直燃型溴化锂吸收式冷热水机组选型

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1、直燃型溴化锂吸收式冷热水 机组选型及设计的有关问题 重庆建筑大学 刘宪英 林明上 张 明 谭文波 提要 评价了直燃机组的能耗特性 ,指出了国产三效直燃机开发中的若干基础工作方向 , 着重讨论了机组选型 、 机房布置以及影响冷量衰减的真空度和水侧污染与腐蚀问题 。 关键词 直燃机组 选型 设计 Specification and design of direct-fired LiBr absorption water heater/chiller units ByL i uXi any i ng , L i nMi n gs h an g, Zha ngMi nga ndTan We nb o

2、Abstrac t E valuat es t he energy performance of direct-f ired unit s , point s out a f ew direct ionsin developing domest ic models of t hree-ef fect unit s . St ressespointsintheunits pec ificat ion,machineroom design ,and t he influencing fact ors of t he unit dut y , including t he vacuum degree

3、 , fouling and corrosion on t he wat er side . Keywords direct-f ired unit , spec if icat ion , des ign Chongqing Jianzhu University 1 引言 直燃型溴化锂吸收式冷热水机组( 以下简称直燃机组) 首先由日本开发, 1968 年进入实用化, 它和两效溴冷机不 同的是第一( 即高压) 发生器以燃烧油气等燃料加热。 根据 结构不同有: 把冷却水回路切换成热水回路 ; 把冷水回 路切换成热水回路; 在高压发生器上加热水器的热水回 路。 目前、种应用较多。 国内首次使用是

4、1985 年北京 展览馆由日本购进的川崎重工生产的 3 台 1 700 kW( 150 万 kcal/ h) 的直燃机组, 国内产品真正大量进入市场始于 1994 年。 直燃机组具有以下特点: 可以制冷又可以制热 ( 包括卫生用热水), 一机多用; 燃油或燃气, 燃烧完全, 对 环境无污染; 不用 CFC 及 HCFC 类物质, 对大气臭氧层 无破坏作用; 用电量极少, 节电; 国产直燃机组质量逐 步提高, 应该说在制冷主机范畴内, 溴化锂制冷机是与国际 先进水平差距最小的机种之一。 由于以上原因, 近年来国内宣布能生产直燃机组的厂 家达 34 个, 1994 年国内年产溴化锂制冷机组 2 0

5、00 台, 直 燃机组占 14%; 1995 年产 2 500 台, 直燃机组占 25% 30%; 1996 年产 3 000台, 直燃机组占 30% 35%, 预计今 后还会有较大发展。 鉴于直燃机组在国内生产、使用时间 不长, 在设计、施工、运行管理及维护保养方面不如压缩式 制冷机成熟, 因此亟需积累经验, 逐步成熟化、规范化。 本 文对直燃机组的选型及设计方面提几点不成熟看法, 供同 行们参考。 2 直燃机组的能耗评价 必须强调目前使用的两效型直燃机组节电不节能, 称 直燃机组为节电产品或绿色制冷机组均可, 但不能说是节 能产品, 介绍这方面的文献很多, 笔者也做了计算。 计算原 始数据

6、: 电压缩式冷水机组 Ke=3. 876 kW/kW, 火力发电 厂效率 1=0. 34, 电网输送效率 2=0. 9, 直燃机组燃烧效 率 3=0. 90, 单效、两效及三效型溴化锂制冷机的热力系 数分别取 0. 8、1. 2、1. 5; 经折合成一次能源标煤计算, 单位 冷量耗能指标分别为: 电压缩式 0. 139 kg/( kWh); 单效 0. 293 kg/( kWh); 两效 0. 178 kg/( kWh) ; 三效 0. 135 kg/ ( kWh) 。 由计算结果看出, 单效、两效溴化锂机组比电压缩 19 暖通空调 HV 3 个冷凝器、3 个发生器 , 并从 每一个冷凝器中回

7、收热至较低温度的发生器; 2 个冷凝 器与 3个发生器等型式的三效循环机( 几种型式均为一个 蒸发器和一个吸收器)。 四效直燃机组则为 4 个冷凝器及 4 个发生器, 即为两组两效循环效应的组合, 其模拟试验结 果见图 1。 从图中看出, 各循环状态相同, 性能都相似, 即 图 1 双效、三效、四效溴化锂 直燃机组 COP 比较 tc为冷却水进水温度, ; tH为热源燃烧温 度, ; 冷水出水温度均为 7. 2 在低 温 时 COP 急速 上升, 至高 温则 略成水平, 并随温度升高略 有下降。 两效机 运转效率最高温 度 为 150 180 ;三 效 机 为 200 230 ; 四 效 机

8、为 320 370 。 当冷却 水进水温度 tc= 35 , 冷水出水 温度 7. 2 时, 双效机 COP =1. 28, 三效机为 1. 64, 四效机为 1. 85。 国内开发三效直燃机组建议在如下几方面做些基础研 究工作: 国产溴化锂溶液在高温区特性的研究; 以提 高机组热效率为前提, 进行三效或多效机最佳制冷循环形式 的研究; 高温缓蚀剂研究, 目前广为应用的铬酸锂缓蚀剂 只能在 170 以下使用, 200 以上如何抑制 LiBr 水溶液对 金属材料的腐蚀; 吸收式工质对研究, LiBr水溶液在高 温区有很多弊端, 需开发更好的工质对; 传热传质增强添 加物研究, 据国外介绍, 三效

9、机可用 2乙基己醇; 降低机 组体积、重量和制造成本研究。 3 直燃机组的正确选用 3. 1 直燃机组不是在任何情况下都适用, 它与建筑的特点 与用途, 冷热负荷的要求, 使用地点和当地的电、气、油供应 情况以及电增容费等很多因素有关。 目前很多直燃机组大 量采用轻油作燃料, 而我国是贫油国家, 民用、公用及商用 建筑大量用油是否符合我国的能源政策, 需要考虑。因此, 设计人员在选用时应做详细的技术经济比较分析, 这方面 文献较多, 得出的结论往往差异很大, 甚至是相对立的, 这 不是比较方法的不对, 而是各自的具体情况不同。 3. 2 直燃机组选型时一定要注意, 一般直燃机组的冬季供 热量

10、Q热只有夏季制冷量 Q冷的 0. 8 倍左右, 即 Q热= 0. 8Q冷。如 果 加 供 生 活 热 水, 则 0. 8Q冷= Q空调热+ Q卫生热水; 如果夏天是冷热联供, 则机组的制冷量 Q机组= Q冷+1. 25Q卫生热水。 很多情况下机组供热量不足。 解决 办法有: 加大一档直燃机组制冷量型号( 其供热量约增 加 12% 25% ); 加大高压发生器( 即加大燃烧器)。 加 大机组型号, 增加投资, 运行效率降低; 加大高压发生器 , 由 于溶液浓度比例限制, 将引起水量及 LiBr 溶液量的增加, 对以满足制冷量设定的机组第二( 低压) 发生器有一个与加 大的高压发生器匹配问题 ,

11、为此高压发生器不应无限制加 大, 否则将增加机组的调节难度, 使运行效率降低, 能耗增 加。 笔者认为以加大一档高压发生器( 即供热量增加 20% 25%) 为好; 如果上述一种方法不能满足要求, 可各加大 一档; 如还不能满足要求, 应另辟热源。 4 直燃机组机房位置 一般直燃机组机房位置有: 独立设置; 地面 1 层; 地下室; 最高层; 裙房屋顶; 主楼的中间设 备层。 据了解上述几种布置形式国内外均有工程实例。 上 述设置方法由于占用宝贵的建筑面积, 在市内繁华地 区很难实现; 而设置方法对结构要求高, 振动、噪声 难以解决。 经综合比较, 笔者认为有地下室的建筑应尽可 能布置在地下层

12、内。 地下室布置时机组的运行管理、维修、 振动、噪声、燃料供应, 以及建筑结构处理等都易于解决。 但目前高层民用建筑设计防火规范( 以下简称高规) 对 直燃机组能否设置在地下室内没有具体规定。 据了解, 高 规国家标准管理组计划再次进行修订, 增加直燃机组防火 设计内容。 笔者认为, 直燃机组允许布置在地下室是势在必行, 因 为: 高规规定, 在满足其防火要求的前提下, 燃油、燃 气锅炉单台蒸发量小于等于 2 t/h, 总蒸发量不大于 6 t/ h 的蒸汽锅炉房允许布置在地下 1 层靠外墙部位。 而直燃机 组系真空运行, 不属压力容器, 比蒸汽锅炉安全得多, 劳动 部门一般不过问; 城镇燃气设

13、计规范规定, 除液化石油 气管道以外, 人工煤气、天然气及其用气设备, 在满足其要 求的情况下, 允许布置在地下室、半地下室, 燃气直燃机组 属用气设备; 国外, 特别是日本 70%以上的直燃机组是 布置在地下室内; 国内有的城市由消防部门召集有关专 家开了座谈会, 并形成了纪要, 提出在保证防火、安全的情 况下, 直燃机组可以布置在地下室内, 重庆、成都要求布置 在地下 1 层, 如布置在地下 2 层以下, 须经消防部门特批; 到目前为止, 国内已有不少直燃机组在地下室内运行。 5 地下室直燃机组机房设计 在国家未制定出规范以前, 笔者建议直燃机组机房应 从严掌握, 严格按有关标准及规范要求

14、设计, 确保安全、可 靠。 燃油直燃机组应按高规第 4 章规定的燃油锅炉布置 在地下 1 层的有关条款进行设计。 特别是对机房的通风换 气、事故通风、防火排烟、设备的运输通道及泄压口布置、油 管路设计、日用油箱及贮油罐的位置等, 更应精心设计。 目 前一些地下室直燃机房的日用油箱就放在机房里( 无单独 隔间) , 更有甚者直接放在机组的上方; 有的贮油罐位置不 符合防火间距要求等。 燃气直燃机组除执行高规以外, 还应严格按城镇燃气设计规范中地下室燃气管道及用气 设备的要求进行设计。 如燃气进口装置、管道及阀门的选 择和布置、机房内的所有用电设备应采用防爆型、必须设置 高灵敏度的燃气报警设备等。

15、 总之, 地下室直燃机房的设 计不能马虎, 必须在防火、防爆、安全运行上做到万无一失。 6 直燃机组的冷( 热) 量衰减 造成直燃机组( 包括各种型式的溴化锂吸收式制冷机) 冷量衰减的两个最大的问题是高真空度的保持和水侧的污 垢及腐蚀。 6. 1 高真空度的保持 溴化锂机组必须在高真空度下运行, 真空度解决不好 20问题讨论 1999 年第 29 卷第 3 期 是冷量衰减的重要原因, 有人把真空比作溴化锂吸收式制 冷机的第一生命, 真空度高低实质上是机内不凝性气体被 抽除多少的反映。 目前国内著名的溴化锂制冷机生产厂 家, 在这方面投入了大量人力 、物力、财力, 做了很多工作。 其中包括机组结

16、构及加工工艺的改进, 采用先进的生产线 及检测设备, 选用先进可靠的真空泵和高精度真空计等措 施, 应该说在保持机内高真空度方面, 有了很多可靠的方 法, 产品水平有了很大的提高。 6. 2 水侧污垢及腐蚀 目前溴化锂制冷机广泛采用敞开式( 包括供卫生热水 的系统) 的循环冷却方式, 它比直流式冷却节约用水, 但长 期循环使用后, 因水中某些溶解物质的浓缩或散失、尘土积 累、微生物滋长等原因, 造成管道及设备内污垢沉积, 或对 金属管道及设备发生腐蚀。 无论是污垢沉积还是发生腐 蚀, 对机组都是有害的, 也是造成机组冷量衰减的重要原 因。 影响水系统正常工作的原因主要有 3 个, 即水垢、腐蚀 及青苔( 菌藻类粘附物)。 6. 2. 1 水垢的影响 重庆某冷库的制冷设备 1990 年 10 月 1994 年 10 月 使用 4 年, 冷却水管原外