小型直燃型吸收式机组的部分负荷运行

小型直燃型吸收式机组的部分负荷运行

直接燃料吸收装置不采用cfc冷容量技术，以高热值的燃料和气体为电源，具有良好的隔热性能，对环境无影响等优点。随着气体资源的不断开发，直接燃料吸收站具有广阔的发展前景。在实际应用中，吸收站不总是满负负荷。特别是在使用于空调系统的情况下，由于空调负荷随季节和用户需求而变化，系统通常会在部分负荷条件下运行。为确保装置中的水温和湿度基本上固定，当用户终端负荷发生变化时，必须调整设备的运行条件。目前吸收式机组的部分负荷运行都采用能量调节的方法.Ogasawara对一蒸汽型的吸收式机组,进行加热蒸汽量控制,使发生器的加热量呈指数规律下降至稳定值.Jeong对一太阳能驱动的热水型机组,通过调节热水流量来进行负荷调节.JunSano等对一燃气型机组的加热量进行了正弦规律变化和阶跃变化控制.他们都研究了系统的动态特性,但未能揭示动态过程中系统各部件间的相互耦合关系,以及部件中各种参数的变化规律.直燃型吸收式机组使用的加热设备是燃烧器.在负荷变化时,应调节燃烧器的燃料耗量.在中型和大型机组中,一般配备有二级滑动式或比例调节式燃烧器,可进行燃料耗量的控制,因此机组可在25%～100%内进行能量调节.而对于小型直燃型机组,燃烧器只带有1个喷嘴,只能进行燃烧器间歇开停控制.本文对一小型的直燃型溴化锂吸收式机组,采用对燃烧器间歇开停控制的方式,控制燃烧器的点火和熄火,减少燃料耗量,实现部分负荷运行.1实验系统运行工况和程序图1所示为实验装置的系统简图.此系统为一双效倒串联溴化锂直燃型机组.运用FLUKE数据采集系统,进行动态数据采集.温度测量采用铂电阻及热电偶,压力测量采用CPCA型电容式绝对压力变送器,流量测量采用玻璃转子流量计.由于溴化锂吸收式机组有着易结晶的特性,故安全而经济的运行是部分负荷运行的宗旨.在实验过程中,先使系统在稳定工况下运行.在计时3min后,输入干扰信号,以20min为1周期,进行燃烧器间歇开停控制.其中燃烧器熄火停机5min,点火运行15min,如图2所示.当燃烧器燃油喷嘴稳定工作时,燃油量稳定.这种控制方式可实现约75%的能量调节.实验运行参数:溶液循环量0.240m3/h,冷却水流量9000kg/h,冷媒水流量4100kg/h,冷剂水喷淋量0.600m3/h.在稳定运行过程中,燃油量2.500kg/h.2结果与分析2.1高压发生器的特性图3所示为高压发生器的压力随时间的变化过程,图4所示为高压发生器的进出口溶液温度变化过程.在稳定运行时,高压发生器的压力约61.2kPa,溶液出口温度约148°C.在过渡过程中,高压发生器的压力及溶液的出口温度随着机组的间歇运行发生周期变化.在3min后第1个干扰信号输入,燃烧器熄火,高压发生器的压力迅速下降,时间延迟为零.压力的最低谷值在39.5kPa.在压力的下降过程中,又一个阶跃信号输入,燃烧器开始点火运行.无时间延迟,压力就开始上升,但上升速率低于前述下降速率.在第一个运行周期结束时,机组达到的最高压力峰值为56.8kPa,低于原稳定工作值.存在于高压发生器筒体中的大量溶液的热容以及由此形成的热惯性是形成压力上升速率低于下降速率的原因.在稳定工作时,高压发生器中的溶液在高温与高浓度状态下工作,产生的蒸汽为相应平衡状态下的高压蒸汽.当熄火后无加热量,蒸汽不再剧烈产生,但排向低压发生器的蒸汽量仍持续较大,故筒体中的蒸汽量迅速减少导致压力快速下降,且筒体中的溶液温度与浓度也不断降低,低于原稳定工作值.当燃烧器再次开始运行时,只要当热量输入高压发生器,即有蒸汽产生.但此时产生的蒸汽为相应较低溶液温度和浓度平衡状态下的低压蒸汽,故筒体中压力上升缓慢.只有随着燃烧时间的延续,整个筒体中溶液的温度与浓度值均上升至原有的水平,压力上升速度才能加快.故每个周期的压力上升速度低于下降速度.高压发生器溶液的温度与浓度在周期变化中呈整体下降趋势.从图4中可发现在第1、2个周期中,峰、谷值均有所下降,从第3个周期起,其峰、谷值趋于稳定.这说明了在前3个周期内,后1个周期中溶液的温度与浓度均低于前1个周期溶液的温度与浓度值,使压力波动呈下降趋势.从第4个周期起,温度与浓度值开始在一定区间内稳定变化,使压力在34.6～49.3kPa等幅区间内波动.图4中高压发生器溶液的出口温度变化与以上的分析一致.但温度变化发生了时间延迟,延迟值为1min.这是由于筒体中较多的溶液量以及筒体本身的热容的缘故.溶液进口温度也有周期变化,但周期变化受到了液面波动的干扰.高压发生器溶液的出口流量由高压发生器与吸收器间的压差所决定.在间歇运行过程中,压力的不断变化使得溶液的出口流量非常不稳定.为了避免液面的剧烈波动,必须对流量阀进行频繁操作.图5所示为排烟温度的变化情况.在原稳定工作阶段,排烟温度在148°C左右.在过渡过程阶段,排烟温度有明显的周期变化规律.温度下降过程与上升过程均表现为惯性环节.周期变化与压力相同,无时间延迟.机组中高压发生器是直接受到燃烧器影响的部件.与溶液相比,冷剂蒸汽与烟气的热容要小得多,故压力与排烟温度的变化领先于溶液温度.压力与排烟温度的变化与燃烧器的开停变化同步,几乎无相位差.在上述实验条件下,从满负荷稳定过程过渡到部分负荷稳定过程约需50min.2.2低压发生器的压力变化规律图6、7分别表示低压发生器压力与溶液进出口温度的变化情况.在稳定工作中,低压发生器压力约为6.5kPa,其溶液出口温度约为85°C.在接受到第1个干扰信号后,低压发生器压力变化的时间延迟为0.5min,低压发生器溶液的出口温度变化时间延迟为1.5min.与高压发生器相比,压力变化发生了时间延迟,压力波动比较平缓.只在前几个周期能观察到峰、谷变化,后几个周期压力值趋于稳定.溶液的出口温度周期变化与其压力基本一致,而进口温度有较大波动.由于低压发生器中的压力变化取决于低压发生器中产生的冷剂蒸汽量与蒸汽温度,也即与来自高压发生器的高压蒸汽和筒体中的溶液有关.在倒串联式的机组中,高压发生器出口的浓溶液先进入吸收器,在吸收器中吸收后成为稀溶液,再进入低压发生器,其中还分别途经高温与低温溶液热交换器.虽然高压蒸汽随着燃烧器的燃烧情况发生周期变化,但在溶液流动回路中,由于溶液流经部件及管路的蓄热与放热作用,温度与浓度的周期变化发生了衰减和延迟.在一定程度上减弱了低压发生器的压力周期变化.低压发生器溶液进口温度的不规则变化与高、低压发生器中的液面波动有关.2.3机组正常运行相关过程中冷量的变化图8所示为过渡过程中相对制冷量的变化情况.在原稳定工作阶段的相对制冷量为1.0.对燃烧器实行间歇控制后,相对制冷量发生上下波动,整体呈下降趋势,约在50min后趋向稳定.在整个动态过程期间,平均相对制冷量约为0.7,机组平均燃油量1.85kg/h,所消耗燃油量占原稳定工作燃油量的74%.这里表明了相对制冷量与燃油量比例、燃烧器间歇开停时间基本一致.在机组运行过程中,虽然燃烧器的运行是间歇的,但由于液囊中冷剂的存在,故蒸发器的工作是一个连续过程.制冷量发生波动的原因是吸收器的吸收情况发生了变化,也即与吸收器中的溶液温度与浓度有关.当机组间歇运行时,溶液温度与浓度在一定的范围内变化,故制冷量也有周期变化.在部分负荷工况稳定运行时,虽然机组产生的冷剂量在发生间歇变化,但只要在一个周期中,产生的冷剂量与蒸发的冷剂量保持平衡时,部分负荷工况就可以连续稳定运行.在间歇运行中,如何控制燃烧器开停的时间比较重要.若燃烧器停机时间过长,则在机组运行中,冷剂量会不断减少,冷剂液囊中液面过低,冷剂泵有吸空的危险.若燃烧器开机时间过长,在用冷负荷降低后,机组中冷剂量会不断增加,系统中溶液浓度不断升高,机组面临结晶的危险.这种对系统输入连续阶跃干扰信号的间歇开停控制,对系统的扰动比较大,使整个系统始终处于动态运行中,对调节较为不利.但对于小型的直燃型机组,为了降低生产成本,在不配备可调节型燃烧器时,可作为一种有效的调节方式.3实验设计与设备(1)小型吸收式直燃型机组可采用燃烧器间歇开停的方式,实现部分负荷运行.部分负荷的冷量与燃烧器的间歇运行时间及燃油量有近似线性关系.它从一个稳定工况过渡到部分负荷的稳定工况需较长时间,在实验范围内,其稳定时间超过燃烧器两个开、停运行周期.(2)在吸收式系统中,高压发生器