工业余热回收系统优化策略应用%28上%29.pdf

节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGY工业余热回收系统优化策略应用（上）Apllication of Optimization Strategy for Industrial Waste Heat Recovery System殷永亮（YinYongliang)应琪（YingQi）劳咏昶（Lao Yongchang)苏鹏斌(Su Pengbin)2*田书欣(Tian Shuxin)杨喜军(Yang Xijun)41国网浙江省电力有限公司经济技术研究院31 1 50 0 杭州2 上海电力大学电气工程学院2 0 0 0 9 0 上海3上海电力大学海上风电研究院2 0 0 0 9 0 上海4上海交通大学电气工程系2 0 0 2 40 上海摘要：对于有机朗肯循环，首先进行工质筛选，从几种纯工质中筛选出最适合热源条件的两种作为非共沸工质的组分，并通过对比和优化选出了最佳工质混合比与蒸发压力。基于案例分析，整合工业余热回收系统设计及运行优化策略研究。使用VIKOR评价方法对使用不同工质的有机朗肯循环发电系统进行综合评估，证明优化方案能更好地综合权衡各项指标，取得满意的整体效果。在有机朗肯循环发电系统的基础上对烟气余热进一步优化回收，后接一个余热制冷系统组成余热梯级回收利用系统。对余热梯级回收利用系统进行了经济性分析，结果表明该系统具有良好的经济潜力。通过测算，可以看出采用余热梯级回收利用系统可以产生7 6 98 kW的电能以及24077kW的制冷量，系统投资可在4.8 9年内得以回收。关键词：工业余热；回收系统；优化策略；有机朗肯循环；吸收式制冷集成Abstract:For organic Rankine cycle,the working medium is screened first,and the two components of non-azeotropicworking medium that are most suitable for heat source are selected from several pure working medium,and the optimalmixing ratio and evaporation pressure are selected through comparison and optimization.Based on case analysis,integrated industrial waste heat recovery system design and operation optimization strategy research.VIkOR evaluationmethod is used to evaluate the organic Rankine cycle power generation system with different working media,and it isproved that the optimization scheme can better balance various indicators and achieve satisfactory overall effect.On thebasis of organic Rankine cycle power generation system,the waste heat of flue gas is further optimized and recovered,andthen a waste heat refrigeration system is formed to form a waste heat step recovery and utilization system.The economicanalysis of the waste heat step recovery and utilization system is carried out,and the results show that the system hasgood economic potential.Through calculation,it can be seen that the waste heat step recovery and utilization system canproduce 7698kW of electric energy and 24,077kW of cooling capacity,and the system investment can be recovered in 4.89years.Key words:Industrial waste heat;Recovery system;Optimization strategy;Organic Rankine cycleAbsorption refrigerationintegration中图分类号：TM13;文献标识码：A文章编号：【文章编号】1 56 1-0 330(2 0 2 4)0 2-0 0 7 2-0 91引言由统计数据可知，中国工业能耗约占全国总能耗的70%，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30%左右，而资源利用率仅有33%，比发达国家低约10%，至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。工业余热来源于各种工业炉窑、热能动力装置、热能利用设备、余热利用装置和各种有反应热产生的化工72THEWORLDOFINVERTERS过程等。目前，各行业的余热总资源占其燃料消耗总量的1 7%6 7%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的6 0%，根据统计2 0 2 2 年浙江总能源消耗约为38 6 2 6万吨标准煤，折合余热总资源大概为6 56 6 2 58 7 9万吨标准煤，其中可回收利用的余热资源约为3940 1 552 7万吨标准煤，余热利用率提升空间大，节能效果良好。合理充分利用工业余热可以降低单位产品能耗，取得可第2 7 卷第0 2 期变频器世界2 0 2 4年0 2 月观的经济效益。余热（余压)在能源利用设备中没有被利用的能源，包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热、以及高压流体余压等。在玻璃、冶金、冶炼、石化、建材、陶瓷、轻纺等行业中都具有排烟温度高于280的工业锅炉、流化床锅炉、导热油炉、治炼炉、冶金炉、高炉热风炉、加热炉，其余热回收利用空间较大。工业余热回收利用被认为是一种“新能源”，近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容。余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。余热依据不同标准，有三种常见分类。余热按载体分类可分为：气态载体余热、液态载体余热、固态载体余热、混合态载体余热。工业余热也可以按照来源分类，可被分为：高温烟气余热，冷却介质余热，废汽废水余热，化学反应余热，可燃废气、废料余热，以及高温产品和炉渣余热，余热温度范围广、能量载体的形式多样，又由于所处环境和工艺流程不同及场地的固有条件的限制，生产生活的需求，设备型式多样，如有空气预热器，余热锅炉，低温汽轮机等。常见的工业余热回收利用方式，有多种分类方式，根据余热资源在利用过程中能量的传递或转换特点，可以将国内目前的工业余热利用技术分为热交换技术、热功转换技术、余热制冷制热技术。工业常用余热利用方式如图1 所示。在使用纯工质的有机朗肯循环系统进行余热回收利用的基础上，对其进行优化，分两步进行：（1）使用非共沸工质的朗肯循环系统进行余热回收；（2）在朗肯循环系统的基础上，对烟气余热进一步回收利用，即在朗肯循环系统后面，再加一个吸收式制冷系统（Absorption refrigerating system，A R S)。2使用非共沸工质有机朗肯循环的仿真结果分析2.1非共沸工质非共沸工质是由两种或多种纯工质按照一定比例混合而成的工质，在使用的过程中，非共沸工质可灵活地调节组元之间的配比，继承各组元的优点，可以减小蒸发过程和冷凝过程由于非等温传热带来的不可逆损失，提高有机朗肯循环的效率，受到了广大研究者们的关注。如图2 所示不同于纯工质，非共沸工质的相变过程是非等温的，这可使工质与热源的温度更加匹配。在工余热利用技术热功转热交换技术换技术换热器余热发电间壁式蓄热式有机朗有机朗换热器换热器肯循环肯循环余热吸附式吸收式热管锅炉制冷水源热空气源地源热泵热泵喷液增恰技术喷气增烩技术低温喷液空低温喷气空气源热泵气源热泵图1 工业常用余热利用方式质的蒸发过程和冷凝过程中都存在温度的滑移。这种现象可减少冷热流股之间的平均温差以降低传热过程中的不可逆损失。因此，在某些情形下，非共沸工质是更好的选择。IATslide3g,out2a图2 非共沸工质温-熵2.2使用非共沸工质的朗肯循环系统仿真在分析使用纯工质的有机朗肯循环的基础上，对其进行优化，从已选工质中选出两种性能较好的纯工质混合作为非共沸工质应用于有机朗肯循环，即尝试采用了Butane和R245fa混合的非共沸工质，如图3所示，本节给出了基于硫酸回收的燃煤电厂低温烟气余热回收的非共沸工质朗肯循环系统仿真模块。通过改变输入的蒸发压力和工质混合比，实现取得最大净输出功率的最优策略的验证分析。WWW.CA168.COM73余热制冷制热余热制热泵冷技术分类方式二吸热式压缩式制冷热泵分类方式泵g,influegas8.PPATpplcondensewaterEntropy热泵465s4Tpp2bC节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGY拥效率（%）2.2-40.382.0-1.8-1.6-1.4豆1.21.0口0.8-0.6-图3使用R245fa-Butane非共沸工质朗肯循环系统仿真模块0.4+0.0本节的仿真是在使用纯工质的朗肯循环仿真的基础上进行改进，输入量变为两个，分别是蒸发压力P4和非共沸工质的混合占比u，输出量仍为热效率、效率和净输出功率这三个热力学参数，本节模拟了在不同蒸发压力下，R245fa占比从0 到1.0 的1 1 种比例的混合工质的热力学参数的变化趋势，得到了使用混合工质的朗肯循环系统在电厂烟气热源条件下的热力学性能。以最大输出功率为目标，得到了最佳工质混合比和最佳蒸发压力。2.3使用R245fa-Butane非共沸工质的有机朗肯循环仿真结果及分析本节对图3所示的仿真模块图进行模拟，通过输入不同的蒸发压力以及不同的混合占比，得到了使用R245fa-Butane非共沸工质的朗肯循环系统随蒸发压力和非共沸工质中R245fa质量分数的变化如图4所示。热效率（%）2.212:302.018-141.21.00.8-0.60:4+0.0图4(a)使用R245fa-Butane混合工质的ORC热效率如图4（a），体现了R245fa-Butane混合工质的朗肯循环系统中，蒸发压力与R245fa占比对热效率的影响。由图可知，在给定的热源条件下，当蒸发压力一定时，R245fa-Butane混合工质朗肯循环的热效率随R245fa占比的增大呈现出先减小后增大的趋势；当R245fa占比一定时，R245fa-Butane混合工质朗肯循环的热效率随蒸发压力的增大而增大。74THEWORLDOFINVERTERS35.7131.0426.3621.6917.011237.6650.20.4R245fa占比图4(b)使用R245fa-Butane混合工质的ORC效率如图4（b），体现了R245fa-Butane混合工质的朗肯循环系统中，蒸发压力与R245fa占比对效率的影响。由图可知，在给定的热源条件下，效率的变化趋势与热效率相似，即当蒸发压力一定时，R245fa-Bu-tane混合工质朗肯循环的效率随R245fa占比的增大呈现出先减小后增大的趋势；当R245fa占比一定时，R245fa-Butane混合工质朗肯循环的效率随蒸发压力的增大而增大。净输出功率（MW）2.268972.0-1-81.61.41.21.00.810.830.69:3580.47.8870.0-6416图4(c)使用R245fa-Butane混合工质的ORC净输出功率4:9143.4732:0020.20.4R245fa占比0.60.20.40.6R245fa占比如图4（c），体现了R245fa-Butane混合工质的朗肯循环系统中，蒸发压力与R245fa占比对净输出功率0.60.80.80.81.0的影响。由图可知，在给定的热源条件下，净输出功率的变化趋势与热效率、效率不同，呈现出独特的变化规律。在0.5 1.3MPa的蒸发压力范围内，输出功率随着R245fa质量分数的增加而先减小后增加。当蒸发压力在1.4 2.2 MPa范围内时，输出功率随R245fa质量分数的增加而先增加后减少。采用R245fa-Butane混合工质的有机朗肯循环的最大净输出功率（7 36 5kW）在0.6:0.4混合比以及蒸发压力为1.6 MPa时获得。因此，0.6:0.4是R245fa和Butane的1 1 个混合比中性能最佳的一个。1.01.06149栋40 04.6523：90 4-3.1552.4071.659第 2 7 卷第 0 2 期变频器世界2 0 2 4年0 2 月拥效率（%）综上所述，在使用非共沸工质的有机朗肯循环系统中，热效率、效率均随R245fa占比的增大而先增大后减小，随蒸发压力的增大而增大；而净输出功率变化有所不同，在不同蒸发压力范围内变化规律不尽相同。当R245fa:Butane的混合占比为0.6:0.4，蒸发压力为1600kPa时获得最大净输出功率7 36 5kW，此时热效率9.39%，效率为36.99%，比分别使用纯工质时的最大净输出功率要高，符合优化要求。2.4余热回收系统中的硫酸回收在二氧化硫转化方面，基于质量守恒原理和硫氧化物完全转化为H,SO4的假设，通过式（2）计算得到烟气酸露点为1 52.1，H,SO,最大回收率为2 1 2 3kg/h。为了保证通过烟气催化氧化得到的SO，一定会在WSAHE中被冷凝为H,SO4，必须保证烟气在WSAHE中被吸热降温到酸露点以下。而通过模拟得到的非共沸工质在最大净输出功率下WSAHE出口的烟气温度为9 5，远低于1 52。这意味着烟气余热得到了深度回收并且氧化得到的SO,可被水全部吸收，转化为为H,SO4并被回收。2.5使用R245fa-R123混合工质的有机朗肯循环性能本节另外做了R245fa-R123混合工质的有机朗肯循环系统仿真，对图3所示的仿真模块图进行模拟，通过输入不同的蒸发压力以及不同的混合占比，得到了使用R245fa-R123非共沸工质的朗肯循环系统随蒸发压力和非共沸工质中R245fa质量分数的变化如图5所示。然而仿真结果并不理想，可见，由于混合比例的差异，混合物的适用蒸发压力范围并不完全相同。2.2-2.01.81.6.41.21.00.80.60.4+0.0图5(a）使用R245fa-R123混合工质的ORC热效率如图5（a），体现了R245fa-R123混合工质的朗肯循环系统中，蒸发压力与R245fa占比对热效率的影响。由图可知，在给定的热源条件下，当蒸发压力一定时，R245fa-R123混合工质朗肯循环的热效率随R245fa占比的增大而减小；当R245fa占比一定时，R245fa-R123混合工质朗肯循环的热效率随蒸发压力的增大而增大。2.22.0-1.8-161.41.21.00.80.6-0.4+0.0图5（b）使用R245fa-R123混合工质的ORC效率如图5(b)，体现了R245fa-R123混合工质的朗肯循环系统中，蒸发压力与R245fa占比对效率的影响。由图可知，在给定的热源条件下，效率的变化趋势与热效率相似。当蒸发压力一定时，R245fa-R123混合工质朗肯循环的效率随R245fa占比的增大而减小；当R245fa占比一定时，R245fa-R123混合工质朗肯循环的效率随蒸发压力的增大而增大。2.22.01.81.61.41.21.00.80.6-0.40.0热效率（%）图5（c）使用R245fa-R123混合工质的ORC净输出功率0:131如图5（c），体现了R245fa-R123混合工质的朗肯一0：1 2 1 80.10950.097200.084910072620.06020.048050.20.6R245fa占比0.43770:40320:36870.83420:2970.26520.23070.19620.20.40.60.8R245fa占比0.20.4R245fa占比循环系统中，蒸发压力与R245fa占比对净输出功率的影响。由图可知，在给定的热源条件下，净输出功率的变化趋势与热效率、效率不同。当R245fa占比一定时，R245fa-R123混合工质朗肯循环的净输出功率随蒸发压力的增大而呈现出先增大后减小的趋势。当蒸发压力为0.81：010净输出功率（KW)57144859400422911439584.00.60.80.5-0.6MPa时，R245fa-R123混合工质朗肯循环的净输出功率随R245fa占比的增大而减小；当蒸发压力为0.8MPa时，R245fa-R123混合工质朗肯循环的净输出功率随R245fa占比的增大而呈现出先增大后减小的趋势；当蒸发压力大于等于0.9MPa时，R245fa-R123混合工质朗肯循环的净输出功率随R245fa占比的增大而增大。WWW.CA168.COM751.0节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGY然而，在本项目给定的热源条件下，R245fa-R123混合工质朗肯循环的最大净输出功率是7 1 1 6 kW，R 2 45fa 占比为1，相应蒸发压力为0.9MPa，即在本小节中，混合工质的最大净输出功率反而比纯工质的小。因此，在不同热源条件下，混合工质朗肯循环系统的最大净输出功率并非一定大于纯工质，需要根据实际条件灵活分析，选定满足条件的混合工质组合，以达到最大净输出功率的要求。至于具体选择标准，还有待进一步研究。2.6基于VIKOR评价方法的方案评估本节将基于组合赋权的VIKOR多属性决策方法，应用到余热回收不同方案的评估中，来解决规划方案评价指标的多属性衡量冲突问题。VIKOR方法是由Opricovic和Tzeng教授分别提出的多属性决策方法。VIKOR方法能够结合决策者的主观偏好，同时兼顾被评价对象的群效用最大化和个体遗感最小化，从而使决策结果更加合理。VIKOR的基本思想是：首先确定正理想解和负理想解，正理想解是指被评价对象在评估准则下各评估指标的最佳值，而负理想解是指被评价对象在评估准则下各评估指标的最差值；然后对比各被评价对象的实际评估指标值，根据其与理想解的接近程度来排列各被评价对象的优先顺序。在综合评价中，VIKOR采用了由Lp-metric表征的聚合函数来评估待评估对象的指标值与理想解的距离：L=12la(gi-g)(gi-g)式中,为权重；g，为正理想解；gi为负理想解；g,为评价指标值；n为指标个数；p为聚合函数的距离参数。基于VIKOR方法的评价步骤如下：（1）确定各评估指标的权重。本文采用的评估权重为=(0.1 1 57,0.0 352,0.8 491)。（2）规范化决策矩阵。在本文中，采用Vague集理论确定模糊决策问题，Vague集理论是一种客观赋权方法，该方法的关键是，通过分析各指标数据建立表征支持度、反对度和犹豫度的隶属度函数。对于两个真实的Vague值x=t，1-f,和y=ty，1-f,之间的距离可以定义为：a(x,)=/-,+-+76THEWORLDOFINVERTERS元,=1-t,-f,式中，t，为支持度；f为相对度；元，为犹豫度。研究对象评估指标中的正指标Vague值计算公式为：0,0 x-a0,小c-ajgi=V,=,1-J.=x-b x-aXcc-bc-a1,1(3)设置正理想解8 g,为 1,1 ,负理想解g;为 0,0 。（4）计算各待评价对象综合评价的群体效益值Sj：S,=Zod(gi,g)d(gi,g)(5)现利用VIKOR方法对使用纯工质的有机朗肯循环系统和使用混合工质的有机朗肯循环系统进行综合评估，结果如表1 所示。表1 基于VIKOR方法的方案排序结果指标R245faSj0.351按Si排序3关于R245fa-R123混合工质，其S，介于R245fa与R123之间。1/P基于VIKOR评价方法，根据S,的排序结果，使用(1)R245fa-Butane混合工质的有机朗肯循环发电系统优于纯工质。说明此方案能更好地综合权衡各项指标，取得满意的整体效果。3吸收式制冷系统介绍3.1吸收式制冷系统的工作原理在本项目中，将一个单效吸收式制冷系统（ARS)布置于烟窗的上游进行进一步的烟气余热利用。该ARS采用溴化锂水（LiBr-H,O）溶液作为工质，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。该ARS的工作原理如下：(a）如图6 所示，在发生器中，溴化锂溶液从烟气中吸收热量并沸腾。溶液中的一部分水被蒸发成蒸汽，同时溶液浓度增加。随着蒸发过程的进行，越来越多的水被蒸发和过热，溶液浓度逐渐增加。进入发生器的稀(2)溴化溶液（如图中状态6)最终被分成两个流股。蒸汽流(3)xaaxbbxcR245fa-R123Butane0.4350.27442(4)Butane0.2581第2 7 卷第0 2 期变频器世界2 0 2 4年0 2 月（状态1）流入冷凝器，而浓溶液（状态7）回流至溶液换热器。(b）来自发生器的水蒸汽（状态1）在冷凝器中冷凝为液态水；(c）来自冷凝器（状态2）的液态水流经节流阀(valve)，压力降低。(d）低压水（状态3）在蒸发器（evaporator）中吸收制冷水中的热量而蒸发。冷能被制冷水带到冷能供应网，产生制冷效果。(e)来自蒸发器的水蒸气（状态4)进入吸收器（ab-sorber），并被从SHX回流的强溴化锂水溶液（状态9）吸收。(f)吸收器中的稀溶液（状态5）被泵（pump2)泵送至SHX与来自发生器的浓溶液（状态7）换热，部分稀溶液与换热后的浓溶液（状态8)混合并通过节流阀流减压后（状态9)流回吸收器。g）换热后的稀溶液（状态6）流入发生器，进行下一轮的制冷循环。发生器71器豫6SHX8+ARS文59全?吸收器510冷凝水图6 吸收式制冷系统3.2溴化锂-水溶液的热力学性质溴化锂吸收式制冷过程的机理建模需要大量的物性数据。如果采用查找图表的方法，将会出现很大的误差，也不利于建模和连续计算。因此，在系统建模之前，需要建立回归方程来拟合相关物性图表中的数据。溴化锂性状为白色立方晶系结晶或粒状粉末。密度为3.46 4g/cm，熔点为44547，沸点为1 2 6 5。易溶于水，溶解度为2 54g/100ml水（90）；溶于乙醇和乙醚；微溶于吡啶；可溶于甲醇、丙酮、乙二醇等有机溶剂。具有很强的吸水性，并极易溶于水，能形成一系列水合物：LiBrH,O、Li Br 2H,O、Li Br 3H,O。常温下为二水合物，为白色晶体，44失去1 分子结晶水，高于1 6 0 变为无水物。其水溶液呈中性或微碱性。对一般金属具有极大的腐蚀性。防腐蚀的主要措施首先是保持高度的真空以隔绝氧气，其次是加入缓蚀剂，并使溶液温度不超过1 2 0。热的浓溶液能溶解纤维素。在空气中加强热，显著分解，析出溴同时生成少量的碳酸锂和氧化锂而显碱性。熔融时能强烈腐蚀玻璃、瓷器和铂。与气态的氨作用生成LiBrnNH,。溴化锂性质稳定，在大气中不易变质不易分解。可与氨或胺形成一系列的加成化合物，如一氨合溴化锂、二氨合溴化锂、三氨合溴化锂、四氨合溴化锂。也可以和丁基锂形成稳定的配合物，该配合物在醚中十分稳定，故经常使用溴丁烷合成丁基锂。同时，溴化锂也与溴化铜、溴化高汞、碘化高汞、氰化高汞、溴化锶等能形成可溶性盐。溴化锂在空气中对钢铁有很强的腐蚀作用，但在真空状态下加入缓蚀剂，基本上不腐蚀金属。溴化锂-水溶液的平衡方程拟合自ASHARAEhandbook2009。溴化锂-水溶液的温度可以通过式（6)计算：t=ZA,X+t.ZB,Xn-0n-0至烟窗式中，t为溶液在特定压力下的饱和温度，；X为溶液浓度，t为在该压力下水的饱和温度，。式（6)12的各回归系数的值如表2 所示。2十已知特定压力下的溴化锂水溶液的温度t（）和该压力下水的饱和温度t（）的情况下，溴化锂-水溶144制冷水蒸发器1311(6)液的浓度可以通过式（7)计算：X-ZA1+2B.1+Fc1+2D.1n=0n=0式（7)的各回归系数的值如表3所示。式（6）和式（7）的适用范围为：0 t130，40%X65%。表2 式（6）中各系数的值n0An140.880Bn0.770表3式（7）中各系数的值nAn00.31061-1.2821 X10-22-1.731210-435.3303 X10-7(7)n=0n=012-855.7451670.8901.455-2.640BnCn1.232210-2-1.916610-43.8463 10-4-3.3341X10-6-7.145710-85.312310-8-5.7301X10-9-3.6012 10-103-882.6362.277Dn1.638610-6-2.1603X10-81.505110-10-4.6782 X10-13WWW.CA168.COM77节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGYK。回归系数n,n。的值如表6 所示。而在已知饱和压力P的情况下，相应的水的饱和式中,Pw为水的饱和压力,Pa;t为对应的饱和温度，表3式（7）中各系数的值41.0257 10-12溴化锂水溶液的比烩由式（8）计算：hur=ZA,X+2B,X+Zc,X+)温度可通过式（1 1)计算得到。no+D-(no+D)-4(n,+noD).D.Xn-0(8)n=0式中，hLir为溴化锂-水溶液在特定温度t和浓度X下的比烩,kJ/kg。式（8)的适用范围为:0 t160，40%X65%。式（8)的各回归系数的值如表4所示。表4式（8）中各系数的值AnBn0-571.17817507.2342-23006.752328034.3674-11610.752溴化锂-水溶液的密度由式（9)计算：p=ZA,X+IZB,Xn=0n=0式中，p为溴化锂-水溶液的密度，kg/m；t为溶液在特定压力下的饱和温度，适用范围为0120;X 为溶液浓度，适用范围为0.4 0.6 6。式（9)的各回归系数的值如表5所示。表5式（9）中各系数的值01An1145.36Bn-0.3333933.3水的热力学性质本节中，水和蒸汽的物性是根据国际水和蒸汽协会(IAPWS-IF97)的数据拟合的回归方程来计算的。水在一定温度下的饱和压力通过式（1 0)计算得到。2CPw=(-B+(B-44c)式中，各系数为：A=0?+n,0+n2B=n,o2+n.0+nsC=n.0+n,0+ns0=tw+ngtw-no78THEWORLDOFINVERTERSn=04.071-5.1232.297n=0Cn4.962X10-43.14510-3-4.694X10-3470.84-0.5717494X106t,=式中，各系数为：D=2G-F-(F2-4EG)E=+n,+nF=n,?+n.+nDnG=n,+n,+n,-3.996X10-6B=(P,100)g251.46210-64.189X10-6(9)21374.79(10)(11)2式中，回归系数nn。的值如表6 所示。式（1 0)和式（1 1)的适用范围为：2 7 3.1 5Kt647.096K。表6 饱和水平衡方程的系数值系数值n0.1167052145267X104n2-0.7242131670321X106n-0.1707364694009X102n40.1202062470247X105ns-0.3232555082233X107水的比恰规定为：当温度为0 时，比烩等于0kJ/kg，而对于溴化锂溶液，规定浓度X=0，温度t=0时的比恰为41 8.6 kJ/kg，因此这里的比恰在水的比烩的基础上，加上41 8.6 kJ/kg。饱和水和饱和水蒸气的比恰分别通过式（1 2)与（1 3)计算。h=418.68+Z4,n=05hg=418.68+B,tn=0式中，h,为饱和水在温度为t时的比，kJ/kg；h为饱和水在温度为t时的比恰，kJ/kg。其中的系数如表7所示。表7 式（1 2）和（1 3）中的系数值nAn01.4615 10-214.20542-7.0413 X 10-437.947310-6系数n0.1491510861353X102n-0.4823265736159104ns0.4051134054206X106ng-0.2385555756785n1o0.650175348476X103Bn2500.90481.8344-3.4729 X10-4-2.096910-6值(12)(13)第2 7 卷第0 2 期变频器世界2 0 2 4年0 2 月示。发生器中的换热夹点分析由式（16)、（17)、（18)给出：(16)烟气与溴化锂溶液在发生器中的换热过程如图6 所表7 式（12）和（13）中的系数值4-3.1034 10-857.999710-11饱和水的汽化潜热随热度的变化方程如下：r=24.tn=0式中，r为汽化潜热，kJ/kg；t 为温度，；A,为方程的回归系数，系数取值如表8 所示。表8 式（14）饱和水汽化潜热方程的计算系数系数值A2500.8891172A-2.369924411A23.21363822779 10-4过热水蒸气的比烩通过式（15）计算：h=418.6+4.1868t,+r+c,(t-t,)式中，h为过热蒸汽的比烩，kJ/kg；t 为过热蒸汽的温度，;t.为压力为p的条件下，饱和水的温度，；r为压力为p的条件下，饱和水的汽化潜热，kJ/kg；为水的定压比热容，kJ/（k g），在0 10 0 内取定值4.2 kJ/(kg)。3.4吸收式制冷系统热力学建模对吸收式制冷系统进行建模之前，作以下几个假设：（1)系统在稳态下运行；（2)系统中无压力和热损失；（3)发生器和冷凝器中的压力相等；（4）冷凝器和蒸发器出口的制冷剂（水）处于饱和状态；（5)节流过程是等恰的；（6）流出吸收器的稀溶液和流出发生器的浓溶液处于平衡状态，整个系统中都没有结晶现象发生。烟气B浓溶液ATC6(aD,Xa)稀溶液6(aD,Xa)图6 发生器中的换热温-烩示意-3.5911X 10-83.850810-11系数值A-9.618469099X10-6A4-7.10068510-9A，-3.7188 10-11A7(a-1DD.x.)1(D.0)值t:=ATp+tPPaD(h(14)m。p.gm.Cp.g(t(tA-t)D=h+(a-1)h,-ah.式中，和B分别为烟气和循环制冷剂（水）的流量，kg/s。t 和t。为流入和流出吸收式制冷系统的烟气的温度，。下标表示图6 中的对应状态点，6 代表流入发生的饱和稀溶液的状态。发生器中烟气和溴化锂溶液的换热夹点温差T,=20，a 为制冷剂的循环比。吸收式制冷系统的物性参数建模以及系统建模都在MATLAB/Simulink2022a编程环境中完成。各部件中的(15)质量平衡，能量平衡与传递方程如表9 所示。发生器设备因制冷装置系统管径的不同和制冷剂沸点由压力决定（正比例）。制冷装置系统中蒸发器因管径粗且位于毛细管之后，其内制冷剂呈现低压而蒸发为气态。此气态制冷剂被压缩机强行吸入并压缩为高压（约1.8 MPa)、高温（约9 0 T）气体后排至冷凝器，在流经冷凝器管路的过程中逐渐散热而降温至冷凝点转换为液态，一般制冷剂在流至冷凝器管路末端时表现为高压（1.8 MPa)、中温（约40 T）液态。高压、中温液态制冷剂经过滤器送毛细管节流后，流入蒸发器入口时，其压力由冷凝压力1.8 MPa降至约0.5MPa的蒸发压力，温度由约40 降至5左右。此低压、低温液态制冷剂在流经蒸发器管路的过程中逐渐蒸发汽化而吸收周围热量，从而使热力环境下周边的空气温度下降，实现制冷目的。表9 吸收式制冷系统数学建模部件公式或方程Osonm=m.Cpe(tu-t.)=(a-1)Dh+Dh-aDhagen发生器gentmm.gen=ta-f-0.35(ta-tc)-0.65(t,-t.)(17)(18)m,genWWW.CA168.COM79节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGY分析开展了研究。研究比空间并联机构更加复杂的两层表9 吸收式制冷系统数学建模两环空间耦合链机构的自由度分析原理。Con=mi(hz-hi)=D(h-h.)本项目使用自由度分析法，确定了该ARS的自由冷凝器度为8。ARS中的8 个独立变量被设置为系统的设计变A m.con=(tco 1)-.65(t2-1)量，其定义式及意义如表11所示。通过定义这些设计节流阀h.=h,Qaa=D(h-h.)=mig(hs-ha)蒸发器Atmeva=(ts-tea)-0.65(t;-t4)Qas=D(-1)hg+ha-ah,=mi(hi-ho)h,=hof+(a-1)hf+a-1X.f+(a-1)x,吸收器X,=f+a-1A m.dbs=t,-f1o-0.35(t 1)-0.65(t-t,)Qux=aD(h。-h,)=(-1)D(h,-h)溶液换热器Atm,sx=(t-ts)-0.35(t。-t,)-0.6 5(t,-t)溶液泵aDPW.genp2Ps表中传热系数取值如表10 所示。表10 ARS各部件传热系数取值传热系数值(W/(m.K)发生器K2000gen冷凝器Komcon蒸发器Keeva吸收器Kl换热器Kl为建立一个运行流畅且简洁的数值模型，通常采用自由度分析法来确定系统的独立变量，这些变量一定的情况下，系统的运行状态和参数也就随之确定了。自由度分析法是机构构型综合、运动学和动力学研究的基础。过去的几十年，国内外学者主要对空间并联机构自由度80THEWORLDOFINVERTERS变量的值，ARS在稳态下的运行参数就确定了。表11ARS的设计变量及其值设计值的范围变量tW8At3-5Ato4Ata3-5,10-20AP280PaAX5-5%20-50制冷系统的制冷系数（COP）定义为蒸发器中的换热量（即制冷量）Qe与从烟气中吸收的热量Qgen之比：PQabsCOP=eva制冷量的等效电量W通过式（2 0）计算，其中入为电驱动制冷设备的等效系数：QWeva-WeqvP2470020501350630基础值85231250Pa4%30定义式或意义Atw=ti2-tio,冷凝水总温升At;=tcon-ti2Afo=ti4-tevaAta=ts-tiAt,=ts-t;AP=Poua-Poncon蒸发器和吸收器中的温差AX=X,-Xa浓溶液与稀溶液浓度差吸收器的溶液再循环比(19)(20)（待续下篇）