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吸附-吸收複疊式三效製冷循環

發布時間:2019-10-24 瀏覽:1435次

  溴化鋰吸收式製冷機可用低品位熱能驅動,相比於電壓縮式製冷機,可節電95%,且運動部件少、噪聲低、無爆炸危險、冷量調節範圍廣、環境適應性強,加之無氟裏昂問題,而被公認為綠色環保產品,在為空調或工藝過程提供冷源方麵應用廣泛。但以單位製冷量的一次能源消耗量相比,雙效溴化鋰吸收式製冷機仍高於電壓縮式製冷機。為進一步提高吸收式製冷機的性能,實現能量的***利用,重要的發展方向就是研製三效吸收式製冷機。

  雙效溴化鋰吸收式製冷機的性能係數(COP25,電壓縮式製冷機的COP可達3.5以上,考慮到電廠的發電效率,若三效製冷循環的COP不小於1.5,其單位製冷量的一次能源消耗量便與電壓縮式製冷機相當。

  12―16收到修改稿。

  基金項目:國家重點基礎規劃項目(No.G2000026309)和中國博士後基金資助項目。

  提高溴化鋰吸收式製冷機的COP勢必要提升溶液的溫度。研究表明,當溶液高於170現常用的緩蝕劑鉻酸鋰會分解而失效,溴化鋰溶液對金屬材料腐蝕劇烈。因而材料防腐蝕是研製三效溴化鋰吸收式製冷機的首要技術難題。

  近年來,在尋找高溫溴化鋰水溶液中具有強耐腐蝕性的材料和性能優良的緩蝕劑方麵取得了一些進展,然而新型吸收式製冷工質對和製冷循環仍然是吸收式製冷研究的主流。三效吸收式製冷循環成為國際上研究的熱點,但迄今尚無商業化機組麵世以沸石一水為工質對的單效固體吸附式單元為高溫級,以單效溴化鋰吸收式製冷單元為低溫級的雙效吸附一吸收複疊循環由圖可見,該係統由高溫級單效吸附式單元1、低溫級雙效溴化鋰吸收式單元2複疊而成。假定吸附器的金屬比熱容為零,吸附式單元的吸附器A、B之間充分回熱後,吸附熱被全部加入到低溫級吸收式單元的高壓發生器中。

  以加熱量Qh為熱源的高溫級吸附式製冷單元,其COP1可表示為以吸附式單元部分吸附熱Qa為熱源的低溫級吸附式單元的COP2可表示為低溫級高壓發生器的加熱量Qa與吸附式單元的加熱量Qh比率用下式表示由式(5)可以看出,係統COP分別正比於高、低溫級單元的COPi和COP2,兩者的增加均可顯著地提高COP.低溫級雙效溴化鋰吸收式製冷單元的COP2可視為定值,即COP21.25.COP的變化主要取決於吸附式製冷單元的COPi.與基本型吸附式單元相比,吸附器之間適當回熱,可顯著增加吸附式單元的COP1.因此,吸附式單元回熱方式及狀態參數的優化是研究係統COP的關鍵。

  2高溫級回熱型吸附式單元熱力分析回熱型吸附式單元主要由兩隻吸附器、冷凝器和蒸發器組成。對單隻吸附器而言,理想的吸附式製冷單元,包括等容加熱(A―B)、等壓加熱(B―D)等容冷卻(D―E)等壓冷卻(E―A)4個熱力過程,如所示。假定吸附器內吸附劑對製冷劑進行平衡吸附,即吸附量是吸附器溫度與壓力的函數:x=/(T,p)。吸附終了時的吸附量Xa與環境溫度Ta(Ta=Tal)相平衡,壓力為蒸發器溫度Te下的飽和壓力pe.解吸終了時的吸附量Xb與解吸溫度Tg(Tg=Tg2)相平衡,壓力為冷凝溫度Tc下的飽和壓力pc.***大與***小吸附量之差(△X=Xa―Xb)即為單位質量吸附劑的製冷劑循環量。

  x可表示為在加熱解吸過程中,吸附器得到的熱量包括顯熱和解吸熱兩部分,即Q二在冷卻吸附過程中,吸附器的吸附作用使製冷劑蒸發而產生的冷量為基本型吸附式單元的COP,b為為提高吸附式製冷單元的COP,有必要采用回熱循環,即兩個吸附器交替運行。解吸終了、處於高溫狀態的吸附器開始吸附後,其顯熱和部分吸附熱傳遞給換熱流體而溫度降低,過程如中曲線D―E―F所示。另一隻處於解吸狀態的吸附器從換熱流體處得到熱量而溫度上升,過程如中曲線A―B―C所示。回熱過程持續到兩吸附器的溫差Arr(Arr=rr2―rr,)達到***小為止。在回熱型循環的加熱解吸過程中,僅中所示的C一D階段需要外部加入熱量而在冷卻吸附過程中產生的製冷量Qref,則與基本型循環相同。因此可節省加熱量提高循環效率先由Qa-b-c=Qd-e-f求得2個吸附器的回熱溫度Tr1和Tr2,確定狀態點C,計算循環加入熱量Qh=Qc-D,進而求得COPlr.數值計算流程如下。

  首先輸入工作參數:解吸溫度Tg、吸附溫度ra、冷凝溫度r(。、蒸發溫度Te和回熱溫差3複疊式循環的製冷性能分析由式(5)可知,係統COP的提升主要取決於高溫級COP,值。高溫級COP,的大小不僅與自身的循環方式有關,也與Tg、ra、r(。和Te有關。以下對以13X沸石分子篩為吸附劑、水為製冷劑,高溫級分別采用基本型和回熱型循環時,吸附式單元COP2和係統COP隨狀態參數的變化情況進行了數值模擬和分析。

  31解吸溫度Tg對係統COP的影響假定當Ta==5DC、△Tr=5°c時。如所示,相比於其他工質對,沸石一水吸附式單元的解吸溫度較高。當Tg<***大值,5;隨後COPr隨Tg增加而降低。Tg為240-3,0,COP,r的變化範圍約9%COPr的變化範圍約,。52%.由此可見,在其他溫度參數不變的情況下,解吸溫度存在一個***佳值,解吸溫度過高或過低都會降低吸附式單元的COP,r和係統的COPr.在相同的解吸溫度下,基本型吸附式單元的COPb明顯低於回熱型吸附式單元的COPr其差值隨解吸溫度增加而擴大。Qr2由Qr,=Qr2迭代求得Tr,而Qh為32吸附溫度Ta對係統COP的影響假定Tg=△Tr=5°C.由可見,在相同的吸附溫度下,加入低溫級吸收式單元的加熱量為低溫級吸收式單元的COP2為采用基本型吸附式單元的係統COPb明顯低於采用回熱型吸附式單元的係統COPr,其差值隨吸附溫度的提高而減小。吸附溫度Ta增加將顯著降低(1)在吸附一吸收複疊式三效製冷循環中,係度的增加而擴大。蒸發溫度心厲將將會顯提褓統COPs正謬i吸附式單元的CO1源溫度也較低。因吸收式單元高壓發生器濃溶液溫度約160°Q考慮到傳熱溫差,吸附溫度應不小於可見,複疊式三效循環的構建,不僅應考慮吸附與吸收式單元間傳熱量的大小,還應考慮兩個單元間溫度參數的耦合。

  3.3冷凝溫度Tc對係統COP的影響°C、Te=5°C、ATr=5°C.如所示,在相同的冷凝溫度下,采用基本型吸附式單元的係統COPb明顯低於采用回熱型吸附式單元的係統COPr其差值隨冷凝溫度增加而減小。Tc增加將顯著降低COPr;當Tc=25°C時,COPr1.52;當Tc=60°C時,COPr1.27.較低的冷凝溫度有利於提高COPr,但冷凝溫度受到外界冷卻水(風)溫度的***。

  4蒸發溫度Te對係統COP的影響°C、ATr=5°C.由所示,在相同的蒸發溫度下,采用基本型吸附式單元的係統COPb明顯低於采用回熱型吸附式單元的係統COPr其差值隨蒸發溫影響較為敏感。較高的蒸發溫度可以顯著提高COPr但會因此降低冷源的品質,而當蒸發溫度接近於0°C時,則冷劑水有凍結的危險。

  3.5回熱溫差ATr對係統COP的影響°C、Te=5°C.由所示,回熱溫差ATr對COPr也會產生一定的影響。理想情況下,ATr=0°C時,COPr1.51;當ATr=30時,COPr1.46.ATr減小,則COPr增加,但傳熱能力減弱,回熱時間長,係統的製冷量減少。所以,在設計中應當合理選取ATr.計算表明,以沸石一水為高溫級吸附式單元的可達1.50,COPb約為的COP2.COP的提升主要取決於COPi.COPi與製冷工質對和循環方式有關。

  回熱型吸附式單元的COPir明顯比基本型吸附式單元的COPib高。

  吸收式單元的冷凝熱量少、溫度低,而難以被吸收式單元所用。而吸附熱量多、溫度高,可用以加熱吸收式單元高壓發生器內的溶液。

  計算表明,采用回熱型吸附式單元,係統的COPr可達1.50以上;采用基本型吸附式單元,係統的COPb約1.42.在吸附一吸收複疊式三效製冷係統中,應考慮熱能在係統中的多效利用,通過狀態點熱力參數的耦合與優化,從而獲得工程上可行、熱力性能優良的製冷係統。

  符號說明COP性能係數Cpcpw―分別為吸附劑和製冷劑定壓比熱容,。

  m吸附劑質量,kgqaqg――分別為單位質量製冷劑的吸附熱、解吸熱,W“kg―1qfg製冷劑蒸發潛熱,W〃kgT溫度,CTs――吸附床壓力對應的飽和溫度,°Cw***大吸附體積,m3x――吸附量,Pw――製冷劑密度,kg°m3下角標a――吸附b――基本型吸附式單元c――冷凝狀態蒸發狀態g――解吸h――加熱r回熱型吸附式單兀r1r2――分別為解吸態、吸附態吸附器回熱終了狀態點s――飽和狀態

  


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