水水溴化鋰硝酸鋰與水溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的比較

0添加新的組分后的溴化鋰水溶液眾所周知，溴化鋁吸收式冷卻機(jī)已成功應(yīng)用于空調(diào)和工藝?yán)鋮s過(guò)程。近年來(lái),由于節(jié)能和環(huán)保的要求,這種制冷機(jī)在國(guó)內(nèi)外都取得了迅猛發(fā)展。但是制冷工質(zhì)的腐蝕性和結(jié)晶現(xiàn)象迫使人們對(duì)其物性進(jìn)行深入的研究,如何添加新的組分以克服這些缺陷,則成為各國(guó)研究者的探索對(duì)象。添加組分后的新工質(zhì)對(duì)溴化鋰水溶液的改善主要集中在兩點(diǎn):其一是降低結(jié)晶溫度,改善吸收能力,提高熱力系數(shù)COP;其二是防腐蝕。已有研究表明,水—溴化鋰—硝酸鋰三組分工質(zhì)具有良好的熱力性能和防腐蝕性,且價(jià)格低廉,適用于吸收式制冷系統(tǒng),特別是在直燃型雙效吸收式系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景,在高溫化的三效、四效等多效吸收式系統(tǒng)中也有良好的發(fā)展趨勢(shì)。本文研究目的是分析加入硝酸鋰后的溴化鋰水溶液對(duì)傳統(tǒng)溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)性能的影響,若該新工質(zhì)能在實(shí)際機(jī)組中推廣,則將給我國(guó)的溴化鋰制冷行業(yè)注入新的生機(jī)和活力。1單效苦傅里葉變換的比較1.1水—系統(tǒng)的發(fā)生溫度范圍的比較對(duì)于一定的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度,水—溴化鋰—硝酸鋰系統(tǒng)存在一最低發(fā)生溫度。顯然,對(duì)于水—溴化鋰系統(tǒng)而言,也存在一最低發(fā)生溫度,發(fā)生溫度高于此值時(shí)系統(tǒng)才會(huì)制冷。由于該值基本上決定于冷凝溫度和蒸發(fā)溫度及工質(zhì)的蒸發(fā)壓力,故處于相同的條件下,兩種工質(zhì)循環(huán)的最低發(fā)生溫度相接近。圖1給出了蒸發(fā)溫度te為5℃時(shí),不同的冷凝溫度tc下的最低發(fā)生溫度tgmin的比較。同樣,對(duì)于水—溴化鋰—硝酸鋰系統(tǒng)存在一最佳發(fā)生溫度和相對(duì)應(yīng)的最高熱力系數(shù)。發(fā)生溫度的升高,雖能使放氣范圍增大,循環(huán)倍率降低,但熱力系數(shù)卻并不總是隨發(fā)生溫度的升高而增大。因?yàn)榘l(fā)生溫度升高,一方面可使?jié)馊芤旱臐舛仍龃?增強(qiáng)吸收效果;另一方面則使進(jìn)入吸收器的濃溶液的溫度升高,從而影響吸收效果。在這兩方面的作用下,發(fā)生溫度存在一個(gè)最佳點(diǎn),此時(shí)的熱力系數(shù)達(dá)到最高值;當(dāng)發(fā)生溫度超過(guò)該值時(shí),熱力系數(shù)反而隨發(fā)生溫度的升高而下降,而且在發(fā)生溫度過(guò)高時(shí),濃溶液濃度過(guò)高,有可能出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象。對(duì)于水—溴化鋰系統(tǒng)而言,理論上也存在最佳發(fā)生溫度,此時(shí)熱力系數(shù)達(dá)到最高點(diǎn),但因其受結(jié)晶條件限制,實(shí)際的運(yùn)行中往往達(dá)不到該最佳發(fā)生溫度,因?yàn)榇藭r(shí)的溶液濃度相對(duì)過(guò)高,產(chǎn)生了結(jié)晶現(xiàn)象。故對(duì)于水—溴化鋰系統(tǒng),該值由結(jié)晶條件決定。又因?yàn)榘l(fā)生溫度未達(dá)到該點(diǎn)之前,熱力系數(shù)隨發(fā)生溫度的升高而升高,故取溶液的濃度上限為60%(發(fā)生溫度低于100℃)或62%(發(fā)生溫度高于100℃),來(lái)選取循環(huán)的最佳發(fā)生溫度和最高熱力系數(shù)。水—溴化鋰系統(tǒng)與水—溴化鋰—硝酸鋰系統(tǒng)的比較見(jiàn)圖2和圖3。顯然,水—溴化鋰—硝酸鋰系統(tǒng)具有更高的最佳發(fā)生溫度,也能達(dá)到更高的熱力系數(shù),并且當(dāng)所需的最佳發(fā)生溫度越高時(shí),兩者的差別就越大。所以采用水—溴化鋰—硝酸鋰工質(zhì)后,系統(tǒng)的發(fā)生溫度范圍增大,更有利于使用高溫?zé)嵩础?.2蒸發(fā)溫度te的影響熱力系數(shù)COP、放氣范圍Δξ、循環(huán)倍率f和溶液熱交換器的單位熱負(fù)荷qt是表征制冷系統(tǒng)熱力性能的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。圖4給出了兩種工質(zhì)制冷循環(huán)的這幾個(gè)參數(shù)的比較。如圖4所示,隨著蒸發(fā)溫度te的升高,兩種工質(zhì)的制冷循環(huán)的COP緩慢上升;Δξ約呈直線關(guān)系上升,f和qt則呈雙曲線關(guān)系下降。從圖中我們還可以看出,在溴化鋰水溶液中加入硝酸鋰后,各熱力參數(shù)均有不同程度的改善。2雙效吸收冷卻能耗的比較2.1熱力計(jì)算—循環(huán)的熱力計(jì)算以581kW(50萬(wàn)kcal/h)直燃溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組為例,假定循環(huán)為稀溶液先進(jìn)高壓發(fā)生器的串聯(lián)流程。在蒸發(fā)溫度te為5℃,冷凝溫度tc為40℃,且溶液在高壓發(fā)生器中受煙氣加熱后出口溫度tg1為152℃的工況下,對(duì)水—溴化鋰—硝酸鋰系統(tǒng)和水—溴化鋰系統(tǒng)分別進(jìn)行熱力計(jì)算。因?yàn)殇寤囁芤涸诟邷叵率芙Y(jié)晶條件的限制,濃溶液的濃度不能過(guò)高,在循環(huán)的熱力計(jì)算中取濃度上限為62%,而水—溴化鋰—硝酸鋰溶液則可大大超過(guò)該限制。熱力計(jì)算的結(jié)果如表1所示。由表1可知,加入硝酸鋰后,直燃型雙效制冷循環(huán)的熱力性能有明顯的提高,熱力系數(shù)COP提高32%,循環(huán)倍率f降低12%,溶液換熱器的熱負(fù)荷Qt減少28%。2.2直燃雙效制冷循環(huán)溶液換熱器熱負(fù)荷圖5給出了這兩種工質(zhì)的直燃雙效制冷循環(huán)的熱力系數(shù)COP隨高壓發(fā)生溫度tg1的變化曲線。圖6給出了兩種工質(zhì)的直燃雙效制冷循環(huán)的溶液換熱器的熱負(fù)荷Qt與高壓發(fā)生溫度tg1的關(guān)系曲線。因此,采用新工質(zhì)水—溴化鋰—硝酸鋰后,直燃型雙效制冷循環(huán)的熱力系數(shù)COP提高30%～32%,溶液熱交換器的熱負(fù)荷降低約28%～30%,熱力系數(shù)的提高對(duì)制冷循環(huán)的改善是不言而喻的,而溶液熱交換器熱負(fù)荷的降低則意味著熱交換器的換熱面積可減少。3硝酸鋰系統(tǒng)熱力性能對(duì)比從前面的計(jì)算結(jié)果與性能曲線的比較,我們可得出以下結(jié)論:(1)處于相同的工作條件下,無(wú)論是單效、雙效制冷系統(tǒng),在溴化鋰水溶液中加入硝酸鋰后,系統(tǒng)的熱力系數(shù)COP均有較明顯的提高。由性能曲線可知,采用水—溴化鋰—硝酸鋰新工質(zhì)后,與水—溴化鋰相比,對(duì)于單效制冷循環(huán),熱力系數(shù)COP提高2%～9%;對(duì)于直燃型雙效制冷循環(huán),熱力系數(shù)COP提高30%～32%。(2)對(duì)于單效及直燃型雙效制冷循環(huán),加入硝酸鋰后系統(tǒng)的溶液熱交換器的熱負(fù)荷qt明顯下降,而熱負(fù)荷的大小直接影響傳熱面積;溶液的循環(huán)倍率f和放氣范圍均有所改善;而且加入硝酸鋰后能有效擴(kuò)大工作范圍。對(duì)于單效制冷系統(tǒng),最佳發(fā)生溫度提高7～24℃,最高熱力系數(shù)提高1%～18%;對(duì)于雙效循環(huán),由于腐蝕性和結(jié)晶條件的限制,水—溴化鋰工質(zhì)的工作溫度范圍限于170℃以下,而新工質(zhì)水—溴化鋰—硝酸鋰則適用于200～400℃高溫區(qū)域。所以,三元工質(zhì)水—溴化鋰—硝酸鋰與傳統(tǒng)工質(zhì)水—溴化鋰相比,具有較好的熱力性能,適用于單、雙效制冷系統(tǒng),特別是在直燃型雙效機(jī)組中具有明顯的