蒸汽型双效溴化锂吸收式热泵机组性能及优化研究.pdf

天津大学_博士学位论文_ 季翼双效澳化锂吸收式热泵机组性熊及优化研究 _ 申请学位级别：博士_ 专业：土木工程；供热、供燃气二通风及空遇邛 中文摘要溟化锂吸收式热泵技术在回收电厂余热、提高电厂的能源利用率和降低温室 气体排放量等方面有着不可替代的优势。同时，溟化锂吸收式热泵机组作为空调 冷热源时，破坏臭氧层潜能ODP(Ozonedepleting P otential)和地球温升潜能 GWP(Glob ai Warming P otential)为零，而且夏季可平衡电力负荷，冬季可回收低 温余热、提高机组供热效率。因此，吸收式热泵技术对充分利用废热，优化能源 利用结构和实现可持续发展起到不可估量的作用。在此研究背景3本文对蒸汽 型双效溟化锂吸收式热泵机组性能及优化进行了研究。首先,通过对蒸汽型双效溟化锂吸收式热泵机组内8个主要换热设备进行热 力和传热分析，建立了吸收式热泵机组制冷名义工况、制冷部分负荷工况、制热 名义工况和制热部分负荷工况数学模型。由于该数学模型中溟化锂溶液状态点温 度和温度取值范围相互制约，采用基于内部映射牛顿法的子空间置信域法进行约 束非线性最小求解。其次，为了验证蒸汽型双效溟化锂吸收式热泵机组数学模型，设计制造出样 机，并对蒸汽型双效溪化锂吸收式热泵样机制冷、制热性能及主要溶液状态点热 力参数进行了测试。通过比较模拟结果与测试结果，表明建立的蒸汽型双效溟化 锂吸收式热泵机组数学模型是正确的。再次，利用蒸汽型双效溟化锂吸收式热泵机组数学模型，对四种不同运行模 式下机组制冷、制热工况部分负荷性能进行了模拟分析。结果表明，采用冷(热)水进口温度为调节信号，热源蒸汽量与溶液循环量组合式调节法进行冷(热)量 调节时，机组性能最优，其中机组制冷部分负荷工况性能系数最高达1.7以上，机组制热部分负荷工况性能系数最高可达2.77。然后，通过分析蒸汽型双效溟化锂吸收式热泵机组内8个主要换热设备的设 计传热温差对机组总传热面积和机组性能的影响，以全生命周期成本LCC(Life Cycle Costs)和均值全年费用 EUAC(Equivaltent Uniform Annual Costs)为优化目标 函数，对机组进行了热经济性优化分析。最后，根据热电厂中余热资源条件和用户冷、热需求的特点，介绍了两种蒸 汽型双效溟化锂吸收式热泵回收低温余热的应用方式，并以天津市某热电厂辅助 建筑的空调冷热源改造工程为例，对蒸汽型双效浸化锂吸收式热泵机组作为空调 冷热源方窠进行了经济、节能分析。结果表明，改造后空调冷热源方案具有较好 的经济效益和环保节能效益，在热电厂中可以起到很好的示范作用。关键词：蒸汽型双效溟化锂吸收式热泵；余热回收；子空间置信域法：部分负 荷性能；热经济性优化分析ABSTRACTWater-1 ithium b romide ab sorption heat pump technology has a large potential fb r waste heat recovery,improving energy efficiency and reducing greenhouse gas emissions.As cooling and heating plant,b oth ozone-depleting potential(ODP)and glob al wanning potential(GWP)of ab sorption heat pump are zero,and it can not only b alance electric load in summer,b ut also recoer waste heat in winter.So ab sorption heat pump technology plays an invaluab le role in waste heat recovery,optimization energy structure and sustainab le development.For this,performance and optimization of steam operated doub le effect Water-lithium b romide ab sorption heat pump are studied in this thesis.Firstly,according to thermodynamic and heat transfer analysis of eight main heat exchangers of ab sorption heat pump,coupled simulation models of steam operated doub le effect lithium b romide ab soqition heat pump were b uilt at cooling nominal condition,cooling part load condition,heating nominal condition and heating part load condition.Due to their complexity and mutual restraint b etween lithium b romide solution temperature and concentration range,they were sloved using the sub space trust region method b ased on Newton.Secondly,due to validate the simulation models a steam operated doub le effect water-lithium b romide ab sorption heat pump was designed and a test rig was estab lished to measure the performances of ab sorption heat pump and the thermodynamic paramenters of its main solution state points.And the accuracy of the predictions was confirmed b y the good agreement with experimental data.Thirdly,the performances of doub le effect water-lithium b romide ab sorption heat pump were evalutated at the cooling part load,heating nominal and heating part load conditions in four different operational modes.The results show that its part load performance is the b est when chilled(hot)water inlet temperature keeps constant and the adjustment method of comb ine solution circulation rate with steam rate was used.The highest cooling coefficient of performance is 1.7 and the highest heating coefficient of performance gets to 2.77.Fourthly,steam operated doub le effect water-lithium b romide ab sorption heat pump system is evaluated to identify the effects of heat transfer temperature differences of eight main heat exchangers at design conditions on its total heat transfer area and its performances.Based on the evaluation results,thermoeconomic optimization analysis was present to optimize the ab sorption heat pump,aimed at minimizing its life cycle costs(LCC)and equivalent uniform annual costs(EUAC).Finally,due to the waste heat resources and cooling/heating demand in thermal power plant,two different mode of steam operated doub le effect water-lithium b romide ab sorption heat pump for waste heat recovery were introduced.And steam operated doub le effect water-lithium b romide ab sorption heat pump as air conditioning cooling and heating plant was analyzed in an auxiliary b uilding of thermal power plant in Tianjin.The results reveal that ab sorption heat pump as heating and cooling plant is with economic and environmental b enefits,and it can b e a good example in thermal power plants.KEY WORDS:Steam operated doub le effect water-lithium b romide ab sorption heat pump;Waste heat recovery;Sub space trust region method;P art load performance;Thermoeconomic optimization analysis天津大学博士学位也第一章绪论第一章绪论1.1 电厂余热资源利用研究现状能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。提高能源利用率，合理利 用能源是关系到国民经济发展、建设节约型社会、实施循环经济的重要内容，而 且影响到生态环境和人类的生存。目前全国电厂普遍都存在着一次能源利用率较低的现象。截止2008年底，我国发电行业总装机容量为7.9273亿kW,其中火电装机容量达6.0286亿kW,约占总容量的76%,2008年全国总发电量为34510亿kWh,其中火电厂发电量 为28030亿kWh,约占总发电量的81.2%。我国目前电力生产主要还是以煤电 为主，大型发电厂的效率为35唳58%（高值为燃气-蒸汽联合循环电站），扣除 发电厂厂内自用电和输送线损率，终端的利用率仅为30%77%。其中大部分能 量通过烟气、灰渣、循环冷却水及脱硫塔用水等方式直接排放到环境中。各电厂由于发电工艺不同，余热具有自身的热力特性，如热源形式不同、温 度和压力不相同，如何合理利用余热、扩大余热利用途径，实现能源梯级利用，已经成为全国电厂亟待解决的问题，需要进行综合利用技术研究。从余热利用途径角度来考虑，中华人民共和国节约能源法、中国21世纪 议程、“十一五”十大节能工程实施意见和关于发展热电联产的若干规定 等有关政策法规都在提倡利用电厂余热实现热电联产和热电冷联产。其中，中 华人民共和国节能能源法明确指出：“推广热电联产，集中供热，提高热电机 组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联 供技术，提高热能综合利用率”。1.1.1 电厂余热资源形式电厂余热，按其温度范围可分为高温（大于500C）、中温（250C500C）和低温（小于250C）三种。不同温度和压力的余热，不仅存在“数量”上的差 异，还存在“质量”方面的差异。火电厂中蒸汽驱动汽轮发电机组主要分为三大类型：凝汽式汽轮机、抽汽式 汽轮机和背压式汽轮机。其中，凝汽式汽轮机，是指蒸汽在汽轮机内膨胀做功以 后，除了小部分轴封漏气之外，全部进入凝汽器凝结成水的汽轮机；抽汽式汽轮 机是指，由汽轮机中间级抽出一部分蒸汽供给用户，即在发电的同时还供热的汽 轮机。根据用户需要分为带一个可调节抽汽口的单抽式供热汽轮机和带高、低压 可调节抽汽口的双抽式供热汽轮机闺。背压式汽轮机是指排气压力高于大气压力 天津大学博士学位论文第一章绪论的汽轮机。对于纯供电的火电厂来说，电厂锅炉产生的蒸汽驱动发电机,发电后，其余 热量通过各种途径排放到大气中，热效率只有30%70%。为了提痔能源效率，节约能源和改善环境，将蒸汽驱动汽轮机发电过程的抽汽或发电后的乏汽中的热 量用以供热，其热效率可达80娱90%,这种生产方式称为热电联产【叫电厂采 用抽汽式汽轮机和背压式汽轮机作为发电机组时，可以直接实现热电联产，/果 用凝汽式汽轮机的电厂需通过改装，即采用中间导管抽汽的方法或采用低真空运 行方式，实现热电联产。对于采用凝汽式汽轮机组和抽汽式汽轮机机组的热电厂而言,在热电转换过 程中，高温高压的蒸汽通过汽轮机膨胀做功，而其余近50%的能量由乏汽通过凝 汽器经由循环冷却水排放大气中。来自凝汽器的循环水冷却水温度一般约为 20-35-C,属于低温余热，不能直接利用。但是，循环水所携带的热量巨大，如 此巨大的废热排放必将造成能量的浪费，使得生态环境受到污染。因此，采用微 气式汽轮机和抽汽式汽轮机的电厂内循环冷却水水余热的回收与利用，关系到电 厂经济效益、环境效益和社会效益。此外，电厂燃煤蒸汽锅炉排烟温度较高，一般在130C左右，具有有较大的 回收利用空间，是一种潜力很大的余热资源。排烟热损失是锅炉最大的一项热损 失，不仅浪费了大量能源、对环境造成热污染，还影响锅炉效率，一般情况下，排烟温度每升高I5C2O,锅炉热效率降低约1%【叫当火电厂燃煤锅炉采用湿法烟气脱硫技术时，从除尘器出来的烟气进入脱硫 塔，在脱硫塔内经过反应、气固分离及脱水除雾后排放，而脱硫塔用循环水与烟 气换热、反应后，经过再生池及循环水池沉淀、降温后继续循环使用。脱硫塔出 水水温一般在40C5(TC左右，属于低温余热，由于水温低、水质呈酸、碱性，目前脱硫塔用水余热基本没有回收利用，直接排放至大气中，造成能源浪费和环 境热污染。1.1.2 电厂余热资源回收利用技术根据电厂余热温度不同，余热回收利用方式可以分为直接回收、动力回收和 热泵回收三种。根据上述电厂余热资源形式分析可知，背压式和抽汽式发电机组 的乏汽或中间抽汽的压力和温度较高，可以直接回收，实现热电联产或冷热电联 产。对不能直接利用的低温余热，如凝汽器冷却水和脱硫塔用循环水以及蒸汽凝 结水等，可以将它作为热泵系统的低温热源，通过热泵提高其温度水平，然后加 以利用。目前国内外学者对不同类型的电厂余热已经进行了大量的研究，根据余 热形式不同，主要集中在以下几个方面：天津大学博士学位论文笫一章绪论1.凝汽器冷却水余热回收利用技术由于凝汽器冷却水余热温度较低，一般采用热泵技术加以回收其热量，满足 用户供热需求。其中，尹洪超、刘颖超和王枫等将电厂凝汽器循环冷却水 作为水-水蒸汽压缩式热泵的低温热源，在热泵蒸发器中放热降温，实现冬季供 暖和非采暖季生活热水供应，同时还可以采用同一系统实现夏季供冷。韩吉才网、吕太用、柳立慧附和江苏双良等采用吸收式热泵技术回收凝汽器内冷却水余热。其中，江苏双良在华电大同第一热电厂内安装了两台废热回收机组，以汽轮机五 段抽汽为驱动热源，回收低温乏汽废热加热热网回水。基于第一类溟化锂吸收式 热泵技术特性，一般采用单效吸收式热泵机组进行余热回收供热，但是单效吸收 式热泵机组的效率低于双效吸收式热泵机组，导致余热回收效率低。为了克服吸 收式热泵供热系统这种运行模式单一的缺点，韩吉才利用复合第一类吸收式热泵 机组，实现采暖初期以低温模式即双效工况运行，采暖中期以高温模式运行即单 效工况运行，提高设备和资源的利用率。2.烟气余热回收利用技术目前，烟气余热回收方式主要包括两种：一种是通过空气预热器加热燃烧用 空气，提高进入锅炉的空气温度，以提高燃烧效率；一种是采用省煤器，利用烟 气余热加热锅炉给水,提高给水温度。其中，蒋开国采用超导节能换热装置(即 余热锅炉)对锅炉排放的烟气进行热能回收。王健阳对采用空气预热器回收烟气 余热的锅炉排烟温度进行了分析计算,并对采用余热装置的回收方案进行了经济 和环保效益分析。此外，薛馨附对利用相变储能储存发电厂围护烟气余热进行了 设计分析，研究表明该余热回收方法不仅能有效回收烟气的潜热与显热，还可以 缓解余热与用热在时间、地点上的不匹配。3.小型燃气型冷热电联产利用技术1996年6月美国国家能源顾问查理德斯威泽先生在华访问期间，首先提 出CCHP(Comb ined Cooling Heating and P ower)系统的概念，即冷热电联产系 统。并且预测这种高效节能、环保的系统将成为21世纪解决城市大型建筑和独 立小区冷、热、电供给的首选方案必。冷热电联产是在热电联产的基础上发展起来的。从能量观点来看，冷热电联 产系统中，将热电分产中发动机损失的热量大部分输入供热系统，这样就大大提 高了一次能源的利用程度。同时，将吸收式制冷机组与热电联产结合使用，稳定 了用户的用热量，增大了发电设备夏季的发电量，有助于改善电站运行效果，提 高了机组的运行效率和用电经济性。冷热电联产系统作为一种新型的能源生产模式,在国内外的发展和研究已有 天津大学博士学位论文第一章绪论近半个世纪的历史。目前美国已有6000多座燃气驱动的冷热电联产能源站，仅 大学校园就有200多个，其中包括麻省理工学院热电厂、普林斯顿大学热电厂、罗德格斯大学牛布朗斯维克校园热电厂和马里兰大学冷热电联产系统等几个著 名冷热电联产示范基地【。1998年，欧洲第一套冷热电三联产机组在葡萄牙首 都里斯本的世博新村投入使用，西班牙、丹麦、意大利、瑞典、法国和德国的 冷热电联产技术发展也很迅速，目前法国和瑞典是欧洲区域供冷发展最成熟、技 术最先进的国家1。日本由于本国能源缺乏，政府对提高能源效率的冷热电联产 技术十分重视，目前日本已成为世界规模最大的区域冷热电联产国家之一。1990 年，韩国汉城政府委托芬兰科诺能源有限公司为汉城Bundang、Anyang、Lisan、Bucheong和Suseo五区及卫星城建造了当时世界最大的区域冷热电联产系统，该工程总热负荷为4290MW、总制冷量为1120MWll8,o目前，我国许多城市也 将冷热电联产技术应用于工程中，如济南顺化玉小区的冷热电联产项目、北京市 热力公司冷热电联产项目、哈尔滨制药厂冷热电联产项目、大连香海热电厂工程 以及上海浦东机场、上海理工大学“能源岛”、广州大学城以燃气为能源的冷热 电联产系统项目等由同。1冷热电联产系统（CCHP）梯级利用能源，具有节能、环保等特点，因而备 受关注。目前国内外学者对小型燃气型CCHP的进行了大量的研究，其中Satoshi Gamou附、张万坤凶、张士杰附和Yunh。Hwang网等通对小型燃气轮机、溟化 锂吸收式机组、压缩式制冷机组和余热锅炉等组成的冷热电联产系统进行了研 究，通过建立数学模型，对冷热电联产系统优化配置和运行策略进行了分析，改 善了冷热电联产系统的总体性能。刘莉阎、王如竹等四、HeejinCho1271,董磊回 和杨承明等对微燃机冷热电联产系统经济性、系统综合评价模型以及运行优化方 法进行了分析，提高了冷热电联产系统优选方案的准确性。Kong XQ等阳和冯 志兵川通过试验测试和理论计算的方法，对不同形式的微型冷热电联产系统变工 况性能进行了研究，结果表明微型冷热电联产系统的一次能源耗率随着热负荷的 增加而减小，系统在高负荷时具有明显的节能优势，并且单独采用总利用效率、经济加效率、当量烟效率和节能系数不能对冷热电联产系统进行合理的评价。1.1.3电厂余热资源利用存在的问题为了提高电厂能源效率、节能减排和降低发电成本，对电厂内余热资源利用 研究做了大量的工作。但是目前仍存在一些问题：（1）目前采用溟化锂吸收式热泵技术回收凝汽器中冷却循环水等低温余热 时，大多采用单效溟化锂吸收式热泵机组制备出约85C的热水，用以冬季采暖,运行模式单一，且低温余热回收效率较低。此外，电厂内锅炉给水目前大都采用 天津大学博士学位论文第一章绪论蒸汽-水换热器进行加热，高品位热源未能得以梯级利用，而且热效率较低.（2）冷热电联产系统中，供热系统和供冷系统一般采用换热器和溟化锂吸 收式制冷两套设备，设备利用率低。冬季采用换热器供热，热效率较低，夏季采 用溟化锂吸收式制冷时，需采用一套冷却塔系统，增加设备初投资，而且将机组 排放热直接排放至大气中，浪费了大量的低温余热资源。双效溟化锂吸收式热泵可以只采用一套设备，实现夏季制冷和冬季供热的功 能，而且与单效溟化锂吸收式热泵相比，制热效率高。因此，采用双效澳化锂吸 收式热泵作为冷热电联产系统的供冷、供热设备，不仅可以减少一套换热器供热 设备，节省了初投资，而且可以回收余热，提高机组供热效率。1.2吸收式热泵技术研究现状吸收式热泵是一种采用热能直接驱动，利用低品位热源，实现将热量从低温 热源向高温热源输送的循环系统，是一种回收利用低品位热能的有效装置，具有 节约能源、保护环境的双重作用。吸收式热泵根据工作特性可分为两种：第一种吸收式热泵（Ab sorption Heat P ump,简称AHP）,也称为增热型热泵，是利用高温热源驱动，把低温热源的热 能提高至中温，从而提高热能的利用效率冈;第二种吸收式热泵（Ab sorption Heat Transformer,简称AHT）,常称为升温型热泵，是利用中低温热能驱动，制取热 量少于但温度高于中温热源的热量，将部分中低温热能转移至更高温位，从而提 高热能的利用品位田】。第一种溟化锂吸收式热泵循环与溟化锂吸收式制冷循环相同，只是制冷循环 是利用蒸发器获得冷量，吸收式热泵不仅可以利用机组蒸发器获取冷量，还可以 利用冷凝器和吸收器获得热量。第 种吸收式热泵示意图如图1-1所示。图1-1第一种澳化锂吸收式热泵示意图工作在三个温度范围内的简单循环吸收式热泵概念由Altenkieh于1913年提 天津大学博士学位论文第一章绪论出回。但吸收式热泵理论直到20世纪七八十年代世界面临能源危机时才被人们 所注意。1976年，美国BCL.(Battele Coiumb er Lab s)提出了吸收式热泵的概念 并进行了市场预测，肯定了吸收式热泵技术的实用价值1均。1981年，B.C.L与 A.C.Co(Adolph Coors Company)合作共同开发了较为完善的吸收式热泵，并于 1983年开始正式成套生产这种装置。德国自2005年以来，在多个项目中采用吸收式热泵技术回收低温余热阙。2005年在德国南部市政废物处理厂利用单级吸收式热泵回收有机废物处理过程 中产生的废热。2007年，德国慕尼黑一新建约有300单元的居住建筑在原有采 用的太阳能辅助区域供热系统中增设了一台吸收式热泵,使得太阳能辅助系统使 用温差从原有的45*C增至8(TC,提高了太阳能蓄热罐存储效率。能源紧缺的日本，对吸收式热泵技术也进行了大量的工作，尤其是在吸收式 热泵的制造应用方面。自1981年以来，日本的三洋公司已使用了 20多套吸收式 热泵装置，有的已成功运行数十年。我国从20世纪80年代中期开始了吸收式热泵方面的研究工作。90年代，上海交通大学为上海溶剂厂研制了 30万kcal/h的演化锂高温吸收式热泵，用于 回收塔蒸饰过程中水蒸气的潜热。此后，胜利油田与石油大学共同开发完成了利 用第一种吸收式热泵和钛管式换热器回收胜利油田污水余热项目。该项目是国内 首创将吸收式热泵技术回收余热资源用于民用采暖。2008年，清华大学、赤峰 富龙热力有限责任公司和清华城市规划设计研究院在穆家营镇政府热力站安 装了2台吸收式热泵机组用于加大一次网供回水温差，降低一次网循环阻力；在 赤峰富龙热电厂建设新型供热首站，安装了双效、单效、大温升吸收式热泵各一 台及汽水换热器1台，实现了一次网回收梯级加热，最大限度地回收电厂循环 水余热，提高能源利用率。江苏双良集团于2009年在山西阳煤集团安装使用了 6台30MW吸收式热泵系统，通过回收热电厂冷却水热量，为约144万n?采暖 面积供热，并于20n年在大同热电公司安装了 10套35MW的吸收式热泵机组,回收电厂余热，实现电厂约279万m2的供热。近几十年来，国内外学者对吸收式热泵系统的研究及取得的进展主要集中在 吸收式热泵不同循环系统及其热力学性能分析研究、吸收式热泵机组传热传质机 理研究和吸收式热泵变工况性能研究等方面。1.2.1 溟化锂吸收式热泵循环系统研究为了进一步提高溟化锂吸收式热泵机组性能，许多学者在传统的单级闭式循 环吸收式热泵系统基础上，对热泵系统循环形式进行了改进。Vincenzo Tufanoa)对第一种和第二种吸收式热泵结合的HP T系统性能进行-6-天津大学博士学位论文第一章绪论了分析，该系统是将第二种吸收式热泵吸收器制取的热量作为第一种吸收式热泵 蒸发器所需的低温热源，其流程示意图如图1-2所示。结果表明，HP T系统性能 优于单一吸收式热泵，且与第一种吸收式热泵相比，在采用较低的低温驱动热源 时可以制备出较高品位的热。Seong网设计了一台5000kW的单效溟化锂吸收式热泵用以回收30C40 C化工厂废热，并通过模拟和实验分析了不同设计参数和运行条件对系统性能的 影响。研究结果表明，蒸汽热源温度对性能COP(Coefficent of P erformance)的影 响较小，但制热量随着热源温度的升高而增加；随着热水温度升高，制热量有所 降低而COP变化较小；机组COP随着热水或废热水流量的减小而降低；溶液循 环量增加，制热量增加而COP降低；机组性能COP受溶液热交换器的面积影响 较大。图1-2第一种和第二种结合的吸收式热泵系统(HPT)流程示意图Gustavo R.Figueredo和LGreiteP40初介绍了一种双温位双级溟化锂机组，其 循环示意图如图1-3所示。该机组不仅夏季可以采用压力为lOb ar、温度为160 C的过热蒸汽为驱动热源双级工况制冷和采用由太阳能集热器提供的约为90 的热水为驱动热源单级工况制冷，而且冬季可以采用17(TC蒸汽为驱动热源进行 双级工况制热。随后，姜秀华网开发的单双效结合运行的溟化锂第一类吸收式热 泵机组，克服了溟化锂第一类吸收式热泵供热系统中机组模式单一化、运行效率 低的特点，提高了设备和能源的利用率，具有良好的节能效益和经济效益。Magnus Hulten43,P rasanta Kumar SatapathyM和 MJelinek闽先后对压缩吸 收式循环及其性能进行了分析研究。其中，MJelinek在传统的工作在三个压力 之间的压缩吸收式循环基础上,用压缩机和混合装置代替传统的压缩吸收式循环 的喷射器，示意图如图1-4所示。经过分析比较，改进后的压缩吸收式循环发生 温度降低、性能系数COP提高、循环倍率减小，因此改进后机组可以减小机组 尺寸并且可以采用太阳能等低品位热源作为机组的驱动能源。李华玉和韩吉才网对复合式吸收式热泵机组在热电联产系统中应用进行了 技术、经济分析研究。结果表明，复合式第一类吸收式热泵机组在回收低温余热-7-天津大学博士学位论文第一章绪论方面优势明显，综合性能系数可达到1.6以上，一次能源利用率提高了 30%左右,具有投资回收期短等优势。图1-3双级漠化锂机组流程示意图图4改进后工作在三个压力之间的单效吸收式循环流程示意图1.2.2 漠化锂吸收式热泵循环名义工况性能及优化研究许多学者针对双效吸收式循环性能及其优化进行了大量的研究。GP.Xu和 YQ.Daig切早在1997年对蒸汽型双效串联循环和蒸汽型低温溶液热交换器前分 流吸收式制冷循环进行了热力及传热模拟计算，分析了溶液循环倍率及高、低温 溶液热交换器效率对机组性能系数COP和传热面积的影响，并根据分析结果对 机组进行了优化设计。刘婷婷网采用夹点温差分析法对直燃型吸收式冷水机组和 蒸汽型吸收式冷水机组进行了优化分析。Chen(49k黄跃武53和Geb reslassie1511 等以机组性能或总传热面积为目标参数对吸收式机组进行优化。天津大学博士学位论文第一章绪论M.de Vega*0设计了一台发生器、冷凝器和溶液热交换器均采用板式换热器，制冷量为7.5kW的单效吸收式制冷机组。由于机组采用换热系数较高的板式换 热器，单位机组体积可以制取更多的冷量，机组性能也所有提高，在室外温度为 20C时机组性能系数COP可高达0.8e邱中举网选用加石墨的聚丙烯塑料作为双效溟化锂吸收式热泵机组低温溶 液换热器的材料,设计了一台第一种双效溟化锂吸收式热泵机组用于回收电厂冷 凝水余热。通过实验和理论分析表明，溟化锂吸收式热泵系统可以利用电厂30 C45C冷却水作为低温热源，制热系数在2.2以上。上述吸收式机组优化的目标函数都没有考虑经济因素的影响。2001年，Ali KodW541将有限时间段热经济优化方法闽应用于不可逆吸收式制冷和热泵机组 优化分析中，分析了不可逆吸收式制冷和热泵机组最优设计和运行条件。R.D.Misra6为以机组整体成本最小为优化目标函数，对蒸汽型单效和双效溟化锂循 环系统进行了热经济性分析。Berhane H.Geb reslassiel以期望总成本和投资金融 风险最小为优化目标函数，对不确定条件下吸收式制冷系统的经济性能优化进行 了分析。1.2.3 漠化锂吸收式热泵热质传递机理研究溟化锂吸收式热泵是一台换热器的集合体，除了发生器通常采用沉浸式换热 外，吸收器、蒸发器和冷凝器均采用水平管束降膜流动的传热传质方式，减少静 液柱高度对换热器传递性能的影响。1.降膜流动模态研究现状水平管外降膜流动是传热部件中常见的传热方式之一。当降膜流动从一根管 下降至另一根管时，管间通常可以观察到滴状流动、柱状流动或连续液帘状流动 等不同的流动模态，如图15所示久不同的降膜流动模态，将会引起不同的降 膜传热传质机理。图1-5水平管束间降膜流动模态（,前状，（b）柱状，（c）帘状J.Mitrovi/91对绝热无相变水平管束降膜流动模态进行了实验研究，结果表 明降膜流动的流态取决于流体的物理性质、管间距和流量。采用水为工质时，滴 天津大学博士学位论文第一章结论状转为柱状模态时Re约为150-200,柱状转为帘状模态时Re为315-600。Hu和Jacob i通过实验观察了水平管束降膜流动特性和模态转变，提出 了新的降膜模态分类方式，分为：滴状、滴状柱状、叉排柱状、顺排柱状、柱 状-帘状和帘状等儿种模态，并给出了简化的模态转变公式；同时通过分析流体 模态对降膜显热传热的影响，得出了过冷传热与不同模态间的相关性。随后，Jean-Francois Roques和John R.Thomes燧过分析比较水、乙二醇 和乙二醇水溶液在光管、19fpi、26初和40fpi四种水平管束模态转变，结果表明 光管和高密度翅片管具有相似的模态转变阈值，但19fpi和26fpi的转变阈值较 大。王书中通过实验研究分析了不同流体在四种高效管（波纹管、花形管、Turb o C管和Turb o E管）的模态转变，并与光管进行了比较。此外，S.Hari65 和A.M.I.Mohame466】等分析了水平旋转管上降膜流动的模态转变。2.降膜吸收研究现状在吸收式热泵或吸收式制冷机中，吸收器一般采用冷却水在管内流动，溟化 锂溶液喷淋在管外依靠重力降膜流动的传热传质形式。在吸收器内的降膜吸收过 程是一个二元溶液两相流动、传热传质相互影响、相互耦合的热力过程。Nakoryakov和仃日8区阈最早提出了沿绝热且不可渗透垂直平板的光滑 层流薄膜稳定吸收过程模型，此后层流、薄膜流动的相关假设仍被其他许多学者 采用，如Grossman169m于1983和1987年在上述假设条件下，对速度场为完全 发展的层流Nusselt溶液的垂直绝热和恒壁温等膜厚降膜吸收过程进行了分析。Md.Raisul Islam叩建立了水平圆管吸收器传热传质耦合模型用以求解传热传质 系数，结果表明质传递系数与实验结果相差在10%以内，冷却水温度变化模拟值 与实验值相吻合。Nitin Go/72建立了同时考虑汽液两相传质阻力的情况下薄平 板逆流降膜吸收器吸收模型，并采用有限差分法进行求解。结果表明，传质阻力 主要取决于液相侧，在吸收过程中界面温度一直高于主体液体温度。最初许多学者如Md.Rausul Islam。和P apia Sultana网是将水平管束上降膜 吸收简化为平板层流吸收进行求解，并且忽略了溶液在管间流动区域的蒸汽吸 收。从MJ.Kirb y网开始将降膜吸收分为降膜区域、液滴形成区域和液滴自由降 落区域，如图1-6所示，并基于吸收过程质量守恒和能量守恒，对这三个区域分 别建立模型。其中，液滴自由降落区域是将液滴简化为理想化球形液滴。模拟结 果表明，液滴形成区域和液滴降落区域对整个吸收过程影响很大。随后，Icksoo Kyung闽采用类似方法对水平光管管束LiBr/H2O降膜吸收进行了模拟，并通过 与实验数据比较验证了模型的正确性。汪磊磊阀在建立液滴降落区域模型时，利 用不同降膜流量下管间液滴的发展预测曲线代替了上述模型采用的理想化球形-10-天津大学博士学位论文第一章绪论液滴液。Victor1771.王书中附和汪磊磊网等对溟化锂溶液水平管束降膜吸收传热传质 性能开展了多因子实验研究，通过对溶液喷淋流量、溶液温度、溶液浓度、冷却 水温度和冷却水流量等因子分别取高低水平组合，分析了各种组合实验条件下传 热传质系数变化趋势，并以函数公式进行了描述。Y.Nagaoka1791.J.I.Yoon即）、ECosenza网、LHofifmannn和汪磊磊闽等对采用表面增强管（如波纹管、肋片 管和纵槽管等）和添加表面活性剂等增强吸收措施进行了实验研究，分析了对吸 收器传热传质系数的影响。图1-6水平管束间降膜流动区域划分3.降膜蒸发研究现状降膜式蒸发器技术诞生于1848年，并于1888年申请了专利18叫在空气调节 和制冷方面，相对满液式蒸发器而言，降膜蒸发器具有液体充注量少、体积小、传热系数高、蒸发压降小和制冷费用低等优点，图1-7给出了满液式蒸发器与降 膜蒸发器对比示意图。皿 UMe图7满液式蒸发器与降膜蒸发器对比示意图目前，降膜蒸发器的研究主要是围绕水、盐水、乙二醇水溶液、R-ll、R-134a、R-113等流体在单管表面的降膜蒸发、增强管表面降膜蒸发的实验研究以及水平-11-天津大学博士学位论文第一章结论管束布置、布液器等对降膜蒸发的影响。Mitrovic J【“】、M.-C.Chyu阀、Fuiita Y186和Liu网等对水平管降膜蒸发进 行了模拟和实验研究，结果表明液体流量的增加会使传热系数有所减小，当减少 到最小值后，又会因为流动模态从层流转变为素流而增加；管径对降膜式蒸发器 传热系数的影响主要体现在管径的变化改变了降膜边界层的发展长度以及液体 的碰撞区域，在低