缩不能胜任[3]。
而常规的吸收式制冷系统发生器温度高,发生温度低,传热温差大,热效率较低[4],同时对于单级系统来说也不适用于余热温度较低的条件。
因此,目前在提高效率、寻找新型制冷剂、开发新的制冷循环等方面已涌现出许多新的研究成果[5]。
那么综合了热驱动吸收式空调和电驱动压缩式空调两者优点的吸收压缩复合式制冷循环越来越受到人们的关注和期待[6,7,8]。
1 吸收压缩复合式太阳能制冷系统的结构和工作原理吸收压缩复合式太阳能制冷系统实际上是由一个吸收式制冷单元串联一个蒸汽压缩单元,主要是由平板型太阳能集热器、溴化锂吸收式制冷机、储能装置和压缩机等几大部分构成。
在天气晴朗的时候,由集热器产生的热水驱动制冷机制冷;在晚上或者没太阳的时候,启动压缩机制冷,那么蒸发器、压缩机和冷凝器就构成一个单独的压缩式制冷系统。
氨水吸收制冷
2.3 应用实例
1、1958年
我国首次生产了容量为1.163kw 的氨吸收式制冷机应用于保定胶片厂 2、在欧洲,对氨吸收式制冷较为重视,德国 的保尔西格公司一直致力于氨吸收式制冷机 的发展,生产了多种型式的氨吸收式制冷机。 3、在美国,小型氨吸收式制冷机得到了发展, 以Servel商标上市的空冷式氨吸收式房间空 调机自1969年开发以来,在美国欧洲东南亚 一销售30~40万台(2001)
6、西安交大能源与动力工程学院
,新型无 溶液泵氨水吸收式制冷空调系统。系统的性 能系数虽然比传统的氨水吸收式制冷系统低, 但因舍去了投资比重较大的溶液泵和蒸馏装 置,使得系统容易实现小型化.系统对热源品 位要求较低,可以利用过程余热或太阳能, 尤其是在传统上不便回收利用的小规模余热 排放的条件下,具有较好的废热回收效能和 经济效益.
5氨吸收装置可以露天安装,不像压缩
制冷那样需要大厂房,可降低建筑费用
6
氨吸收制冷与压缩制冷相比,噪音
少,操作环境较好。因为运动部件只有泵, 系统内也没有高速气流。
1.2 缺点
部件多,消耗的钢材多,使初投资费用增 加。 2 所耗的冷却水量多。因为吸收器中要有较 多量冷却水将吸收过程中放出的热量带走, 因此所需冷却水耗量较压缩式制冷机多,增 加了一定的运行费用 3 当没有废热或热电联合生产供气作为热源 时,性能系数低于压缩式制冷系统
4、日本,随时溴化锂吸收式制冷机的生产大
国,但氨吸收式制冷机发展却缓慢。今年日 本对机组进行了开发,先后推出了 管壳式和 板翅式氨吸收式制冷机组,使氨吸收式制冷 机由装置化向机组化、小型化发展,推动了 氨吸收式制冷机技术的发展
5、日本氨吸收制冷机的发展 A、
AULS型 氨吸收式制冷机 由日本东京燃 气株式会社和大金工业株式会社联合开发, 该机组利用燃气、蒸汽、油、排热等热能, 制取-50℃的低温,消耗的电能仅为压缩式的 1/10以下。 B、布列萨姆氨吸收式制冷机 有日立造船株 式会社、大阪气体株式会社和佳友精密工业 株式会社三家共同研制。采用钎焊型紧凑式 板翅式热交换器,由于布液方式的最佳化, 使其高度降低,该机组和采用管壳式换热器 的大型氨吸收机组相比,设置空间仅为其1/2, 高度亦为1/2,体积约为1/4,氨的充注量约 为原来的1/5
氨水吸收式制冷机
氨水吸收式制冷机:高效环保的制冷解决方案氨水吸收式制冷机作为一种环保、高效的制冷技术,在我国得到了广泛应用。
它利用氨水溶液作为制冷剂,通过吸收和释放热量来实现制冷效果。
下面,让我们一起来了解一下这款制冷机的特点及其工作原理。
氨水吸收式制冷机的优势与应用领域一、环保性氨水吸收式制冷机采用氨作为制冷剂,氨是一种天然、无氟的制冷剂,对大气层无破坏作用,不会产生温室效应。
这使得氨水吸收式制冷机在环保方面具有显著优势,符合我国可持续发展的战略要求。
二、能效高氨水吸收式制冷机的能效比(COP)较高,尤其在低温环境下,其制冷效果更为显著。
该制冷机可以利用废热、余热等低品位能源,实现能源的梯级利用,进一步降低能耗。
三、适用范围广氨水吸收式制冷机适用于多种领域,如冷链物流、食品加工、制药、化工等行业。
特别是在一些缺乏电源的偏远地区,氨水吸收式制冷机可以充分利用当地资源,实现制冷需求。
工作原理浅析1. 发生过程:在发生器中,氨水溶液被加热,氨气从溶液中蒸发出来,形成高浓度的氨蒸气。
2. 吸收过程:氨蒸气进入冷凝器,释放热量后凝结成液态氨。
随后,液态氨流入蒸发器,吸收热量蒸发,实现制冷效果。
3. 吸收过程:蒸发后的氨气进入吸收器,与来自发生器的稀氨水溶液混合,重新形成氨水溶液。
这个过程释放出大量热量,使溶液温度升高,为发生过程提供热量。
氨水吸收式制冷机以其环保、高效、适用范围广等特点,在我国制冷市场中占据重要地位。
随着我国对环保和节能减排的不断重视,氨水吸收式制冷机的发展前景将更加广阔。
维护与保养:确保氨水吸收式制冷机长期稳定运行一、定期检查系统密封性氨是一种具有较强渗透性的气体,一旦系统出现泄漏,不仅会影响制冷效果,还可能对环境和人体造成危害。
因此,定期检查系统的密封性是必要的。
检查时应重点关注管道连接处、阀门、法兰等易泄漏部位。
二、清洁换热器换热器是制冷机中的关键部件,其工作效率直接影响到整个制冷系统的性能。
定期清洁换热器,去除污垢和沉积物,可以保证换热效率,延长设备使用寿命。
生物质能吸收式制冷系统的热力分析
生物质能吸收式制冷系统的热力分析生物质能吸收式制冷系统是一种利用生物质能源驱动的制冷系统,可以有效地利用生物质资源,减少能源消耗,达到环保节能的目的。
本文将对生物质能吸收式制冷系统进行热力分析,包括其原理、组成部分和优缺点等方面的内容。
一、生物质能吸收式制冷系统的原理生物质能吸收式制冷系统是利用生物质源(如木质废弃物)作燃料,通过燃烧产生的热能来驱动吸收式制冷系统。
其基本原理是利用吸收剂(如氨水)与冷凝剂(如水)之间的化学反应来完成制冷过程。
具体来讲,制冷系统由吸收器、蒸发器、冷凝器、膨胀阀组成,系统中使用的吸收剂和冷凝剂分别为氨水和水。
首先,生物质燃料通过燃烧产生的热能使氨水在吸收器内蒸发,导致氨气的浓度逐渐升高,吸收器内的压强也逐渐升高。
然后,氨气与水在蒸发器内进行化学反应,由于氨气的浓度较高,其部分被吸收剂所吸收,从而使蒸发器中的压强降低。
同时,由于化学反应放热,所以吸收器和蒸发器内的温度都会升高。
接着,吸收器中的氨水流向冷凝器,与水进行化学反应,释放出热能。
由于氨气的浓度降低,其逐渐向蒸发器中扩散,从而使蒸发器内的温度降低。
最后,膨胀阀使高压氨水流入吸收器中,形成蒸发循环,完成一次制冷过程。
二、生物质能吸收式制冷系统的组成部分生物质能吸收式制冷系统的组成部分包括生物质燃料供给系统、燃料燃烧系统、吸收制冷系统、控制系统等四个部分。
1. 生物质燃料供给系统生物质燃料供给系统主要由燃料仓、传送机、料斗、焚烧设施等组成,主要功能是将生物质燃料输送到燃烧系统中进行燃烧。
2. 燃料燃烧系统燃料燃烧系统是整个制冷系统的核心部分,其主要由燃烧室、炉排、炉壳、风机等组成,主要功能是将生物质燃料燃烧成热能,驱动制冷系统的运转。
3. 吸收制冷系统吸收制冷系统是该制冷系统的核心部分,主要由吸收器、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、泵等组成,其主要功能是进行吸收制冷过程,实现制冷效果。
4. 控制系统控制系统主要由控制器、传感器、阀门、电机等组成,主要功能是监控各个部分的运转情况,调节气体流量、温度和压力等参数,确保制冷系统的正常运行。
浅谈氨水制冷运行心得
浅谈氨水制冷运行心得作者:杨鹏来源:《中国化工贸易·下旬刊》2019年第06期摘要:本文中笔者结合具体工程实例,对氨水吸收式制冷技术进行详细的论述分析,旨在于通过此次课题研究,对氨水的处理工艺有更加深入的认识,从而推动该领域的纵深化发展。
关键词:氨水吸收式制冷;运行原理;研究分析青岛宏富昕化工技术装备公司所生产的余热氨水喷射制冷装置,制冷量可以达到1800kcal/h,是一种非常先进的氨水制冷设备。
该设备通过对废弃热能的应用,通过喷射制冷的原理使氨水的处理工作更加便捷。
同时该设备的运行成本较低,操作便捷,具有强大的实践意义。
在下文中笔者将基于此对氨水制冷处理工艺进行基本论述分析。
1 氨水吸收式制冷技术概述氨水吸收式制冷技术是一种以热能作为动力的制冷技术。
该技术可以充分利用工业生产当中的废热,进而形成一种能源的循环利用,符合可持续发展的理念,是一种具有广阔发展前景的新型技术。
该技术经过一段时间的实践发展,在氨水制冷领域当中有着非常广泛的应用。
该技术能够充分利用低位热源,除了工业废热以外,还能够利用太阳能和地热能作为动力,最大限度地减少氨水处理过程中的电能消耗,使能源的利用效率最大化。
从制冷循环流程上来看,该设备通过喷射增压的方式,形成一种氨水吸收式的制冷循环。
在运转过程中,液体首先从吸收器当中流出,进入到储槽当中,之后通过高压的作用流入到组合式发生器当中,在发生器当中对液体进行加热处理,通过热能的作用将液体分为稀释溶液和含水量较低的氨气,在上述工作完成之后对含水的氨气进行进一步处理,从而得到高纯度的氨气。
试验结果表明,使用该种方案进行氨水制冷处理,氨气的浓度能够达到99.5%以上,符合工业生产的相关标准。
在氨气提取完成之后,高温高压的稀释溶液经过换热降温处理过后返回到吸收器当中,对蒸发器中产出的氨气进行吸收,通过冷凝作用将氨气转化为液氨,进入到氨储槽当中供蒸发器使用,蒸发器当中流出的氨气再被贫液充分吸收,这样就形成了一种良性的制冷循环,提升整个处理工艺的效率。
氨吸收余热制冷制冷技术项目相关资料
氨吸收余热制冷制冷技术项目一、项目特点尾气、余热制冷机组是一种新型的节能、环保制冷设备,尾气、余热为驱动源通过氨水吸收制冷方式来实现制冷。
通过氨水吸收制冷机组热冷转换,废气热量重新得到有效的利用,大大节约能源消耗,显著增加经济效益和社会效益。
余热制冷机组的特点有:1、使用寿命长。
机组由多台换热设备组成,除1台小功率溶液泵外无其它的运动部件。
制冷工质采用全封闭运行方式,制冷液永无泄漏。
机组维护简单、使用方便,寿命较压缩机制冷机组约长一倍以上。
2、使用安全可靠。
机组内设有各种保护装置,在运行中如出现故障机组具有能自动报警、停机、复位等功能。
机组停用时整个系统会自动恢复到无压状态。
3、节约能源显著。
以1台小时制冷量为2万大卡(23KW)为例,采用压缩式制冷机组需要的耗电功率为11kW,而采用尾气、余热制冷机组需要耗电功率仅为1.1kW,仅为压缩式制冷机组耗电功率的12%左右。
4、机组采用先进的PLC控制技术,真正实现了“一键开机”和自动控制运行。
并设有过热、超压等安全保护,在间接制冷系统中,不冻液温差检测延时开停,完全保证机组安全正常运行。
二、氨吸收制冷技术㈠原理吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成,工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂,二者组成工质对。
浓氨水溶液在发生器中被加热,分离出一定流量的冷剂蒸气进入冷凝器中,冷剂蒸气在冷凝器中被冷却,并凝结成液态;液态冷剂经过节流降压,进入蒸发器,在蒸发器内吸热蒸发,产生冷效应,冷剂由液态变为气态,再进入吸收器中;另外,从发生器流出的稀溶液经换热器和节流降压后进入吸收器,吸收来自蒸发器的冷剂蒸气,吸收过程产生的浓溶液由循环泵加压,经换热器吸热升温后,重新进入发生器,如此循环制冷。
氨水吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂,对环境和大气臭氧层无害;以热能为驱动能源,除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外,还可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能,在同一机组中还可以实现制冷和制热(采暖)的双重目的。
氨吸收式制冷循环
氨吸收式制冷循环1.1.4.4.2 氨吸收式制冷循环系统中的压⼒和温度吸收式制冷系统也被分为⾼压侧和低压侧两部分。
蒸发器和吸收器属于低压侧。
蒸发器内的压⼒由所希望的蒸发温度确定,该温度必须稍低于被冷却介质的温度;吸收器内压⼒稍低于蒸发压⼒,⼀⽅⾯是因为在它们之间存在着管道等的流动阻⼒,另⼀⽅⾯也是溶液吸收蒸⽓所必须具有的推动⼒。
冷凝器和发⽣器属于⾼压侧,冷凝器内的压⼒是根据冷凝温度⽽定的,该温度必须稍⾼于冷却介质的温度;发⽣器内的压⼒由于要克服管道阻⼒等的影响⽽应稍⾼于冷凝器的压⼒。
在进⾏下⾯的讨论时将忽略这些压差,然⽽在实际情况下,这种压差(尤其是蒸发器和吸收器之间的压差)必须加以考虑,特别是在低温装置中,蒸发器和吸收器之间的较⼩压差就能引起浓度的较⼤差别。
由于冷凝器和吸收器是⽤相同的介质(通常为⽔)来冷却的,如果冷却⽔平⾏地通过吸收器和冷凝器,它们的温度可近似地认为是⼀致的;如果冷却⽔选通过吸收器,再通过冷凝器时,冷凝器内的温度将⾼于吸收器内的温度。
发⽣器内溶液的温度取决于加热介质的温度,该温度稍低于加热介质温度。
单级氨⽔吸收式制冷机的循环过程在氨⽔吸收式制冷机中,由于氨和⽔在相同压⼒下的⽓化温度⽐较接近(例如在⼀个标准⼤⽓压⼒,氨与⽔的沸点分别为-33.4℃和100℃,两者仅相差133.4℃),因⽽对氨⽔溶液加热时,产⽣的蒸⽓中也含有较多的⽔分。
氨蒸⽓浓度的⾼低直接影响到整个装置的经济性和设备的使⽤寿命。
为了提⾼氨蒸⽓的浓度,必须进⾏精馏。
精馏原理已在前⾯"吸收式制冷机的溶液热⼒学基础"章节中作了介绍。
实际上,精馏程是在精馏塔设备内进⾏的。
精馏塔进料⼝以下发⽣热、质交换的区域叫提馏段,进料⼝以上发⽣热、质交换的区域叫精馏段。
精馏塔还有⼀个发⽣器(⼜称再沸器)和回流冷凝器,前者⽤来加热氨⽔浓溶液,产⽣氨和⽔蒸⽓,供进⼀步精馏⽤;后者⽤来产⽣回流液,也供精馏过程使⽤。
图1为单级氨⽔吸收式制冷机的流程图浓度为的浓溶液(点1a)进⼊精馏塔,在精馏塔内的发⽣器中被加热,吸收热量后,部分溶液蒸发,产⽣的蒸⽓经过提馏段,得到浓度为的氨蒸⽓(1+R)kg,随后经过精馏段和回流冷凝器,使上升的蒸⽓得到进⼀步的精馏和分凝,浓度提⾼到 (点5'' ),由塔顶排出,排出的蒸⽓质量为1kg。
基于热力学第二定律的吸收式制冷循环分析
第38卷第1期1998年1月 大 连 理 工 大 学 学 报 Journal of Dalian University of Technology Vol .38,No .1Jan .1998基于热力学第二定律的吸收式制冷循环分析a 徐士鸣,袁 一(大连理工大学动力工程系,大连 116024)(大连理工大学化工学院,大连 116012) 摘要 采用热力学第二定律的分析方法,对氨-水吸收式制冷系统内各设备及系统热力循环过程进行深入的分析和研究;发现了系统内能量转换过程中的薄弱环节,为系统的热经济优化设计及优化操作明确了方向.关键词 氨水;吸收制冷;热力学循环/火用分析分类号 TB616 文献〔1〕所述的氨水吸收式制冷循环热力计算,只是从“量”上反映制冷系统热量转换情况及热量利用的总效果,不能反映其热力过程的完善程度.为了准确地揭示吸收式制冷系统及其各设备热力过程的完善程度,找出影响系统性能的薄弱环节,为系统的改进及热经济优化设计和优化操作明确方向,就必须对所研究的系统进行全面的火用分析.火用是作为衡量各种类型能量潜在作功能力大小的一种热力学参数;它是从能的“量”和“质”相结合的角度出发,科学地评价各种类型能量价值的物理量〔2〕.根据火用的定义,对于由n 个组分组成的混合物质的火用可表示为E =∑n i =1x i H i -T 0∑ni =1x i S i -∑n i =1x i L i ,0(1)式中:x i 为第i 种组分占混合物的摩尔分数;L i ,0为第i 种组分在环境(T 0,p 0)状态下的化学势.若用混合物的焓H h 、熵S h 及吉布斯自由焓G h 来表示,则上式可写为E h =H h -T 0S h -G h ,0(2)1 吸收式制冷循环的火用损失 如图1所示的吸收式制冷循环中,火用损失的种类很多;除系统内的冷凝器和吸收器中由冷却水带走的未被利用的能量作为系统的外部火用损失外,系统内各设备在能量交换过程中还存在着温差传热、节流过程和混合过程等不可逆过程所产生的火用损失,这些都属于设备内部火用损失.了解在制冷过程中,系统内各设备火用损失的大小及该设备火用损失占系统总火用损失的比率,就有助于分析寻找制冷系统能量转换过程最薄弱的环节,以便在吸收式制冷系统的优化设计中对该环节引起充分重视.a国家自然科学基金资助项目(29136143)收稿日期:1996-12-10;修订日期:1997-10-10 徐士鸣:男,1957年生,副教授 图1 氨水吸收式制冷系统(改进前、后)火用分析流程对于有m 个流股的开口系,火用的平衡式为∑m i =1Ei =∑mi =1W i +$E +∑m i =10i +∑mi =1E 0,i (3)式中:∑E i 为输入系统的总火用;∑Wi 为系统与外界交换的净功;$E 为系统的火用增量(稳定流动$E =0);∑0i 为系统内部总火用损失;∑E0,i 为扣除系统向外输出功后的系统输出的总火用.制冷循环在单位时间内每制取1kg 冷剂的溶液循环倍率为f ,则由式(3)可写出吸收式制冷系统内各设备的火用损失,即冷凝器 $E l =E 5-E 6(4)蒸发器$E e =E 7-E 8-E z (5)吸收器$E x =(f -1)E 3+E 8-f E 4(6)热交换器$E r j =(f -1)(E 2-E 2a )+(f -g )(E 4a -E 1a )(7)溶液泵$E b =f (E 4-E 4a )+W p (8)溶液节流阀$E jl2=(f -1)(E 2a -E 3)(9)发生器 (改进前g =0)$E f =f E 1a -E 5-(f -1)E 2+E q (10) (改进后g ≠0)$E f =(f -g )E 1a +gE 4a -E 5-(f -1)E 2+E q (11)系统总火用损失$E t ot =∑7i =1$E i(12)其中:E q 为热火用,E z 为冷火用.为了便于分析,本文采用无量纲火用值来表示.定义1 系统内各设备无量纲火用损失D e i 为各设备的火用损失$E i 与$E tot 之比值,它表示该设备的火用损失占系统总火用损失的比率.定义2 系统的无量纲火用损失D e tot 为$E tot 与系统输出E z 之比值,它表示制冷系统输出单位冷火用所损失的火用的比率.定义3 系统的火用性能系数ECOP (又称火用效率)为系统的收益火用(即E z )与系统所消耗的火用之比值,即制冷系统每消耗一个单位火用所能获得冷火用的比率.其表达式为E COP =E z E q +W p =∫(T 0/T z -1)d q z∫(1-T 0/T f )d q f +W p(13)71 第1期 徐士鸣等:基于热力学第二定律的吸收式制冷循环分析2 制冷系统无量纲火用损失计算结果与分析 本文所采用的算例参数与文献〔1〕中的相同,环境温度取T 0=293K,计算所得的吸收式制冷系统改进前后各设备的D e i 、D e tot 及E COP 随加热热源温度t f 、冷剂蒸发温度t z及冷却水 图2 制冷系统改进前D e x 随t f 、t z 、t w 的变化曲线温度t w 的变化关系由图2~6中的各条曲线(虚线t w =32℃,实线t w =25℃,曲线下的数字为制冷温度t z )表示.2.1 设备无量纲火用损失情况分析(1)吸收器:如图2所示,在吸收式制冷系统运行过程中,吸收器的无量纲火用损失D e x 随t f上升而单调上升.在制冷系统正常工作时,其火用损失可占系统总火用损失的20%~30%.因此,在完善吸收式制冷系统各设备能量传递过程时,吸收器是需要进行重点研究的关键设备之一.在吸收过程中,火用损失的类型有:传热温差、扩散、混合等不可逆损失和由冷却水带走的火用损失.但由冷却水带走的火用损失只占吸收器总火用损失的很少部分,主要的不可逆损失在于传热温差及吸收时的扩散、混合过程之中.随着t z 的提高,蒸发压力相应增加,吸收器内气、液传质界面上的饱和温度上升,与冷却水的传热温差增大,传热不可逆性增加.同时随着t f 提高,出发生器的稀溶液浓度降低,使吸收器内溶液的平均浓度与纯氨气之间的浓度差增大,在传质过程中扩散、混合的不可逆性增大.故在图中曲线上反映出D e x 随t z 和t f 的上升而迅速增加的趋势.这样在吸收式制冷系统的设计过程中不仅要尽可能完善吸收器的设计,而且更重要的是对整个制冷系统进行最优设计或最优操作,以确定最佳的出发生器的稀溶液温度,使吸收过程中的不可逆损失尽可能降低.(2)发生器和溶液热交换器:如图3、4所示,在吸收式制冷系统运行过程中,发生器的无量纲火用损失D e f 在制冷系统所有设备中是最大的,约在40%~65%.因此,如何降低发生器在能量传递过程中的不可逆性是提高整个吸收式制冷系统火用效率的关键所在.从图中可以看到,制冷系统改进前后的发生器和溶液热交换器的无量纲火用损失(D e f 与D e r j )随t f 、t z 和t w 的变化曲线有明显差别.在系统改进前,D e f 随t f 上升先迅速增加,到达最大值后逐渐下降,整条曲线比较平滑.这时D e r j 却是随t f 的上升而作单调下降.然而当系统改进后,分出部分浓溶液去回收精馏热,使通过溶液热交换器的浓溶液部分发生汽化,溶液热交换器内冷热流股的传热温差发生变化,而使D e rj 随t f 出现剧烈的变化.由于出溶液热交换器的浓溶液汽液两相组分比率的变化及分流率的变化,使进入发生器各流股的火用值相应发生变化,精馏过程的不可逆损失程度也发生变化,从而使得系统改进后D e f 随t f 的变化出现明显的波动.D e f 与D e rj 曲线的变化情况正好相反;当D e f 曲线达到低谷时,D e rj 曲线正好达到峰值.然而发生器和溶液热交换器的火用损失之和可达到系统总火用损失的60%~70%.在吸收式制冷系统中,上述三个主要设备的火用损失总和占系统总火用损失的80%~72大连理工大学学报 第38卷 (a)改进前(b)改进后图3 制冷系统改进前后D e f 随t f 、t z 、t w 的变化曲线90%,而其他设备的火用损失之和只占系统总火用损失的10%~20%.因此吸收式制冷系统设备中影响系统热力性能的薄弱环节是在吸收器、发生器和溶液热交换器.如何降低这三个主要设备的火用损失,完善其热力过程,是提高吸收式制冷系统热力性能的关键所在.(a )改进前(b )改进后图4 制冷系统改进前后D e rj 随t f 、t z 、t w 的变化曲线2.2 系统无量纲火用损失情况分析如图5所示,在吸收式制冷系统运行时,系统无量纲火用损失系数D e tot 随t f 的上升而迅速下降,下降到最低值后又随t f 的升高而逐渐增大.t z 、t w 越低,D e tot 谷值也就越小,而随t f 的上升,D e tot 上升的趋势也在减缓.显然,在对吸收式制冷系统设计过程中,设计条件已确定时,需要寻找最佳的发生器出口稀溶液温度,使制冷系统的D e tot 降到最低,因此必须对整个系统进行优化设计和操作.同样,从图中还可见到,制冷系统的改进与否对D e tot 的影响较大.改进后的制冷系统在相同的条件下D e tot 明显低于改进前的D e tot .也就是说,吸收式制冷系统改进后每获取一个单73 第1期 徐士鸣等:基于热力学第二定律的吸收式制冷循环分析(a)改进前(b)改进后图5 制冷系统改进前后D e tot 随t f 、t z 、t w 的变化曲线位的冷火用所要损失的火用值要低于系统改进前所要损失的火用值,因此对系统的改进是有效的.2.3 制冷系统火用性能系统变化情况分析如图6所示,在吸收式制冷系统运行时,E COP 随t f 的变化曲线与系统的性能系数(COP )的变化曲线类似,但ECOP 数值却远远小于系统的COP 值.与COP 曲线不同的是,ECOP 值是随t z 的降低而提高.这里也可以看出,采用热力学第一定律分析法与采用第二定律分析法所得出的结论是不一致的.由于第一定律分析法不考虑能量的“品质”问题,将不同温度下的热量和冷量在数值上均视为相同,这样分析所得出的结论与实际情况和能量的实质有相当大的差别.(a )改进前(b )改进后图6 制冷系统改进前后ECOP 值随t f 、t z 、t w 的变化曲线74大连理工大学学报 第38卷 4 结束语 从热力学第一定律的角度出发计算所得的氨水吸收式制冷系统的COP 值要低于溴化锂吸收式制冷系统的COP 值;尤其是当t f 较高时,溴化锂吸收式制冷系统可以采用双效系统而使制冷系统的COP 值大于1.因此人们总是认为在能量利用过程中,溴化锂吸收式制冷系统要优于氨水吸收式制冷系统.但从热力学第二定律的角度出发来衡量氨水吸收式制冷系统的能量有效利用情况,则与根据热力学第一定律计算所得出的结论相反:氨水吸收式制冷系统的能量有效利用值不仅不低,而且在制冷温度较低的情况下,改进后的系统的火用性能系数既高于溴化锂吸收式制冷系统,而且还高于从热能转换为电能的压缩式制冷系统〔3、4〕.参 考 文 献1 徐士鸣,袁 一.氨水吸收式制冷循环的分析与改进.大连理工大学学报,1996,36(4):4452 朱明善.能量系统的火用分析.北京:清华大学出版社,1988.3 张光焱.溴化锂吸收式制冷装置的火用分析.流体工程,1992,20(1):574 蒋能照.火用及其在制冷工程中的应用.制冷学报,1981(1):8Cycle analysis of absorption refrigeration system basedon the second law of thermodynamicsXu Shiming(Dept .of P ow er Eng .,D alian U niv .of T echnol .,China )Yuan Yi(Scho ol of Chem.Eng.,Dalian U niv.o f T echno l.,China )Abstract Based o n the analy sis m ethod of the second law o f thermodynamics,the thermal cy cle process o f am monia-water absor ption refrig er ation system is analy zed and researched deeply to find the link of the energ y transfo rmation process in the sy stem.The direction o f the thermo economic o ptimization and the desig n of the system can be pointed out acco rding to the results.Key words ammo nia w ater ;absorption refrigeratio n ;thermodynamic cycles /exerg y analy sis 75 第1期 徐士鸣等:基于热力学第二定律的吸收式制冷循环分析。
氨水吸收制冷
HZF
一 氨吸收制冷特点
1.1优点 1 有利于热能的综合利用。氨吸收制冷
加热需要的热源的温度较低,故可利用蒸汽 透平的排气,化工生产中放出的低位能的热 量,如合成氨生产中的变换气余热,也可利 用低温蒸汽作为热源,以降低生产成本
2
氨吸收制冷设备易于加工。由于氨
吸收制冷装置除溶液泵外,都是塔、罐等静 止的化工设备,结构简单,制造周期短,各 地都可加工制造,易于上吗,且维修简单, 易于管理。
3.2 与压缩式制冷比较 (1)氨吸收式比电动压缩式初投资费用高。在高盐水 温度范围内,初投资的价格差更大;在低盐水温度范 围内投资价格差缩小。若考虑全年使用,则机组运转 在部分负荷下的时间较多。在部分负荷时,压缩式制 冷机效率降低而吸收式制冷机效率上升,可节省能源; (2)氨吸收式制冷机的运动部件少因此耐久性、可靠 性、维护性皆优; (3)氨吸收式制冷机用电少,且用低压电,电容量小。 例冷量175kW,盐水出口温度-30℃时,电动压缩式的 耗电140kW,而氨吸收式溶液泵耗电仅7.5kW; (4)氨吸收式制冷机可在室外安装无需设置机房
4、东南大学能源与环境学院,改进了一种渔
船利用自身动力柴油机的尾气驱动氨水吸收 式制冷机的技术,该技术采用可提高循环效 率的溶液冷却吸收和溶液加热发生的循环方 式,计算表明该改进型循环比传统循环的 COP提高20%左右。
5、Zaltash等研究了在氨一水中添加溴化锂
对基本GAX机组性能的影响。结果表明,添 加溴化锂后机组COP可提高21%,精馏塔负 荷可降低50,其它各换热器的负荷均有不同 程度的降低,发生温度越高,三元工质的优 势越明显。采用NH3-H20-LiBr:三元工质的缺 点是系统的腐蚀比氨水系统更加严重。