第六章 溴化鋰吸收式冷熱水機組

1、LOGO第六章 溴化鋰吸收式冷熱水機組LOGO6.1 吸收式制冷和熱泵的基本概念氣體制冷劑回復到液體狀態(tài)氣體制冷劑回復到液體狀態(tài)制冷劑蒸發(fā)制冷劑蒸發(fā)吸收熱量制冷吸收熱量制冷（利用吸收方式）（利用吸收方式）工作原理工作原理LOGO 吸收式制冷利用溶液在一定條件下能析出低沸點組分的蒸氣，在另一種條件下又能吸收低沸點組分這一特性完成制冷循環(huán)。 目前吸收式制冷機多用二元溶液，習慣上稱低沸點組分為制冷劑制冷劑，高沸點組分為吸收劑吸收劑。LOGO吸收式與蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的比較 (a)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)；(b)吸收式制冷循環(huán)相對于壓縮機LOGO整個系統(tǒng)包括整個系統(tǒng)包括兩個回路：兩個回路： 制冷劑回路制冷劑

2、回路 溶液回路溶液回路吸收式吸收式制冷制冷是利是利用工質(zhì)對的質(zhì)量用工質(zhì)對的質(zhì)量分數(shù)變化，完成分數(shù)變化，完成制冷劑的循環(huán)，制冷劑的循環(huán)，因而被稱為因而被稱為吸收吸收式制冷式制冷。LOGO發(fā)生器和冷凝器（高壓側(cè)）與蒸發(fā)器和吸收器（低壓側(cè)）之間的壓差通過安裝在相應管道上的膨脹閥或其它節(jié)流機構(gòu)來保持。在溴化鋰吸收式制冷機中，這一壓差相當小，一般只有6.58kPa，因而采用U U型型管管、節(jié)流短管節(jié)流短管或節(jié)流節(jié)流小孔小孔即可。LOGO發(fā)生器發(fā)生器 generator吸收式制冷機中，通過加熱析出制冷劑的設備。吸收器吸收器 absorber吸收式制冷機中，通過濃溶液吸收劑在其中噴霧以吸收來自蒸發(fā)器的制冷劑

3、蒸氣的設備。LOGO 綜上所述，溴化鋰吸收式制冷機的工作過程可分為兩個部分：(1)制冷劑循環(huán)制冷劑循環(huán) 發(fā)生器中產(chǎn)生的冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝成冷劑水，經(jīng)U形管進入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應。這些過程與蒸氣壓縮式制冷循環(huán)在冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器中所產(chǎn)生的過程完全相同； (2)溶液循環(huán)溶液循環(huán) 發(fā)生器中流出的濃溶液降壓后進入吸收器，吸收由蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷劑蒸氣，形成稀溶液，用泵將稀溶液輸送至發(fā)生器，重新加熱，形成濃溶液。這些過程的作用相當于蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中壓縮機所起的作用。LOGO思考：思考：壓縮式壓縮式與吸收式制冷的異同？與吸收式制冷的異同？ 共同點：共同點：高壓制冷劑蒸氣在冷凝器中冷

4、凝高壓制冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝后，經(jīng)節(jié)流元件節(jié)流，溫度和壓力降低，低溫、后，經(jīng)節(jié)流元件節(jié)流，溫度和壓力降低，低溫、低壓液體在蒸發(fā)器內(nèi)汽化，實現(xiàn)制冷。低壓液體在蒸發(fā)器內(nèi)汽化，實現(xiàn)制冷。不同點：不同點：v消耗的能量不同消耗的能量不同蒸發(fā)壓縮式制冷機消耗機械功，吸收式制冷機消耗的是熱能。蒸發(fā)壓縮式制冷機消耗機械功，吸收式制冷機消耗的是熱能。v吸收制冷劑蒸氣的方式不同吸收制冷劑蒸氣的方式不同利用液體蒸發(fā)連續(xù)不斷地制冷時，需不斷地在蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生蒸利用液體蒸發(fā)連續(xù)不斷地制冷時，需不斷地在蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生蒸氣。蒸氣壓縮式用壓縮機吸收此蒸氣，吸收式制冷機用吸收劑氣。蒸氣壓縮式用壓縮機吸收此蒸氣，吸收式制冷機用吸收

5、劑在吸收器內(nèi)吸取制冷劑蒸氣。在吸收器內(nèi)吸取制冷劑蒸氣。LOGOv將低壓制冷劑蒸氣變?yōu)楦邏褐评鋭┱魵鈺r采取的方式不同將低壓制冷劑蒸氣變?yōu)楦邏褐评鋭┱魵鈺r采取的方式不同蒸氣壓縮式制冷機通過原動機驅(qū)動壓縮機完成，吸收式制冷機蒸氣壓縮式制冷機通過原動機驅(qū)動壓縮機完成，吸收式制冷機則是通過吸收器、溶液泵、發(fā)生器和節(jié)流閥完成。則是通過吸收器、溶液泵、發(fā)生器和節(jié)流閥完成。v提供的冷源溫度不同提供的冷源溫度不同蒸氣壓縮式制冷可以提供蒸氣壓縮式制冷可以提供0以下的低溫冷源，應用范圍廣泛；以下的低溫冷源，應用范圍廣泛；而吸收式制冷一般只能而吸收式制冷一般只能制取制取0以上的冷水以上的冷水，多用于空調(diào)系多用于空調(diào)系

6、統(tǒng)。統(tǒng)。v工質(zhì)不同工質(zhì)不同壓縮式制冷壓縮式制冷吸收式制冷吸收式制冷單組分單組分或多或多組分工質(zhì)組分工質(zhì)雙組分雙組分工質(zhì)對工質(zhì)對溴化鋰溴化鋰水水氨水氨水吸收劑吸收劑 制冷劑制冷劑高沸點組分低沸點組分LOGO總結(jié)：總結(jié)：(1)(1)可以利用各種熱能可以利用各種熱能（蒸氣、廢熱、余（蒸氣、廢熱、余熱、燃油、燃氣等）熱、燃油、燃氣等）驅(qū)動驅(qū)動；(2)(2)可以大量節(jié)約用電可以大量節(jié)約用電；(3)(3)結(jié)構(gòu)簡單，運動部件少，安全可靠結(jié)構(gòu)簡單，運動部件少，安全可靠；(4)(4)對環(huán)境和大氣臭氧層無害對環(huán)境和大氣臭氧層無害。LOGO評價指標：評價指標：吸收式制冷機所消耗的能量主要是熱能，制冷劑的性能系數(shù)（熱

7、力系數(shù) ）作為其經(jīng)濟性評價指標。性能系數(shù)性能系數(shù)COP是吸收式制冷機所制取的制冷量Qe與發(fā)生器消耗的熱量Qg與溶液泵消耗的功率Wp兩者代數(shù)和之比：egpgQQCOPQWQ吸收式熱泵的制熱性能系數(shù)制熱性能系數(shù)COPh是吸收器和冷凝器釋放的總熱量與發(fā)生器消耗的熱量Qg與溶液泵消耗的功率Wp兩者代數(shù)和之比：achhggQQQCOPQQacgeQQQQh1COPCOP LOGO理想吸收式制冷的性能系數(shù)理想吸收式制冷的性能系數(shù)設高溫熱源溫度為T1，低溫熱源溫度為T2，環(huán)境溫度為Ts。吸收式制冷機的熱力循環(huán)過程中分別與三個熱源進行能量交換。gaceiss21QQQQSTTT0 由于Qa+Qc=Qg+Qe1

8、sg1TTQTs2e2TTQTegQCOPQ2s2TTT1s1TTT 2ths2TCOPTT1s1TTT理想吸收式制冷機，等號成立2s2TTT1s1TTTthcCOPCOP是Ts、T2間逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)COPc；是T1、Ts間卡諾循環(huán)的熱效率c。 c LOGO溴化鋰水溶液的熱力性質(zhì)圖溴化鋰水溶液的熱力性質(zhì)圖溴化鋰水溶液水是制冷劑，溴化鋰是吸收劑溴化鋰水溶液的壓力飽和溫度圖純水的壓力飽和溫度關系純水的壓力飽和溫度關系結(jié)晶線結(jié)晶線溴化鋰溶液沸騰時，只有水被汽化，故溶液的蒸氣壓為水蒸氣的分壓。由圖可知：一定溫度下，溶液的水蒸氣飽和分壓力低于純水的飽和分壓力，并且濃度越高，分壓力越低。結(jié)晶線表明在不

9、同溫度下的飽和濃度。溫度越低，飽和濃度也越低。溴化鋰溶液的濃度過高或溶液溫度過低均易形成結(jié)晶。（機組運行時應防止發(fā)生結(jié)晶機組運行時應防止發(fā)生結(jié)晶）（一）溴化鋰水溶液的壓力飽和溫度圖LOGO（二）溴化鋰水溶液的比焓濃度圖飽和液態(tài)和過冷液態(tài)的比焓在h圖上可根據(jù)等溫線和等濃度線的交點確定。在溴化鋰溶液的h圖上只有液相區(qū)，氣態(tài)為純水蒸汽，集中在0的縱軸上。由于平衡時氣液同溫度，可通過某等壓輔助線等壓輔助線和等焓線交點確定。當壓力較低壓力較低時，壓力對液體的比焓對液體的比焓和混合熱的影響很小和混合熱的影響很小，可認為溶液的比焓只是溫度和濃度的函數(shù)。溴化鋰水溶液的比焓濃度圖等溫液線等溫液線等壓飽和液液線等

10、壓飽和液液線LOGO6.2 單效溴化鋰吸收式制冷機流程與結(jié)構(gòu)特點流程與結(jié)構(gòu)特點流程冷凝器、發(fā)生器蒸發(fā)器、吸收器LOGO結(jié)構(gòu)形式C-冷凝器、G-發(fā)生器E-蒸發(fā)器、A-吸收器LOGO溴化鋰吸收式制冷機的主要附加措施溴化鋰吸收式制冷機的主要附加措施 1. 防腐蝕問題防腐蝕問題 溴化鋰水溶液對一般金屬有腐蝕作用，尤其在有空氣存溴化鋰水溶液對一般金屬有腐蝕作用，尤其在有空氣存在的情況下腐蝕更為嚴重。在的情況下腐蝕更為嚴重。 2. 抽氣設備抽氣設備 定期抽氣系統(tǒng)自動抽氣裝置 LOGO3. 防止結(jié)晶問題防止結(jié)晶問題 結(jié)晶現(xiàn)象一般先發(fā)生在溶液熱交換器的濃溶液側(cè)，因為結(jié)晶現(xiàn)象一般先發(fā)生在溶液熱交換器的濃溶液側(cè)，

11、因為此外溶液濃度最高，溫度較低，通路窄小。發(fā)生結(jié)晶后，濃此外溶液濃度最高，溫度較低，通路窄小。發(fā)生結(jié)晶后，濃溶液通路被阻塞，引起吸收器液位下降，發(fā)生器液位上升，溶液通路被阻塞，引起吸收器液位下降，發(fā)生器液位上升，直到制冷機不能運行。直到制冷機不能運行。 為解決熱交換器濃溶液側(cè)的結(jié)晶問題，在發(fā)生器中設有為解決熱交換器濃溶液側(cè)的結(jié)晶問題，在發(fā)生器中設有濃溶液溢流管，或稱防晶管。濃溶液溢流管，或稱防晶管。 4. 制冷量的調(diào)節(jié)制冷量的調(diào)節(jié) 吸收式制冷機的制冷量一般是根據(jù)蒸發(fā)器出口被冷卻介質(zhì)吸收式制冷機的制冷量一般是根據(jù)蒸發(fā)器出口被冷卻介質(zhì)的溫度，用的溫度，用改變加熱介質(zhì)流量改變加熱介質(zhì)流量和和稀溶液循

12、環(huán)量稀溶液循環(huán)量的方法進行調(diào)節(jié)的方法進行調(diào)節(jié)的。用這種方法可以實現(xiàn)在的。用這種方法可以實現(xiàn)在10100范圍內(nèi)制冷量的無級調(diào)范圍內(nèi)制冷量的無級調(diào)節(jié)。節(jié)。 LOGO理論循環(huán)在理論循環(huán)在h-h-圖上的表示圖上的表示溶液循環(huán)過程：（1 1）稀溶液的加壓稀溶液的加壓1-2和預熱過程和預熱過程2-3。（2）蒸汽發(fā)生過程）蒸汽發(fā)生過程3-4-5。 （3）濃溶液冷卻）濃溶液冷卻5-6與節(jié)流與節(jié)流 6-7。（4）吸收過程）吸收過程 718891。 濃與稀溶液的混合、加壓噴淋和吸收過程LOGO冷劑水循環(huán)過程：（1）冷凝過程）冷凝過程10-11。（2）節(jié)流和蒸發(fā)過程）節(jié)流和蒸發(fā)過程 11-12-12-13-14。冷

13、劑水節(jié)流、加壓、噴淋和蒸發(fā)過程。LOGO熱力計算熱力計算（1）制冷量eQ（kW）ereQM qe1412qhh（2）冷凝器熱負荷cQ（kW）crcQM qc1011qhh（3）循環(huán)倍率與溶液流量w,sMws,sMs設稀溶液流量（kg/s），濃度為濃溶液流量（kg/s），濃度為w,ss,srMMMw,sws,ssw,srs()MMMMw,ssrswMaMa稱為循環(huán)倍率 LOGO（4）吸收器熱負荷aQ（kW）as,s6w,s 1r14QM hMhM haa61146r()Qqa hhhhM（5）發(fā)生器熱負荷gQ（kW）gr10s,ssw,s3QM hMhMhgg53105r()Qqa hhhhM（

14、6）溶液熱交換器負荷h,eQ（kW）h,ew,s32s,s56()()QMhhMhhh,eh,e3256r()(1)()Qqa hhahhMLOGO（7）制冷性能系數(shù)e141253105g()QhhCOPa hhhhQ（8）吸收式熱泵供熱量hQ（kW）hcarcah611410611()()QQQMqqqa hhhhhh 吸收式熱泵制熱性能系數(shù)611410611hh53105g()()a hhhhhhQCOPa hhhhQLOGO6.3 單效溴化鋰吸收式制冷機的性能與調(diào)節(jié)性能的影響因素性能的影響因素（1）工作蒸汽壓力對性能的影響 當工作蒸汽壓力升高，而其他條件不變，這時將導致溶液的溫度升高，蒸

15、汽發(fā)生量增加，發(fā)生器出口濃溶液濃度增加，冷凝器熱負荷也增加；但由于冷卻水進入機組的流量、溫度不變，必然導致冷凝壓力有所升高。在吸收器內(nèi)，濃溶液吸收蒸汽的能力增加，吸收器的熱負荷增加，因冷卻水流量及進水溫度不變，導致吸收器出口冷卻水溫度升高，而使稀溶液的溫度升高。雖然工作蒸汽壓力的提高對溴化鋰吸收式制冷機的制冷量和性能系數(shù)的提高都有利，但太高的溫度，濃溶液濃度太大，容易發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象。因此，單效溴化鋰吸收式制冷機的工作蒸汽壓力一般控制在0.020.1Mpa（表壓）；熱水溫度控制在90150范圍內(nèi)。LOGO（2）冷卻水溫與流量對性能的影響 當冷卻水溫度降低，而其他條件不變時，將使吸收器內(nèi)溶液溫度下降

16、，吸收能力增強，則導致蒸發(fā)器內(nèi)壓力下降，蒸發(fā)量（制冷量）增加。雖然冷卻水溫度下降，對溴化鋰吸收式制冷機性能提高有利，但太低的冷卻水溫度導致溶液熱交換器濃溶液出口溫度太低而可能發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象。（3）冷凍水溫與流量對性能的影響 當空調(diào)負荷變化時，制冷劑冷凍水進口溫度將發(fā)生變化。如果空調(diào)冷負荷減少，則冷凍水回到制冷機的溫度將降低，蒸發(fā)器傳熱溫差減小，導致蒸發(fā)量減少。冷凍水溫度下降，制冷量減??；性能系數(shù)降低。冷凍水流量增加，制冷量變化不大。 冷卻水溫度下降，制冷量增加；性能系數(shù)升高。冷卻水流量增加，其影響與水溫下降一樣。LOGO（4）其他因素的影響 冷卻水、冷凍水水質(zhì)不凝性氣體 冷劑水中溴化鋰的含量 表

17、面活性劑 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)（1）工作蒸汽調(diào)節(jié)法 （2）凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)法 （3）冷卻水流量調(diào)節(jié)法 （4）稀溶液流量調(diào)節(jié)法LOGO6.4 雙效溴化鋰吸收式制冷機提高高溫熱源的溫度，可以提高溴化鋰吸收式制冷機的性能。然而為了防止結(jié)晶，又限制了熱源溫度不能太高。如果工作蒸汽壓力過高，就必須減壓后應用-雙效溴化鋰吸收式制冷機流程與結(jié)構(gòu)特點流程與結(jié)構(gòu)特點串聯(lián)雙效溴化鋰吸收式制冷劑流程串聯(lián)雙效溴化鋰吸收式制冷劑流程溶液串聯(lián)循環(huán)：稀溶液高壓發(fā)生器低壓發(fā)生器。結(jié)構(gòu)形式：三筒結(jié)構(gòu)，雙筒結(jié)構(gòu)。LOGO并聯(lián)雙效溴化鋰吸收式制冷劑流程并聯(lián)雙效溴化鋰吸收式制冷劑流程溶液并聯(lián)循環(huán)：稀溶液分別送入高壓發(fā)生器和低壓發(fā)生器 LOGO理論

18、循環(huán)在理論循環(huán)在h-h-圖上的表示圖上的表示溶液循環(huán)過程：稀溶液（稀溶液（1-21-2發(fā)生器泵加壓）分兩路：發(fā)生器泵加壓）分兩路：（1 1）2-3-5-6-72-3-5-6-7（2 2）2-8-9-10-11-12-132-8-9-10-11-12-13兩路返回的濃溶液（兩路返回的濃溶液（7 7和和1313狀態(tài)點）和狀態(tài)點）和的稀溶液（的稀溶液（1 1狀態(tài)點）混合（狀態(tài)點）混合（1414狀態(tài)狀態(tài)點），經(jīng)泵加壓（點），經(jīng)泵加壓（1515狀態(tài)點），噴淋狀態(tài)點），噴淋在吸收器傳熱管束上，吸收蒸發(fā)器的在吸收器傳熱管束上，吸收蒸發(fā)器的冷劑蒸汽后成為狀態(tài)冷劑蒸汽后成為狀態(tài)1 1的稀溶液。的稀溶液。LOGO

19、冷劑水循環(huán)過程：（1 1）蒸汽冷凝）蒸汽冷凝16-17。（2）冷凝器閃發(fā)）冷凝器閃發(fā)17-（18或或19）-18。 （3）節(jié)流、蒸發(fā)）節(jié)流、蒸發(fā)18-20 （20飽和水和飽和水和20蒸汽）蒸汽）。LOGO性能性能工作蒸汽、冷卻水和冷媒水參數(shù)的影響與單效制冷機相似。制冷量、性能系數(shù)與工作蒸汽壓力的關系制冷量與冷卻水進口溫度、冷媒水出口溫度的關系LOGO制冷量與冷卻水流量的關系制冷量與冷媒水流量的關系LOGO6.5 直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組制冷工況冷劑水循環(huán)同雙效溴機相同。制冷工況溶液循環(huán)：HG（中間濃度溶液）HHELG（濃溶液）LHEA（稀溶液）LHEHHEHG制熱工況冷劑水流程：HGV2A

20、E制熱工況溶液循環(huán)：()EA冷劑水SPHGV1A LOGO另設熱水器的直燃機同時制冷、制熱直燃機消耗燃料的發(fā)熱量 fQ（kW），獲得制冷量 eQ（kW）或制熱量 hQ，性能系數(shù)分別為efp/()COPQQWhhfp/()COPQQW溶液泵消耗的功率一般很小，可忽略不計。 LOGO直燃吸收式溴化鋰冷溫直燃吸收式溴化鋰冷溫水機，我們稱之為水機，我們稱之為“直燃直燃機機”，是直接燃燒天然氣、，是直接燃燒天然氣、煤氣、液化石油氣，煤氣、液化石油氣，柴油作能源，以水柴油作能源，以水/ /溴溴化鋰作介質(zhì)的冷熱源設化鋰作介質(zhì)的冷熱源設備。由于直燃機不以電備。由于直燃機不以電為能源（只需極少的電為能源（只需極

21、少的電作循環(huán)輔助動力），并作循環(huán)輔助動力），并具有制冷、采暖、衛(wèi)生具有制冷、采暖、衛(wèi)生熱水功能，可以大幅度熱水功能，可以大幅度削減電力投資和供熱設削減電力投資和供熱設備投資。在電空調(diào)廣泛備投資。在電空調(diào)廣泛采用的國家和地區(qū)，直采用的國家和地區(qū)，直燃機更能削減夏季峰值燃機更能削減夏季峰值電力、填補夏季燃氣低電力、填補夏季燃氣低谷的綜合經(jīng)濟效益，對谷的綜合經(jīng)濟效益，對于電力行業(yè)及燃燒行業(yè)于電力行業(yè)及燃燒行業(yè)健康發(fā)展都具有舉足輕健康發(fā)展都具有舉足輕重的影響。重的影響。世 界 首 臺 直 燃 機 1 9 6 8 年 在 日 本 誕 生 ， 從 1 9 8 0年 起 成 為 日 本 、 韓 國 等 國

22、的 主 要 空 調(diào) 設 備 ，占有該國中央空調(diào)市場80%以上的份額。遠大1992年開發(fā)成功中國首臺直燃機，1996年成為全球直燃機產(chǎn)銷量最大的企業(yè)，至2002年已出口20余個國家，在 中 、 美 等 國 市 場 占 有 率 為 同 行 之 首 。LOGO6.6 吸收式熱泵第一類吸收式熱泵第一類吸收式熱泵利用高溫熱源，把低溫熱源的熱能提高到中溫的熱泵系統(tǒng)，它是同時利用吸收熱和冷凝熱以制取中溫熱水的吸收式制冷機。這種熱泵以增加熱量為目的，故又稱為增熱型吸收式熱泵。低溫熱源高溫熱源輸出熱源輸出熱源LOGO第二類吸收式熱泵第二類吸收式熱泵利用中溫廢熱和發(fā)生器形成驅(qū)動熱源系統(tǒng)，同時還利用中溫廢熱和蒸發(fā)器

23、構(gòu)成熱源系統(tǒng)，在吸收器中制取溫度高于中溫廢熱的熱水的熱泵系統(tǒng)。這種熱泵以升溫為目的，故又稱為熱變換器。高溫熱源輸出熱源低溫熱源輸出熱源LOGO第二類吸收式熱泵第二類吸收式熱泵 由于冷凝壓力低于蒸發(fā)壓力，所以，需由溶液泵P將濃溶液從發(fā)生器送至吸收器，而冷劑水需用冷劑水泵P 將其從冷凝器送至蒸發(fā)器。 當有510的低溫水(如冬季)作為冷卻水時，這種機型可利用較低溫度(如70 )的中溫廢熱水作發(fā)生器和蒸發(fā)器的熱源，使較高溫度的水在吸收器內(nèi)升溫(95100 )，其熱力系數(shù)約0.5。冷凝器中的冷卻水溫度越低，所得到的高溫水溫度越高。低溫冷卻水LOGO溶液循環(huán) ：A（稀溶液）HEG（濃溶液）SPHEA冷劑水循環(huán)：GRPE（蒸汽）AgeacQQQQahgeQCOPQQecQQagQQCOP 根據(jù)熱平衡有 0.5由于LOGO溶液循環(huán)過程：（1 1）溶液泵加壓過程）溶液泵加壓過程1-21-2。（2 2）濃溶液在熱交換器中的加熱過程）濃溶液在熱交換器中的加熱過程2-32-3。（3 3）濃溶液進入吸收器后溫度升高到飽和）濃溶液進入吸收器后溫度升高到飽和溫度后的吸收過程溫度后的吸收過程3-4-53-4-5。（4 4）稀溶液在熱交換器中的冷