溴化锂吸收式制冷系统的分析

溴化锂吸收式制冷系统的分析

近年来，人们一直在关注气压式和溴化钛式冷系统的能耗。国内外许多同行都在这方面做出了大量的工作，但这些研究主要集中在平面设备本身的能量分析和经济性上。由于蒸气压缩式和溴化锂吸收式制冷系统耗能的形式不同,无法根据各自的电能和热能消耗直接进行比较。如果把蒸气压缩式制冷系统消耗的电能和溴化锂吸收式制冷系统消耗的热能和电能均折算成一次能源(煤、石油、天然气),就可以用一次能源能效比PEER(即单位一次能源消耗所能够制取的冷量)进行比较。本文从热力学和经济学角度出发,分析比较了蒸气压缩式和溴化锂吸收式制冷系统一次能源能效比和单位冷量成本。这样既反映了各类制冷机组的技术水平,又反映了能源费用、设备投资及其使用寿命等经济因素,为工程决策者选择经济合理的制冷系统提供了理论依据。1冷系统的能量经济分析1.1nbd1d蒸气压缩式制冷是利用锅炉产生的蒸汽驱动汽轮发电机组,由汽轮发电机组发电驱动制冷装置的,其供电、制冷原理如图1所示。耗电量包括制冷机组耗电、冷冻水泵耗电、冷却水泵耗电和冷却塔风机耗电等。蒸气压缩式制冷系统的一次能源能效比PEER和单位冷量成本Cp为:ΡEER=Q0Νin+Νlb+Νlf×ηb×ηp×ηe×ηf×ηd(1)PEER=Q0Nin+Nlb+Nlf×ηb×ηp×ηe×ηf×ηd(1)Cp=Cw×(Νin+Νlb+Νlf)+CRQ0(2)Cp=Cw×(Nin+Nlb+Nlf)+CRQ0(2)CR=α×ZR(3)式中Q0——制冷系统年制冷量,kWh/a;Nin——制冷机组年耗电量,kWh/a;Nlb——冷冻水泵和冷却水泵年耗电量,kWh/a;Nlf——冷却塔风机年耗电量,kWh/a;ηb——电厂锅炉热效率(0.92);ηp——管道热效率(0.95);ηe——汽轮机绝对有效效率(0.40);ηf——发电机效率(0.96);ηd——输配电效率(0.95);Cp——单位冷量成本,元/kWh;Cw——当地电价,元/kWh;CR——制冷系统初投资年度化成本,元/a;ZR——制冷系统初投资,元,由设备费、设计安装费、电力增容费和土建费等项组成;α——制冷系统的年费用折算系数,1/a,可取α=i1-(1+i)-nα=i1−(1+i)−n,式中i为年利率,n为设备使用寿命。1.2收式制冷系统cf蒸气双效型溴化锂吸收式制冷是利用锅炉蒸汽作为热源,驱动制冷装置的,其供能、制冷原理如图2所示。消耗的热能为锅炉蒸汽的热量,电能用于驱动冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、溶液泵、冷剂泵、真空泵等。蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷系统的PEER和Cp为:ΡEER=Q0Qgηg×ηp+Νg+Νa+Ν0+Νlb+Νlfηb×ηp×ηe×ηf×ηd(4)PEER=Q0Qgηg×ηp+Ng+Na+N0+Nlb+Nlfηb×ηp×ηe×ηf×ηd(4)Cp=Cf×mf+Cw×(Νg+Νa+Ν0+Νlb+Νlf)+CRQ0(5)Cp=Cf×mf+Cw×(Ng+Na+N0+Nlb+Nlf)+CRQ0(5)式中Ng——溶液泵年耗电量,kWh/a;Na——冷剂泵年耗电量,kWh/a;N0——真空泵年耗电量,kWh/a;ηg——工业锅炉热效率(0.65);Cf——单位质量蒸汽费用,元/kg;mf——蒸汽的年消耗量,kg/a;Qg——发生器吸热量,KWh/a。1.3风机、水泵、冷剂泵及水泵直燃型溴化锂吸收式制冷是靠轻油或燃气燃烧产生的热能,驱动制冷装置的,其供能、制冷原理如图3所示。消耗的热能为燃料燃烧产生的热量,电能用于驱动冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、溶液泵、冷剂泵、真空泵及燃烧器风机等。直燃型溴化锂吸收式制冷系统的PEER和Cp为:ΡEER=Q0Gr×qr+Νg+Νa+Ν0+Νr+Νlb+Νlfηb×ηp×ηe×ηf×ηd(6)Cp=Cr×Gr+Cw×(Νg+Νa+Ν0+Νr+Νlb+Νlf)+CRQ0(7)式中Nr——燃烧器风机年耗电量,kWh/a;Gr——燃料的年消耗量,kg/a;qr——使用燃料的热值,kJ/kg;Cr——单位质量燃烧费用,元/kg。2两组患者的能耗及运行费用根据对蒸气压缩式和溴化锂吸收式制冷系统的能量经济性分析,可对两类制冷系统进行能量经济性比较。以长沙地区为例,夏季室外平均温度twp=31.4℃,运行时数τ=2880h,选择30HR195型活塞式冷水机组、LSBLG1163型螺杆式冷水机组、19XL4243424CN型离心式冷水机组、SXZ6-116D型蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组和ZX-116型双效直燃型溴化锂吸收式冷水机组进行比较,制冷系统的年负荷、蒸汽或燃料的耗量和压缩机的耗功量均按制冷机的额定负荷进行计算,冷却水泵、冷却塔风机耗功量按满负荷运行计算。制冷系统的性能参数见表1。计算设备投资的年费用折算系数时,蒸气压缩式制冷装置的使用寿命取20年,溴化锂吸收式制冷装置的使用寿命取15年,年利率取12%,电力增容费取800元/kW。制冷系统的能量经济性比较结果见表2。从表2可以看出,在额定工况条件下,蒸汽压缩式制冷系统的一次能源能效比普遍高于溴化锂吸收式制冷系统,其中离心式最高为1.37,双效直燃型最低为0.72;在这几种制冷系统中,直燃型溴化锂吸收式制冷系统的单位冷量成本最高,为0.366元/kWh,其次是活塞式制冷系统,为0.214元/kWh;而螺杆式、离心式、双效蒸汽型制冷系统的单位冷量成本相对较低。3次能源驱动下的能耗及单位冷量成本(1)在额定工况条件下,蒸汽压缩式制冷系统的一次能源能效比普遍高于溴化锂吸收式制冷系统,其中离心式制冷系统的一次能源能效比最高。如果蒸气压缩式制冷系统和溴化锂吸收式制冷系统耗能均来自一次能源,由表2可知,应尽量利用一次能源发电后驱动蒸气压缩式制冷机才是比较经济合理的。大力推广直接利用一次能源热能的溴化锂吸收式制冷机组对提高整个国家的能源利用率是不利的。溴化锂吸收式制冷系统仅适用于电力供应紧缺而热能供应有余的场合。(2)制