两种串联型三效溴化锂吸收式制冷循环的 比较分析Ξ上海交通大学 李小平 陆 震 谢江南 袁从杰 陈子煜摘 要 在循环优化计算的基础上,对基本型直燃式串联三效溴化锂吸收式制冷循环和带蒸汽压缩装置的三效制冷循环进行了对比分析分析结果显示,在选择合适的蒸 汽压缩比提前下,带蒸汽压缩装置的三效制冷循环可以获得比基本的直燃型串联三效溴 化锂吸收式制冷循环更高的循环COP值,并可将最高溶液温度降低至低于200℃,是一种 颇具市场前景的制冷循环 关键词 吸收式制冷循环 三效 溴化锂 优化计算1 前言吸收式制冷机是一种以热能为动力,制冷剂 与吸收剂为工质对的制冷设备它也是使用CFC制冷剂的压缩式制冷设备的最佳替代者之一目 前市场上几乎所有的吸收式制冷机都是以单效或 双效循环为基础,它们所存在的一个较大的问题 就是COP偏低,其中,单效机的COP约为017,仅 适用于以废热或太阳能为热源,而不宜采用高温热源;双效机的效率有较大幅度提高,但其COP 也只有112,仍然难于与压缩式制冷机竞争因 此,为了更合理有效地使用高品位热源,提高机组 的COP,人们在双效循环的基础上,又提出了三 效循环。
自1985年以来,人们提出了大量的三效循 环,如三级冷凝/三级发生(3C3D)循环(Vouchi etal,1985)、 双冷凝器耦合(DCC)循环(Miyoshi et al ,1985 ; Biermann and De Vault ,1992 ; De Vault andGrossman ,1992)及双环耦合三效循环(De Vault ,1988)等据文献分析,双冷凝器耦合的串联改进 流程(DCCSA)和双冷凝器耦合的并联流程(DC2CP)较为符合我国国情,其中并联循环的COP比 串联循环更高(可达11825) ,但是它的控制调节 复杂,并且存在高压发生器中溶液温度过高的问题,而这些都直接影响到三效制冷机的市场化 本文认为,由于串联循环相对简单的调节控 制特性,在较好解决高压发生器中溶液温度过高 问题的基础之上,串联型三效循环必将获得广阔的市场前景由此,本文通过优化计算,对比分析 了基本型串联三效循环和一个新型的带蒸汽压缩 装置的串联三效循环(J1S. KIM ,1999)模拟计算 结果显示,后者在溶液最高温度低于200℃的情况下,可获得较高的COP(1176) ,是一个有巨大市 场化价值的三效制冷循环。
2 两种三效循环简介211 基本型直燃式串联三效溴化锂吸收式 制冷循环 图1为一个基本型串联三效溴化锂吸收式制 冷循环的流程图它主要由三个发生器、 一个冷 凝器、 一个蒸发器和一个吸收器组成溴化锂溶液从吸收器流出经过低温、 中温、 高温热交换器进 入高压发生器,在高压发生器中由燃料加热直至 沸腾,蒸发出的冷剂水蒸气进入中压发生器作为 其发生的热源,同时,高压发生器中经过发生浓缩 的溶液流入中压发生器做进一步的发生然后,中压发生器发生的蒸气和在中压发生器中冷凝的 高压发生蒸气一起进入低压发生器,作为低压发 生器的加热热源,而中压发生器中的溶液流入低 压发生器做最后的浓缩最后,所有的冷剂蒸气 经冷凝器冷凝后进入蒸发器蒸发,低压发生器中的浓溶液流入吸收器作为吸收剂吸收蒸发器中产 生的冷剂蒸汽,这样完成了一个制冷循环这种 循环的特点在于较充分地利用了冷剂蒸汽的冷凝 潜热,较之单、 双效机组而言可产生更多的冷剂蒸05 流 体 机 械 2001年第29卷第3期Ξ 收稿日期:2000—11—13汽图2是该循环的i-ξ图图1 基本型串联三效循环流程GH、G M、G L.高、 中、 低压发生器;HX3、HX2、HX1.高、 中、 低温溶液换热器;ABS.吸收器; EVP.蒸发器;COND.冷凝器;Ogh、Qgm、QgL.高、 中、 低压发生器输入热量; QC.冷凝器热负荷; Qe.制冷量; QO.吸收器热负荷图2 基本型串联三效循环i-ξ图212 带蒸汽压缩装置的串联三效溴化锂吸收式制冷循环图3和图4分别是带蒸汽压缩装置的直燃式串联三效溴化锂吸收式制冷循环的流程和i-ξ图。
该循环是对基本型串联三效溴化锂吸收式制冷循环的一个改进,它与基本型串联三效溴化锂吸收式制冷循环的不同之处只是:它在原有循环的基础上增加了一个蒸气压缩装置,中压发生器发生得到的水蒸气需经压缩后再送入低压发生器这种带有蒸气压缩装置的三效溴化锂吸收式制冷循环的优点在于:由于引入蒸气压缩装置,高压发生器和中压发生器的发生温度得以降低,缓解了高温溴化锂水溶液对金属材料的腐蚀;而且, 虽然高压发生器和中压发生器的发生温度低,发 生条件差,蒸气发生量少,但经过压缩进入低压发 生器的水蒸气具有较高的温度和压力,有利于改 善低压发生器的发生条件,并提高循环的COP值图3 带蒸汽压缩型三效循环流程图4 带蒸汽压缩型三效循环i-ξ图3 循环热力计算及其优化在一般的循环热力设计计算中,我们根据经 验设定稀溶液浓度Xa、 循环最高温度T4H和中压 发生器、 冷凝器、 蒸发器、 高温溶液热交换器、 中温 溶液热交换器、 低温热交换器的端部温差( DTGM、DTC、DTE、DTXH、DTXM、DTXL)以及循环放气范围DXL ,再结合已知初始条件就可以求解出循环的 各个状态的参数显然,这样得到的设计结果并不一定是最佳结果。
为了可信地比较上述两种循 环,本文用坐标轮换法分别对它们进行了优化计 算15Vol.29 ,No.3 ,2001 FLUID MACHINERY 在对带蒸汽压缩的串联三效溴化锂吸收式制 冷循环的优化计算中,本文将上述的T4H、DTGM、DTC、DTXH、DTXM、DTXL、DXL及高压发生器中稀溶液放气量与DXL的比值EXH、 中压发生器中中 间浓度溶液放气量与DXL的比值EXM、 蒸气压缩 装置压缩比CY一共10个参数作为优化变量,目 标函数为COP115/ FSUM,其中, COP为循环的性能系数(为突出其重要性,对其115次方加权) , FSUM 为系统总共的换热面积这样,整个优化计算过 程也就是求解下述函数:OBJ=COP115/ FSUM= maxf ( T4H, DTGM, DTC, DTXH, DTXM,DTXL, DXL , EXH, EXM , CY)优化 计 算 的 初 始 条 件 如 下:制 冷 量 为1163kW,冷却水进口温度为32℃,冷却水流量为330m3/h,冷媒水进口温度为12℃,出口温度为7℃ 基本型串联三效溴化锂吸收式制冷循环的优 化计算与带蒸汽压缩的串联三效循环的优化计算的区别只在于它的待优化变量只有9个,少了压 缩装置的压缩比,其它的条件完全相同。
在模拟计算中,使用了一些假设,利用各部件 及系统的能量平衡、 质量平衡和溴化锂质量平衡 方程迭代得到优化结果4 优化结果比较分析经过优化计算,在给定初始条件下,本文得到 两种循环形式目标函数最优情况下的各状态参数表1是两个循环的优化结果,表2是两个循 环的一些主要参数的比较表1两循环优化变量计算结果优化变量优化结果 带压缩型三效循环基本型三效循环高压发生器出口温度(℃)中压发生器出口温差(℃)冷凝器出口温差(℃)高温溶液热交换器出口温差(℃)中温溶液热交换器出口温差(℃)低温溶液热交换器出口温差(℃)高压发生器出口溶液浓度( %)中压发生器出口溶液浓度( %)低压发生器出口溶液浓度( %)蒸气压缩装置压比1951031081012101210121059174621146316221522510310810121016101210591666118463126表2两循环主要参数比较主要参数带压缩型三效循环基本型三效循环COP高压发生器出口溶液温度(℃)中压发生器出口溶液温度(℃)低压发生器出口溶液温度(℃)高压发生器出口溶液浓度( %)中压发生器出口溶液浓度( %)低压发生器出口溶液浓度( %)总面积FSUM(m2)OBJ×100011762(计入压缩功)1951013016293167591746217463162719131310117352251015614192179591666118463126789162189由表2可以看出,经过优化,带压缩装置的串联三效溴化锂吸收式制冷循环可以获得比基本型 串联三效循环更高的COP,提高了能源的利用 率;并且,由于压缩装置的引入,各个发生器的温 度得以明显降低,特别是大幅度地降低了循环最 高溶液温度(高压发生器出口溶液温度) ,这就避免了高温溴化锂溶液的强腐蚀问题,不必选用过 于昂贵的材料,同时,整个系统的换热面积有一定 程度的减小,这都直接有利于减小初投资。
5 结论(1)从系统结构上看,带蒸汽压缩装置的串联三效溴化锂吸收式制冷循环只比基本型串联三效 循环多了一个压缩部件,并没有太多地增加系统 结构的复杂程度2)从系统的运行特性上看,带蒸汽压缩装置的串联三效溴化锂吸收式制冷循环由于蒸汽压缩 部件的引入,使得循环最高溶液温度降低到低于200℃,有效地避免了溴化锂溶液在高温下对设备 的强腐蚀问题3)从系统经济性来看,根据优化结果,带蒸汽压缩装置的串联三效溴化锂吸收式制冷循环COP比基本型串联三效循环的COP高,并且与并 联三效循环也具可比性其较高的循环COP可 以提高能源的利用率,还由于热负荷的降低也使得换热面积的减少这些都将直接导致系统经济 性的提高,并由此推动它的市场化,因此具有良好 的市场发展前景李小平 200030上海市华山路1954号上海交通大学动力学院25 流 体 机 械 2001年第29卷第3期Ding Yunfei et al(25)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Energy consumption of variable frequency drivepump are analyzed , and makes suggestions about itssuitable application.Keywords :variable frequency drive ,pump ,energyconsumptionDesign of Shut Down Starting Moment of Tor2sion Auto - momentary Device for Non - powerButterfly Check V alveYu Quyan et al(27)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯The necessity of valve shut down starting loadingdevice for non - power check valve are described and akind of valve are intrduced which have a auto - mo2mentary loading device of starting moment of torsionacted by momentary deferential pressure by drainagepipeline system at normal stop sorking or breakdowncondition.Keywords :non - power check valve ,breakdown ,shut down characteristic ,design of auto - momentaryloading device ,structure designThe Study of the Vortex Loss of the MagneticAirproof DriverLi Fubao(30)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯The compution 。