溴化锂吸收式制冷.doc

2011 建环生产实习报告 5

溴化锂吸收式制冷

吸收式制冷是液体气化制冷的一种形式，它和蒸汽压缩式制冷一样，是利用液态制冷剂在低温低压下气化以达到制冷的目的。所不同的是：蒸汽压缩式制冷是靠消耗机械功（或电能）是热量从低温物体向高温物体转移，而吸收式制冷则是靠消耗热能来完成这种非自发过程的。
吸收式制冷的基本原理
如下图表示出了吸收式制冷的基本原理。蒸汽压缩式制冷机的整个工作循环包括压缩、冷凝、节流和蒸发死个过程，其中压缩机的作用是，一方面不断的将完成了吸热过程而气化的制冷剂蒸汽从蒸发器中抽吸出来，是蒸发器维持低压状态，便于蒸发吸热过程能持续不断地进行下去；另一方面，通过压缩作用，提高制冷剂的压力和温度，为制冷剂蒸汽向冷却介质（空气或水）释放热量创造条件。

两类制冷剂相比较，流程是相同的，所不同的是蒸汽压缩式制冷系统中的压缩机被发生器、吸收器和溶液泵组成的溶液循环系统所取代。吸收式制冷机中的溶液是由两种沸点不同的物质组成的，低沸点的物质是制冷剂，高沸点的物质是吸收剂。溶液循环代替了压缩机的工作过程。因此，吸收式制冷机的工作过程实际上由两个循环完成，积制冷循环和溶液循环。
制冷循环：从发生器出来的高压制冷剂蒸汽（可能会含有少量的吸收剂蒸汽）在冷凝器中冷凝成高压制冷剂液体，释放出冷凝热量Qk被冷却介质带走。高压液体经节流阀节流到蒸发压力下的液体，进入蒸发器中汽化吸热，产生制冷量Qo，低压蒸汽被吸收器吸收。
溶液循环：吸收器中的稀溶液吸收蒸发器来的低压蒸汽而成为浓溶液。吸收过程使制冷剂转化为液体，吸收过程放出热量被冷却介质带走。吸收器中浓溶液经溶液泵提高压力，并输送到发生器中，在发生器中利用蒸汽或热水对浓溶液进行加热（输入热量Qh）浓溶液中的低沸点制冷剂气化成高压蒸汽。
吸收式制冷的循环溶液
吸收式制冷机中常用二组分溶液，习惯称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂。
对于吸收剂，应有如下特性：
1有强烈吸收制冷剂的能力；
2在相同压力下，它的沸腾温度应比制冷剂的沸腾温度高得多；
3不应有爆炸、燃烧的危险，并对入体无毒害；
4对金属材料的腐蚀性小；
5价格低，易获得。
以常用的溴化锂水溶液为例，溴化锂水溶液的特性
　　 1. 溴化锂具有强烈的吸水性；
　 　2. 溴化锂水溶液具有很强的吸湿性；
　 　3. 溶液温度过低或浓度过高，均易发生结晶；
　 　4. 对金属具有较强的腐蚀性；
　 　5. 无毒，对人体无害。
单效溴化锂吸收式制冷流程与结构
如下图为单效溴化锂吸收式制冷系统的流程

标准的单效溴化锂吸收式制冷机，一般是以0.1MPa的低压蒸汽或75℃以上的热水作为驱动热源的。它的优点是体积小、结构紧凑、操作简单、使用热源的品位较低、造价便宜，但其性能系数较低，一般只有0.7左右。
      单效溴化锂吸收式制冷机主要由以下部分组成：
      1)发生器 其作用是使从吸收器来的稀溶液沸腾浓缩，产生冷剂蒸汽和浓溶液；
       2)冷凝器 其作用是使发生器产生的冷剂蒸汽冷凝成冷剂水并送往蒸发器；
      3)蒸发器 其作用是使冷剂水蒸发吸热，供出低温冷媒水；
      4)吸收器 其作用是使发生器来的浓溶液吸收蒸发器来的冷剂蒸汽产生稀溶液；
      5)溶液热交换器 其作用是使从吸收器来的低温稀溶液和从发生器来的高温浓溶液之间进行热量交换，从而减轻发生器和吸收器的热负荷，提高机组的性能系数。
      6)其他装置 主要有使溶液和冷剂水循环的溶液泵和冷剂水泵，抽出机内不凝气体并产生高度真空的抽气装置以及冷量调节系统等。
      从溴化锂吸收式制冷机的原理可知，发生器和冷凝器的压力较高，而吸收器和蒸发器的压力较低，因此，通常把发生器和冷凝器布置在一个空间内，而把吸收器和蒸发器布置在另一个空间内。
      又由于溴化锂吸收式制冷机工作时处于高真空状态下，因此都把它的外壳设计成圆筒形结构。把高压部分布置在上方，低压部分布置在下方，中间用溶液槽隔开，如图所示。

单效溴化锂吸收式制冷机的性能分析
单效溴化锂吸收式制冷机的性能较差，其性能系数(COP)较小，一般只有0.7左右。影响其性能的主要有以下一些因素：
一、 不凝性气体对制冷机性能的影响
      "真空是溴化锂吸收式制冷机的第一生命"，溴化锂吸收式制冷机是在高真空状态下工作的制冷设备，有些机组的制冷性能不稳定或达不到设计能力的一个主要原因，就是机组真空问题没有解决好。对于溴化锂吸收式制冷机来讲，真空度的高低实质上是机组内不凝性气体被抽除多少的反映。
      机组系统内不凝性气体的来源大致如下：机组启动时，机组内空气未完全抽尽；空气通过管路连接处、焊缝、阀门等处泄漏到机组内；在机组内，由于溴化锂溶液对金属材料的腐蚀而产生的氢气。机组内存在不凝性气体，主要影响吸收过程，使传热、传质减弱。外部漏入制冷机的空气与制冷机内因金属表面腐蚀所释放的氢气等均属不凝性气体。这些气体都不能凝结，也不会被溴化锂溶液吸收。当它们附着于冷凝器的传热管表面时，增加了传热热阻，提高了冷凝压力，使发生器压力随之增大，减小了发生器的产汽量，使制冷机的制冷量下降。不凝性气体存在于吸收器中时，减少了吸收过程中水蒸气被吸收的质推动力，使传质系数减小，传质过程恶化，制冷量明显下降。不凝性气体积聚越多，制冷量下降越厉害，有时甚至会达到不能制冷的地步。
二冷剂水中溴化锂的含量对制冷机性能的影响
      溴化锂吸收式制冷机因发生器容汽空间的垂直高度太小，冷剂蒸汽的流速太高或挡液板结构不良，或者由于加热蒸汽压力突然升高，稀溶液浓度较低，溶液的pH值太大，冷却水温度太低等原因而造成发生器中溶液强烈沸腾，使发生器中的溴化锂液滴被冷剂蒸汽带入冷凝器；吸收器溴化锂液滴也有可能溅入蒸发器，造成冷剂水污染。可以从蒸发器液囊视镜观察冷剂水的颜色，发现冷剂水带黄色时，有污染之疑。这时可通过冷剂水取样阀取样，测定冷剂水的密度，若测得的密度不大于1.04kg/l时，一般不作处理；当大于1.04kg/l时，可通过冷剂水旁通阀使冷剂水再生，直至冷剂水的密度达到合格。
 三、表面活性剂对制冷机性能的影响
      为了提高溴化锂吸收式制冷机中传热，传质效果，提高制冷机的性能，目前广泛地添加一定的有机物质----表面活性剂，在溴化锂溶液中添加0.1%的辛醇，可以使制冷量提高10%～15%。在溴化锂溶液中常用的表面活性剂有异辛醇或正辛醇，它们在常压下均为无色有刺激性气味的油状液体，几乎不能溶解于溴化锂溶液。在加热蒸汽压力较高的两效溴化锂吸收式制冷机中，由于加热温度较高，辛醇在较高温度下要分解，可改用氟化醇。它们的强化机理如下：
      (一)提高吸收效果
      添加表面活性剂后提高了吸收效果。这是因为添加辛醇后，溶液的表面张力大幅度下降，使溶液与水蒸气的结合能力增强，这意味着吸收效率的提高；另外，添加辛醇后，溴化锂水溶液的分压力降低，吸收推动力增大，提高了吸收效果。
      (二)增强传热 
      添加表面活性剂后，冷凝器由膜状凝结变为珠状凝结，提高了冷凝效果，添加辛醇后起到了改善凝结表面的作用。由于辛醇可以使铜管受热面完全润湿，含有辛醇的水蒸汽与铜管受热面接触后，随后形成一层液膜，水蒸气在辛醇液膜上呈现珠状凝结。珠状凝结的放热系数可比膜状凝结提高两倍以上，因而提高了冷凝器的传热效果。一般添加0.1%～0.3%已能满足要求。
工作参数对制冷剂性能的影响
一、 工作蒸汽压力的影响
当工作蒸汽压力升高而其他条件不变，这时将导致溶液的温度升高，蒸汽发生量增加，发生器出口浓溶液浓度增加，冷凝器热负荷也增加；但由于冷却水进入机组的流量、温度不变，必然导致冷凝压力有所升高。在吸收器内，浓溶液吸收蒸汽的能力增加，吸收器的热负荷增加，因冷却水流量及进水温度不变，导致吸收器出口冷却水温度升高，而使稀溶液的温度升高。
虽然工作蒸汽压力的提高对溴化锂吸收式制冷机的制冷量和性能系数的提高都有利，但太高的温度，浓溶液浓度太大，容易发生结晶现象。因此，单效溴化锂吸收式制冷机的工作蒸汽压力一般控制在0.02~0.1Mpa（表压）；热水温度控制在90~150℃范围内。
二、 冷却水温度与流量的影响
当冷却水温度降低，而其他条件不变时，将使吸收器内溶液温度下降，吸收能力增强，则导致蒸发器内压力下降，蒸发量（制冷量）增加。虽然冷却水温度下降，对溴化锂吸收式制冷机性能提高有利，但太低的冷却水温度导致溶液热交换器浓溶液出口温度太低而可能发生结晶现象。
三、 冷冻水温度与流量变化的影响
当空调负荷变化时，制冷剂冷冻水进口温度将发生变化。如果空调冷负荷减少，则冷冻水回到制冷机的温度将降低，蒸发器传热温差减小，导致蒸发量减少。
单效溴化锂吸收式制冷机的调节
一、 工作蒸汽调节法
降低工作蒸汽的压力或减少工作蒸汽流量均可减少冷剂水蒸气的发生量，从而降低制冷机的制冷量。这种调节方法简单，容易实施，安全可靠缺点是随着制冷量的下降，机组的性能系数也下降，尤其在负荷低于50%时更甚。
二、 凝结水流量调节法
控制工作蒸汽的凝结水流量也可以达到调节制冷量的目的。若把凝结水管上的调节阀关小，则减少了凝结水的排出量，发生器传热管内的凝结水将逐渐积聚起来，减少了发生器的传热面积，从而通过发生器的热负荷来调节制冷量。
三、 冷却水流量调节法
通过调节旁通制冷机的冷却水量来调节制冷机的冷却水量，从而达到改变制冷量的目的。这种方法的缺点是制冷量变化较小而要求冷却水量变化很大，从而导致冷却水出口温度显著升高，促进水垢生成和腐蚀，这种调节还使制冷剂的性能系数降低。
直燃型溴化锂吸收式制冷机
直燃型溴化锂吸收式冷热水机组是直接利用燃气、燃油热量的吸收制冷和制热设备。
 直燃型溴化锂吸收式制冷机适用于以下地区：
　　 1．用户所在地区具有丰富的燃油，燃气资源；
　　 2．当地环保要求不允许采用燃煤锅炉，且用电紧张或电费昂贵；
　　 3．燃油、燃气均可使用的场合，应认真研究、权衡使用燃气或燃油的得失。一般优先考虑使用城市煤气，若无城市煤气供应时，应考虑使用轻油。重油的含硫量较高，一般不宜采用。