吸收噴射復(fù)合制冷與雙效吸收式制冷系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性比較

吸收噴射復(fù)合制冷與雙效吸收式制冷系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性比較

z設(shè)備投資，元朝。A傳熱面積,m2B設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間,hW功率,kWCele電價(jià),元/(kW·h)Bc年度總成本,元/aβ相對(duì)價(jià)格比ξ鍋爐的熱效率ˉhhˉ燃料的熱值,kJ/kgCop性能系數(shù)Cgas天然氣價(jià)格,元/N·m3Q設(shè)備熱負(fù)荷,kWGgas天然氣流量,N·m3/s下標(biāo)hg高壓發(fā)生器lg低壓發(fā)生器g發(fā)生器a吸收器c冷凝器e蒸發(fā)器ct冷卻塔ej噴射器pump溶液泵及循環(huán)水泵fan軸流風(fēng)機(jī)hex高溫溶液熱交換器lex低溫溶液熱交換器ex溶液熱交換器hyb三壓吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)dou雙效吸收式制冷循環(huán)作為制冷設(shè)備,其商業(yè)應(yīng)用前景取決于綜合的熱經(jīng)濟(jì)性能.研究表明,吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)的性能系數(shù)Cop比一般的單效吸收式高30%～60%,顯示出較好的工程應(yīng)用前景.本文對(duì)三壓吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)與小型雙效吸收式制冷循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性能等方面進(jìn)行了研究,并分析了小型三壓吸收?噴射復(fù)合制冷系統(tǒng)的應(yīng)用前景.1計(jì)算方法的驗(yàn)證圖1是串聯(lián)方式的雙效吸收式制冷循環(huán)原理圖.圖2是三壓吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)原理圖,為了便于比較,假設(shè)兩種流程均采用LiBr?H2O工質(zhì)對(duì),溶液的總濃度差ΔX=0.055,而設(shè)計(jì)工況的制冷量Q0=30kW,發(fā)生溫度tg=170℃,冷凝溫度tc=42℃,蒸發(fā)溫度te=7℃,吸收溫度ta=40℃,溶夜熱交換器效率η=0.9,兩系統(tǒng)的熱交換設(shè)備對(duì)外無(wú)熱損失.同時(shí),假設(shè)雙效吸收式制冷機(jī)組低壓發(fā)生器的熱平衡相對(duì)誤差小于10%.根據(jù)文獻(xiàn)提出的計(jì)算方法,分別對(duì)兩流程進(jìn)行計(jì)算,得到了圖3的計(jì)算曲線.計(jì)算結(jié)果表明如下.(1)雙效吸收式制冷循環(huán)利用高溫高壓的冷劑蒸汽直接加熱經(jīng)高溫溶液熱交換器降溫的濃溶液,并再次生成二次冷劑蒸汽,使高溫高壓的一次冷劑蒸汽的顯熱、潛熱得到了充分的利用,而吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)則利用它引射低壓蒸汽,噴射器出口混合氣體為過(guò)熱態(tài).兩者利用較高品位的一次蒸汽形式的不同,導(dǎo)致系統(tǒng)■效率的不同.經(jīng)計(jì)算,前者為26.18%;后者為19.64%.噴射器的■損失占整個(gè)吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)系統(tǒng)■損失的37.4%.因此,在利用高溫高壓蒸汽的顯熱、潛熱方面,雙效吸收式制冷循環(huán)比吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)更有效.(2)雙效吸收式制冷循環(huán)理論計(jì)算的性能系統(tǒng)Cop略高于吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)系統(tǒng),如圖3所示.理論計(jì)算表明,Cop的差別在于低溫稀溶液進(jìn)入高溫發(fā)生器前進(jìn)行了兩次加熱,溫度高達(dá)154℃,而吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)的稀溶液在進(jìn)入發(fā)生器前的溫度僅為138℃(te=7℃).(3)與吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)相比,雙效吸收式制冷循環(huán)的溶液熱交換器熱負(fù)荷增加50%左右,主要原因是增加了低溫溶液熱交換器.另外,由于小型化設(shè)計(jì)(制冷量小于30kW),使各換熱器的無(wú)效面積比例增大,更增加了雙效吸收式制冷機(jī)的投資費(fèi)用.由圖1、圖2及以上分析可知,與雙效系統(tǒng)相比,三壓吸收?噴射復(fù)合系統(tǒng)減少了低壓發(fā)生器、低溫溶液熱交換器,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,初投資小,性能系統(tǒng)略小于雙效系統(tǒng),而后者則相反.因此,對(duì)于兩種系統(tǒng)的優(yōu)劣,需要用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析.2軸流風(fēng)機(jī)的投資在進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析時(shí),以年度總成本為目標(biāo),年度總成本包括年度化了的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用.系統(tǒng)初投資包括各種換熱設(shè)備、噴射器、溶液泵和冷卻塔用軸流風(fēng)機(jī)的投資;運(yùn)行費(fèi)用主要是熱源費(fèi)用、冷卻水費(fèi)用及電費(fèi).冷卻水采用閉式循環(huán)空氣冷卻,因水蒸氣揮發(fā)而損失的冷卻水只占總量的很小一部分,因而冷卻水費(fèi)用可略去不計(jì).因此,運(yùn)行費(fèi)用集中于溶液泵、冷卻水循環(huán)泵和軸流風(fēng)機(jī)所需的電費(fèi)以及熱源方面.2.1主要傳熱形式利用余熱等低品位能源作熱源是節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑之一.如果認(rèn)為余熱成本為零,則雙效吸收式制冷系統(tǒng)和三壓吸收?噴射復(fù)合制冷系統(tǒng)的年度總成本可表示為BCdou=δ(Ζhg+Ζlg+Ζhex+Ζlex+Ζc+Ζe+Ζa+Ζpump+Ζfan+Ζct)+CeleB(Wpump+Wfan)(1)BChyb=δ(Ζg+Ζex+Ζe+Ζc+Ζa+Ζej+Ζct+Ζpump+Ζfan)+CeleB(Wpump+Wfan)(2)BCdou=δ(Zhg+Zlg+Zhex+Zlex+Zc+Ze+Za+Zpump+Zfan+Zct)+CeleB(Wpump+Wfan)(1)BChyb=δ(Zg+Zex+Ze+Zc+Za+Zej+Zct+Zpump+Zfan)+CeleB(Wpump+Wfan)(2)又因?yàn)閲娚浔玫耐顿Y遠(yuǎn)低于換熱器的投資,故式(2)可略去Zej不計(jì).上兩式中δ=i(1+i)n/[(1+i)n-1](3)Ζ=p+qAr(4)δ=i(1+i)n/[(1+i)n?1](3)Z=p+qAr(4)式中:p、q、r為取決于換熱形式的價(jià)格常數(shù);A為傳熱面積,由傳熱方程確定A=QΚ(Δ-aΔt1-bΔt2)(5)A=QK(Δ?aΔt1?bΔt2)(5)式中:Q為各換熱設(shè)備的熱負(fù)荷,單位為kW;K為對(duì)應(yīng)的換熱系數(shù),單位為kW/(m2·K);Δ為兩流體最大溫差;Δt1為流量×比熱值較大的流體溫差;Δt2為流量×比熱值較小的流體溫差;a、b為與流體在換熱設(shè)備中流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的常數(shù),當(dāng)逆流時(shí),a=0.35,當(dāng)順流時(shí),a=0.65,當(dāng)叉流時(shí),a=0.45～0.55;b=0.65.2.2直燃型冷水機(jī)組的燃料價(jià)格確定目前,冷水機(jī)組廣泛地采用直燃型.特別是由于近年來(lái)人們的環(huán)保意識(shí)日益加強(qiáng),加上我國(guó)天然氣田的不斷開(kāi)發(fā),因此采用天然氣為燃料的直燃型冷水機(jī)組日益受到人們的重視和關(guān)注.采用以天然氣為燃料的直燃型冷水機(jī)組時(shí),需要進(jìn)一步考慮燃料的價(jià)格,所以式(1)、式(2)應(yīng)加上一項(xiàng),即CgasBGgas,其中Ggas=Qg/(ˉhξ)(6)Ggas=Qg/(hˉξ)(6)3冷水機(jī)組的節(jié)能方法設(shè)計(jì)由于熱經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)采用的數(shù)據(jù)大部分來(lái)自預(yù)測(cè)或估計(jì),為了分析這些不確定因素的影響,本文采用限定幅度的計(jì)算方法,各種方案的費(fèi)用均以相當(dāng)于最高費(fèi)用(如圖4中雙效的最大值)和最低費(fèi)用的計(jì)算線(如圖4中雙效的最小值)作成的帶狀圖.在兩方案的比較中,會(huì)出現(xiàn)重疊的部分,這表示兩方案的優(yōu)越性相接近.在設(shè)備投資方案決策中,作為年度總成本(Bc)要素的年利率、年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、電費(fèi)、使用年限等,都是對(duì)未來(lái)因素的估計(jì)值,包含著相當(dāng)大的不確定性.因此,對(duì)于這些因素的處理,有利于作出較合理的決策.首先確定基本方案,兩流程設(shè)計(jì)工況如前所述,而最高費(fèi)用對(duì)應(yīng)的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為1000h,最低費(fèi)用對(duì)應(yīng)的年小時(shí)數(shù)為600h.計(jì)算時(shí)取n=10a,i=0.3,Cele=0.37元/(kW·h),ξ=0.85;天然氣的熱值ˉh=35ΜJ/Ν?m3hˉ=35MJ/N?m3.因冷卻水流量小(<2kg/s),而溶液泵和循環(huán)水泵的揚(yáng)程及功耗幾乎相同,所以兩流程選用相同的冷卻塔、溶液泵、循環(huán)水泵及軸流風(fēng)機(jī).計(jì)算表明,泵所消耗的費(fèi)用相對(duì)于總成本很小,所以對(duì)于余熱型冷水機(jī)組,年度總成本受設(shè)備折舊率的影響最大;對(duì)于直燃型冷水機(jī)組,年度總成本中57%以上是運(yùn)行費(fèi)用,特別是要受到燃料費(fèi)用(Cgas=1.1元/N·m3時(shí))的影響.因此,在作敏感性分析時(shí),前者采用銀行年利率作為自由變量,后者則采用燃料(天然氣)的價(jià)格作為自由變量.為了表示燃料(天然氣)價(jià)格的變動(dòng)對(duì)年度總成本的影響,引進(jìn)相對(duì)價(jià)格比β=CgasCgas0(7)式中:Cgas0=1.1元/N·m3.3.1尾氣溫度對(duì)三壓吸收制冷系統(tǒng)的影響圖4為余熱型冷水機(jī)組的年度總成本隨年利率i的變化曲線.熱源(煙氣的尾氣)溫度進(jìn)口為250℃,出口為200℃.從圖4中可以看出,兩帶狀區(qū)域無(wú)公共部分,這說(shuō)明不論利率如何變化,對(duì)于余熱型冷水機(jī)組,三壓吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)系統(tǒng)的年度總成本明顯低于雙效吸收式制冷系統(tǒng).3.2雙效系統(tǒng)與三壓系統(tǒng)的匹配圖5為直燃型冷水機(jī)組的年度總成本隨燃料價(jià)格的變化曲線.熱源(高溫?zé)煔?溫度進(jìn)口為800℃,出口為250℃,β1、β2、β3分別表示三壓系統(tǒng)與雙效系統(tǒng)的最大與最小值、最大與最大值、最小與最小值的交點(diǎn).由圖可知:①隨著天然氣價(jià)格的上漲,低負(fù)荷工作對(duì)三壓吸收?噴射復(fù)合制冷系統(tǒng)有利;②當(dāng)工作負(fù)荷在最大值與最小值之間變動(dòng)時(shí),兩帶狀區(qū)間所夾的陰影部分為兩方案的優(yōu)劣難以確定區(qū).因此,當(dāng)β>β1時(shí),三壓吸收?噴射復(fù)合制冷循環(huán)系統(tǒng)與雙效吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)具有一定的可替代性.4噴射復(fù)合制冷循環(huán)(1)吸收?噴射復(fù)合式制冷機(jī)可以利用多種形式的余熱,且性能系數(shù)Cop較高,可達(dá)1.0左右