溴化鋰吸收式制冷機(jī)排熱性能分析

溴化鋰吸收式制冷機(jī)排熱性能分析

1溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)在我國的應(yīng)用情況由于溴化電池吸收式冷水機(jī)利用能耗為驅(qū)動源，其制劑（水）和吸收劑（溴化電池溶液）對層均沒有污染，認(rèn)為與環(huán)境友好。而作為限制氟氯烴化合物使用的取代制冷機(jī)之一,得到了進(jìn)一步的發(fā)展。特別是隨著天然氣能源在我國能源中的比例不斷增加,燃?xì)饪照{(diào)的不斷發(fā)展,溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)的發(fā)展近年來更呈上升的勢頭。據(jù)中國冷凍空調(diào)協(xié)會統(tǒng)計2004年我國蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)生產(chǎn)1311臺套,較2003年增加24.5%;直燃型溴化鋰吸收式制冷機(jī)生產(chǎn)4234臺套,較2003年增加52%。溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)的主要性能指標(biāo)是性能參數(shù),根據(jù)我國GB/T18431-2001“蒸汽和熱水型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組”的標(biāo)準(zhǔn),以及日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISB8622-2002“吸收式冷凍機(jī)”,美國空調(diào)和制冷學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)ARⅡ560“吸收式冷凍機(jī)”規(guī)定:無論單效或雙效、多效溴化鋰吸收式制冷機(jī),性能系數(shù)定義為“供給制冷機(jī)的熱源能量和產(chǎn)生的制冷能力(加熱能力)的比”。性能系數(shù)表示了制冷機(jī)能量消耗的程度,因此是衡量制冷機(jī)性能的主要參數(shù)。其供給制冷機(jī)的熱源熱量還包括冷劑泵、溶液泵及其它耗電設(shè)備的能量。因為所占比例較小,約在小數(shù)點后三位的范圍內(nèi),暫略不計。但在評論直燃型溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)組與蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的性能系數(shù)上存有一定的差異。2提出問題2.1熱熱水機(jī)加熱蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)直燃型與蒸汽型溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)中,熱源加熱量的計算方法不一致。按標(biāo)準(zhǔn)GB/T18431-2001“蒸汽和熱水型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組”,性能系數(shù)按下式計算:式中COP-性能系數(shù);Qc-制冷量,kW;Qi-加熱源耗熱量,kW;A-消耗電功率。在具有絕熱措施時,加熱源耗熱量對蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)按下式計算:式中Ws-蒸汽流量,kg/h;hs1-蒸汽比焓,kJ/kg;hs2-凝結(jié)水比焓,kJ/kg。而在標(biāo)準(zhǔn)GB18362-2001“直燃型溴化鋰吸收式冷(溫)水機(jī)”中,制冷時性能系數(shù)亦按式(1)計算。在具有絕熱措施時,對直燃型溴化鋰吸收式冷(溫)水機(jī),加熱源耗熱量按下式計算:a)燃?xì)馐街蠾o-燃油流量,kg/h;qo-燃油熱值,kJ/kg?？梢?在計算加熱源耗熱量時,蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組計算的是加入機(jī)組的凈加熱量,即進(jìn)機(jī)組加熱蒸汽的比焓與出機(jī)組蒸汽凝水的比焓差。而直燃型溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)計算的是加入機(jī)組的燃料(氣或油)的總有效發(fā)熱量。其中除加入機(jī)組的凈加熱量外,還包括排出機(jī)組的煙氣排熱量。顯然二者比較的基點并不一致。2.2燃料/氣油總有效發(fā)熱量對熱利用效率的計算在直燃型機(jī)組中高壓發(fā)生器即相當(dāng)于溶液鍋爐,高壓發(fā)生器的熱效率即為溶液鍋爐的熱效率。加入高壓發(fā)生器的有效利用熱量為加入機(jī)組燃料(氣或油)的總有效發(fā)熱量與鍋爐熱效率的乘積。因而以加入機(jī)組燃料(氣或油)的總有效發(fā)熱量為基準(zhǔn)是完全必要的。但對蒸汽型機(jī)組而言,與燃料對應(yīng)的加熱源則是加熱蒸汽,加熱蒸汽的總有效發(fā)熱量是加熱蒸汽的比焓與環(huán)境溫度下蒸汽凝水的比焓差,可見同樣存在熱利用效率,在蒸汽機(jī)組中也可看成是加熱蒸汽的總有效發(fā)熱量與熱利用效率的乘積。該效率的大小取決于凝水出口溫度的高低。2.3凝水熱量的利用、蒸汽型機(jī)組的性能系數(shù)和加熱源的單耗直燃型溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)中,充分利用煙氣的排熱,降低排煙氣溫度,提高鍋爐效率,無疑是提高機(jī)組性能系數(shù)的途徑。排煙氣溫度每下降2℃,鍋爐效率即可升高1%。而在蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組中,充分利用蒸汽凝水的排熱雖可降低機(jī)組的加熱蒸汽單耗,但根據(jù)上述的計算公式(2),隨著凝水熱量的利用,加入機(jī)組的凈加熱量也增加,機(jī)組性能系數(shù)反下降。因此,在蒸汽型機(jī)組中衡量機(jī)組的性能指標(biāo)就不能單看性能系數(shù),更主要的是看加熱源(蒸汽)的單耗。因為此指標(biāo)與用戶的經(jīng)濟(jì)效益直接掛鉤。加熱源的單耗降低,就意味著加熱源量降低和能耗降低,運轉(zhuǎn)費用隨之降低。此種矛盾長期在蒸汽型機(jī)組中存在,以致不能完全用性能系數(shù)來評價機(jī)組的性能指標(biāo)。3蒸汽型機(jī)組的性能系數(shù)與熱熱源量的計算關(guān)系如上所述,現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)計算性能系數(shù)COP時,對直燃型與蒸汽型溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)采用的熱源耗量計算方法是有差異的。造成了蒸汽型機(jī)組性能系數(shù)COP高,蒸汽單耗亦高。筆者進(jìn)行了計算,以加熱蒸汽壓力0.8MPa(表)的飽和蒸汽為加熱源,在冷卻水進(jìn)口溫度32℃、冷水出口溫度7℃、濃度差5.5%為前提,若不采用凝水換熱器,即加熱蒸汽出機(jī)組的凝水溫度174.5℃,此時COP1.39,蒸汽單耗3.54kg/104J(14.8kg/104kcal)。而采用了凝水換熱器,凝水出機(jī)組的溫度降至90℃,此時COP1.32、蒸汽單耗3.15kg/104J(13.2kg/104kcal)。顯然,后者具有較高的經(jīng)濟(jì)性,為用戶節(jié)省了運轉(zhuǎn)費用,是各制冷機(jī)生產(chǎn)廠家采用的方案。但其COP較低,性能系數(shù)與蒸汽單耗的矛盾是不言而喻的。為何在蒸汽型機(jī)組中性能系數(shù)與加熱源(蒸汽)單耗不能統(tǒng)一可從下式說明。若不考慮機(jī)組中的耗電功率,在具有絕熱措施時,加熱源耗熱量也可按下式計算式中Qr-加熱蒸汽潛熱變化時放出的熱量;Qt-蒸汽凝水顯熱變化時放出的熱量。顯然,兩種熱量的品質(zhì)是不一樣的。Qr可視為高品質(zhì)熱量,而Qt為低品質(zhì)熱量,二者加在一起作為比較的變量(直燃型機(jī)組中當(dāng)燃料流量一定時此值為定量)是欠妥當(dāng)?shù)?。特別是,目前為提高空調(diào)制冷用設(shè)備的節(jié)能,已對房間空調(diào)器與風(fēng)冷和水冷冷水機(jī)組制定了能效分等標(biāo)準(zhǔn),其能效等級的考核標(biāo)準(zhǔn)是以性能參數(shù)COP(W/W)為基礎(chǔ)分類的?，F(xiàn)水冷式冷水機(jī)組中,電動壓縮式空調(diào)制冷設(shè)備(包括活塞式、渦旋式、螺桿式、離心式)均已制定了能效等級,而溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)組的能效等級亦將制定。為此,統(tǒng)一直燃型與蒸汽型溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)組的性能系數(shù)計算方法是必要的前提。過去曾認(rèn)為蒸汽型機(jī)組的凝水熱量可由鍋爐回收,不致產(chǎn)生浪費。但實際的情況是回收凝水的機(jī)組并不多?；厥漳脽崴玫墓妮^高,若鍋爐與機(jī)房相距較遠(yuǎn)則更不合算。即使回收凝水,凝水溫度也宜低于90℃。因此建議:3.1在計算蒸汽型機(jī)組COP時,其加熱源總熱量的計算與直燃型機(jī)組相同,即加入機(jī)組的熱量采用熱源(蒸汽)的總發(fā)熱值,定義為:式中:hs3為90℃凝水溫度的比焓,kJ/kg;其余參數(shù)同式(2)。這樣,不管蒸汽機(jī)組中是否加有凝水換熱器,或加有多大的凝水換熱器,該加熱源的總熱量,對于一定品質(zhì)(壓力)的加熱蒸汽(hs1-hs3)是不變的。這就避免了蒸汽型機(jī)組中不采用凝水換熱器性能系數(shù)反上升的矛盾。3.2從理論上分析,hs3應(yīng)為環(huán)境溫度下凝水的比焓。環(huán)境溫度一般在40℃左右。本文采用90℃溫度的原因,一是因為現(xiàn)大多數(shù)制冷機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的凝水排出溫度均在90℃左右;二是因為即使凝水回鍋爐循環(huán)使用,在凝水溫度低于90℃為宜。4性能系數(shù)cop與蒸汽單耗的統(tǒng)一4.1在蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組中,一直存在性能系數(shù)與蒸汽單耗不能統(tǒng)一的矛盾。即機(jī)組不利用蒸汽凝水的性能系數(shù)高,但蒸汽單耗大,運轉(zhuǎn)費用增加;利用蒸汽凝水,機(jī)組的蒸汽單耗減小,運轉(zhuǎn)費用降低,但性能系數(shù)也降低。因此,長期以來在蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組中,比較習(xí)慣于以加熱蒸汽的單耗來評價機(jī)組能耗的高低,而避免采用性能系數(shù)COP。但在即將制訂的溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的能效等級標(biāo)準(zhǔn)中,均以性能系數(shù)COP作為衡量能效等級的指標(biāo)。因此,求得性能系數(shù)COP與蒸汽單耗的統(tǒng)一是必要的。本文分析了產(chǎn)生這種矛盾的原因,主要在于計算其性能系數(shù)COP中的加熱量時,采用的計算方法直燃型與蒸汽型有差異而致。4.2本文提出了統(tǒng)一直燃型與蒸汽型溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)計算性能系數(shù)COP的設(shè)想。在國內(nèi)外現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中,計算溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)性能系數(shù)COP時,加入機(jī)組的熱量采用了熱源(燃料)的總發(fā)熱值,即包括被機(jī)組有效利用的熱量與未被機(jī)組利用的熱量;而在計算蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組性能系數(shù)COP時,加入機(jī)組的熱量采用了熱源(蒸汽)時有效加熱量,不包括未被機(jī)組利用、排出機(jī)組的熱量