制冷技术 课件 第8章 溴化锂吸收式制冷系统

第八章溴化锂吸收式制冷系统>8.1溴化锂水溶液特性

溴化锂(LiBr)是无色结晶物，无毒，化学稳定性好，在大气中不变质、不分解和不挥发。溴化锂的分子量为86.856，

溴化锂溶点549℃，沸点1265℃，溴化锂水溶液是无色液体，有咸味。（1）溴化锂水溶液的特性（1）溴化锂水溶液的特性-溶解度析冰析盐共晶点饱和线8.1溴化锂水溶液特性（1）溴化锂水溶液的特性-吸收能力

溴化锂水溶液的水蒸气分压力很小。例如，ξ=58％的溴化锂水溶液，当t=32℃时，溶液的水蒸气分压力为475.3Pa，而纯水在32℃时的饱和蒸气压力为4753Pa，前者仅为后者的1/10。

溶液的水蒸气分压力小，表明溴化锂水溶液对水蒸气的吸收能力强。溴化锂水溶液的浓度愈高，温度愈低，它对水蒸气的吸收能力就愈强。8.1溴化锂水溶液特性（2）溴化锂水溶液的饱和压力-温度图A点溶液等压加热状态B。AB：发生器等压发生过程。C点溶液等压下吸收水蒸气并被冷却，则浓度减少状态D。此压力所吸收的水蒸气所对应的饱和温度为5℃（蒸发温度）。CD：吸收器等压吸收过程。

纯水温度（℃

）45℃5℃8.1溴化锂水溶液特性（3）溴化锂水溶液的比焓-浓度图溶液相平衡的水蒸气等压辅助曲线液相区等温线等压线

h-ξ图是进行吸收式制冷循环过程的理论分析、热力计算和运行特性分析的主要线图。

溴化锂水溶液的压力、温度、浓度和比焓这四个参数之间的关系8.1溴化锂水溶液特性8.2溴化锂吸收式制冷的工作原理蒸气压缩式吸收式电能热能相同点：液体气化吸热不同点：压缩机消耗电能，发生器消耗热能吸收式制冷工作原理图制冷剂循环溴化锂-水工质水溶液循环溴化锂水溶液8.2溴化锂吸收式制冷的工作原理制冷剂循环高压水蒸气低压液态水低压水蒸气溶液循环溴化锂稀溶液溴化锂浓溶液9.6kPa0.87kPa58%62%高压液态水吸收式制冷工作原理图8.2溴化锂吸收式制冷的工作原理8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.1溴化锂吸收式机组的性能特点

与蒸气压缩式机组相同，吸收式制冷与热泵在设计时必须先确定其设计工况，其设计工况主要包含三个方面：1.冷水（或热水）工况：出口温度、进口温度、流量2.冷却水（或低温热源水）工况：出口温度、进口温度、流量3.热源工况：视热源的类型不同，包括蒸汽压力、流量，或驱动热源水的进口温度、出口温度或流量，或燃料类型与流量，或余热烟气的进口温度、出口温度或流量等。

设计工况还包括冷水和冷却水侧的污垢系数，电源的类型、额定电压和频率等参数。8.3.1溴化锂吸收式机组的性能特点对于一台按照设计工况生产的制冷(热泵)机组，在实际运行过程中，往往其输出能力需要随着用户侧需求而变化，且外部工况也与设计工况存在偏差，因而需要了解吸收式机组的部分负荷特性和变工况运行性能。1、吸收式冷水机组的性能参数：制冷量、加热耗量、消耗电功率、性能系数2、部分负荷性能和变工况性能溴化锂吸收式机组在实际运行中，100%负荷时的使用时间很少，大多数时间运行在部分负荷工况和变工况条件下。在描述确定工况下的机组性能时，常以名义工况下的性能参数作为基准(100%)，用相对制冷量(或负荷率)、相对燃料耗量百分数来表示输出的制冷量和输人的能耗大小(相对制冷量为100%时，又习惯称为“满负荷")。8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.1溴化锂吸收式机组的性能特点（1）部分负荷性能直燃机制冷量与燃料耗量的关系右图给出了直燃机在部分负荷条件下运行时的制冷量与燃料耗量的关系，其测试条件为:①冷水出口温度7℃，流量为100%，蒸发器水侧污垢系数0.018㎡·

℃/kW;②冷却水流量为100%，其进口温度在100%负荷率时为32℃，20%负荷率时为24℃，中间温度随负荷减小呈线性变化，污垢系数为0.086㎡·

℃/kW。可以看出，直燃型溴化锂冷水机组在负荷率为25%-100%范围内运行时，机组的部分负荷性能系数比满负荷时高，但在负荷率小于25%时其性能系数才变差。25%25%8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.1溴化锂吸收式机组的性能特点（2）变工况性能——冷水温度右图给出了蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组性能随冷水出口温度的变化曲线。当蒸汽压力为0.6MPa,冷水和冷却水的流量为设计流量时：冷水出口温度降低

蒸发温度（压力）降低

吸收器吸收能力下降

稀溶液浓度增大

放气范围变小

制冷量和性能系数（相对单位耗气量）下降冷水机的冷水出口温度是在一定范围内变化的，温度过低会使稀溶液浓度升高引起溶液泵吸空和溶液结晶,蒸发温度过低会引起蒸发器液囊冷剂水冻结，同时制冷量急剧下降:温度过高，则会使蒸发器液囊的冷剂水位下降，造成蒸发器泵吸空，同时制冷量的上升也趋于平缓。8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.1溴化锂吸收式机组的性能特点（2）变工况性能——冷却水温度右图给出了蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组性能随冷却水入口温度的变化情况。当蒸汽压力为0.6MPa,冷水出口温度为7C，冷水和冷却水的流量为设计流量时：冷却水入口温度降低，使吸收器中的稀溶液温度下降，吸收能力增强，制冷量增加；另外，冷却水温度降低使冷凝压力下降，发生器出口浓溶液浓度升高，放气范围增大，也有利于提升制冷性能。但是，冷却水温度过低会使稀溶液温度过低，浓溶液浓度过高，均会增加结晶危险;冷却水温度过高则会使吸收能力和制冷量大幅降低，严重时也将导致结晶危险。8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.1溴化锂吸收式机组的性能特点（2）变工况性能——热源温度的影响热源温度(或蒸汽温度)对吸收式冷水机组的制冷量影响显著。热源温度降低会使发生器出口浓溶液的浓度降低，放气范围减少，机组制冷量降低。对于蒸汽型机组，热源对双效机组的影响比单效机组大，这是因为热源的变化还将影响高压发生器产生的冷剂蒸气压力和温度(即低压发生器的加热源)。右图给出了不同类型机组的热源温度或蒸汽压力对制冷量的影响曲线(冷水和冷却水为设计流量)。热源温度或蒸汽压力过高，不仅会导致浓溶液浓度过高，增加溶液结晶的危险，而且将增加溶液对材料的腐蚀性;热源温度或蒸汽压力过低则会使制冷量太小，甚至无法正常运行。8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.2改善溴化锂吸收式机组性能的措施（1）添加表面活性剂为提高热质交换效果，常在溴化锂溶液中加人表面活性剂，以降低表面张力，常用的表面活性剂是异辛醇或正辛醇。表面活性剂提高吸收式机组性能的机理如下:①降低表面张力，增强溶液和水蒸气的结合能力，增加吸收器中传热传质的接触面积;②降低溶液表面水蒸气压力，提高吸收器中传质推动力;③传热管表面形成马拉各尼对流效应，提高吸收系数和吸收速率，强化吸收效果;④含有辛醇的水蒸气与铜管表面几乎完全浸润，然后很快形成一层液膜，使水蒸气在铜管表面的凝结状态由原来的膜状凝结变成珠状凝结，从而提高冷凝时的传热效果。8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.2改善溴化锂吸收式机组性能的措施（2）添加缓蚀剂溴化锂水溶液对一般金属具有腐蚀作用，在有空气存在的情况下腐蚀更严重，腐蚀不仅会缩短机组使用寿命，还会产生不凝性气体，使筒内真空度难以维持。在溶液中添加缓蚀剂可以有效减少溶液对金属的腐蚀作用。此外，为防止溶液对金属的腐蚀，在机组运行期间，必须保持机组的密封性，以维持机组内高度真空。在机组长期不运行时需冲入氮气并保持微正压，以防止空气渗入。（3）排除不凝性气体原因：吸收式制冷系统内工作压力远低于大气压，易渗入空气，同时腐蚀也会产生不凝性气体。措施：设置抽气装置（机械真空泵抽气装置、自动抽气装置、钯膜抽气装置）8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.2改善溴化锂吸收式机组性能的措施1、机械真空泵抽气装置辅助吸收器3又称冷剂分离器，将部分溴化锂-水溶液淋酒在冷却盘管上，在放热条件下吸收所抽出气体中含有的冷剂水蒸气，不凝性气体经过阻油器进入真空泵后排出。阻油器2的作用是防止真空泵停转时泵内润滑油倒流入机体内。机械真空泵抽气装置只能定期抽气。8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.2改善溴化锂吸收式机组性能的措施2、自动抽气装置自动抽气装置溶液泵1和引射器2，将系统中的不凝性气体通过抽气管3引射到辅助吸收器4中，经过气液分离，稀溶液通过回流阀8返回吸收器，不凝性气体则通过管道进人贮气室5,并聚集于顶部气包中待集中排出。利用设置在贮气室上的压力传感器9检测不凝性气体压力，当压力超过设定值时，自动进行排气。8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.2改善溴化锂吸收式机组性能的措施3、钯膜抽气装置溶液对金属材料腐蚀产生的氢气是机组中不凝性气体的主要来源，利用钯金属对氢气具有选择透过性的特点，可将产生的氢气排出机组之外。但是，钯膜抽气装置的工作温度约为300℃，因此需利用加热器进行加热。除长期停机外，一般不切断加热器的电源。钯膜抽气装置通常装设在自动抽气装置的贮气室上。8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.3.2改善溴化锂吸收式机组性能的措施（4）溶液结晶控制结晶现象一般先发生在溶液换热器的浓溶液出口处，因为此处溶液浓度最高，温度较低，通路窄小。发生结晶后，浓溶液通路被阻塞，引起吸收器液位下降，发生器液位上升，直到制冷机不能运行。措施：在发生器上设有浓溶液溢流管，也称为防结晶管。该溢流管不经过换热器，而直接与吸收器的稀溶液侧相连。当换热器浓溶液通路因结晶被阻塞时，发生器的液位升高，浓溶液经溢流管直接进入吸收器。这样，不但可以保证制冷机在部分负荷下继续工作，而且由于热的浓溶液在吸收器内直接与稀溶液混合，提高了换热器稀溶液侧的温度，从而使浓溶液侧结晶部位的温度升高，以消除结晶现象。此外，还可通过机组的控制系统，停止冷却水泵，利用吸收热使吸收器内的稀溶液升温，以融化换热器浓溶液侧的结晶。8.3溴化锂吸收式制冷系统性能及改善措施8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.1单效溴化锂吸收式制冷机在分析理论循环时假定:工质流动时无损失，因此在换热设备内进行的是等压过程，发生器压力Pg等于冷凝压力Pk,吸收器压力Pa等于蒸发压力Po。发生过程和吸收过程终了的溶液状态，以及冷凝过程和蒸发过程终了的冷剂状态都是饱和状态。8.4.1单效溴化锂吸收式制冷机1—2为泵的加压过程。将来自吸收器的稀溶液由压力po下的饱和液变为压力Pk下的再冷液。ξ1=ξ2，t1≈t2,点1与点2基本重合。2—3为再冷状态稀溶液在换热器中的预热热过程。3—4为稀溶液在发生器中的加热过程。其中3-3g是将稀溶液由过冷液加热至饱和液的过程；3g-4是稀溶液在等压Pk下沸腾汽化变为浓溶液的过程。发生器排出的蒸汽状态可认为是与沸腾过程溶液的平均状态相平衡的水蒸气(状态7的过热蒸汽)。4—5为浓溶液在换热器中的预冷过程。即把来自发生器的浓溶液在压力Pa下由饱和液变为再冷液。8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.1单效溴化锂吸收式制冷机5—6为浓溶液的节流过程。将浓溶液由压力Pr下的过冷液变为压力po下的湿蒸汽。7—8为冷剂水蒸气在冷凝器内的冷凝过程，其压力为Pk。8—9冷剂水的节流过程。制冷剂由压力Pk下的饱和水变为压力Po下的湿蒸汽。状态9的湿蒸汽是由状态9'的饱和水与状态9"的饱和水蒸气组成。9—10为状态9的制冷剂湿蒸汽在蒸发器内吸热汽化至状态10的饱和水蒸气过程，其压力为Po。6—1为浓溶液在吸收器中的吸收过程。其中6→6a为浓溶液由湿蒸汽状态冷却至饱和液状态;6a—1为状态6a的浓溶液在等压Po下与状态10的冷剂水蒸气放热混合为状态1的稀溶液的过程。8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.1单效溴化锂吸收式制冷机决定吸收式制冷热力过程的外部条件：热源温度、冷却介质温度、被冷却介质温度被冷却介质温度决定了蒸发温度和蒸发压力，冷却介质温度决定了冷凝压力和冷凝温度及吸收器内溶液最低温度，热源温度决定了发生器内溶液的最高温度。进而，蒸发压力和吸收器内溶液最低温度决定了吸收器内稀溶液浓度，冷凝压力和发生器内溶液的最高温度决定了发生器中浓溶液的浓度。8.4溴化锂吸收式冷水机组溴化锂吸收式制冷机热力计算1．蒸发器冷负荷

2．冷剂水循环量

4．循环倍率

发生器每发生1kg水蒸气所需稀溶液量qe＝h10-h93．冷凝器热负荷

Qc=mRqc=mR(h7-h8)冷凝器进口点冷凝器出口点蒸发器出口点蒸发器进口点8.4溴化锂吸收式冷水机组溴化锂吸收式制冷机热力计算冷凝器进口点冷凝器出口点蒸发器出口点蒸发器进口点

5．溶液循环量

6．吸收器单位热负荷吸收器热负荷

吸收器热平衡

送往发生器的稀溶液循环量

送入吸收器的浓溶液循环量

qa=a(h6-h1)+h10–h6

8.4溴化锂吸收式冷水机组溴化锂吸收式制冷机热力计算冷凝器进口点冷凝器出口点蒸发器出口点蒸发器进口点7．发生器单位热负荷发生器热负荷qg=a(h4-h3)+h7-h4Qg＝mRqg8.溶液热交换器单位热负荷热交换器负荷

9．热力系数8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.2双效溴化锂吸收式制冷机对于单效溴化锂吸收式制冷机，为了防止浓溶液出现结晶，从发生器流出的浓溶液浓度不能过高，发生器中溶液加热后的温度不能超过110℃，加热热源的温度也就不能过高。如果工作蒸汽压力高，需要节流减压后才能使用，从而造成能量利用上的浪费。为充分利用高势位热能，如高压蒸汽或燃气、燃油，开发了双效溴化锂吸收式制冷机。蒸汽型双效溴化锂吸收式制冷机采用0.25～0.8MPa（表压）的饱和蒸汽为驱动热源，直燃型双效溴化锂吸收式制冷机使用燃气或燃油为驱动热源。双效溴化锂吸收式制冷机设有高、低压两极发生器，以高压发生器中所产生的高温冷剂蒸汽作为低压发生器加热溶液的热源，然后再与低压发生器中产生的冷剂蒸汽汇合在一起，作为制冷剂，进入冷凝器。高压蒸汽的能量在高压发生器和低压发生器中两次得到利用，故称为双效循环。由于利用了高压发生器中冷剂蒸汽的凝结热，使发生器的耗热量减少，因此双效机的热力系数可达1.0以上。根据溶液循环流程的不同，常用的双效溴化锂吸收式制冷机主要有串联流程和并联流程两大类。

8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.2双效溴化锂吸收式制冷机：蒸汽型串联流程溴化锂吸收式制冷原理特点:流出吸收器的稀溶液经过低温和高温热交换器后，先后进入高压和低压发生器。低压发生器的放气范围较小，热力系数较低。1、串联流程双效溴化锂吸收制冷机8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.2双效溴化锂吸收式制冷机：蒸汽型并联流程溴化锂吸收式制冷原理2、并联流程双效溴化锂吸收制冷机特点:流出吸收器的稀溶液经过低温和高温热交换器后，以并联方式进入高压和低压发生器。可增大低压发生器的放气范围，提高机组的热力系数。8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.2双效溴化锂吸收式制冷机：直燃型特点：以燃气或燃油为能源；高压发生器，采用锅筒式火管锅炉，由燃气或燃油直接加热稀溶液，制取高温水蒸气；可用于夏季供冷和冬季供热，必要时还可提供生活热水。分类——根据制取热水方式不同：1、设置与高压发生器相连的热水器2、将蒸发器切换成冷凝器8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.2双效溴化锂吸收式制冷机：直燃型1-高压发生器；2-低压发生器；3-冷凝器；4-蒸发器；5-吸收器；6-高温热交换器；7-低温热交换器；8-蒸发器泵；9-吸收器泵；10-发生器泵；11-防晶管；12-热水器设置与高压发生器相连的热水器8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.2双效溴化锂吸收式制冷机：直燃型将蒸发器切换成冷凝器1-高压发生器；2-低压发生器；3-冷凝器；4-蒸发器；5-吸收器；6-高温热交换器；7-低温热交换器；8-蒸发器泵；9-吸收器泵；10-发生器泵；11-防晶管

8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.2双效溴化锂吸收式制冷机：直燃型将蒸发器切换成冷凝器1-高压发生器；2-低压发生器；3-冷凝器；4-蒸发器；5-吸收器；6-高温热交换器；7-低温热交换器；8-蒸发器泵；9-吸收器泵；10-发生器泵；11-防晶管

8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.3双级溴化锂吸收式制冷机当其他条件一定时，随着热源温度的降低，吸收式制冷机的放气范围∆ξ将减小。若热源温度很低，致使其放气范围∆ξ＜4%甚至成为负值，此时需采用多级吸收循环(一般为双级)。双级溴化锂吸收式制冷流程简图8.4溴化锂吸收式冷水机组8.4.3双级溴化锂吸收式制冷机双级溴化锂吸收式制冷流程简图双级溴化锂吸收式制冷p—t上的循环8.4溴化锂吸收式冷水机组8.5冷热电联供技术应用8.5.1冷热电三联供的原理工作原理：以天然气为主要燃料产生高温烟气带动燃气轮机发电设备运行，将其中一部分能量转换成电能；从燃气轮机中排出的中高