溴化锂吸收式冷水机组的节能运行分析

溴化锂吸收式冷水机组的节能运行分析黄卡杨昌智摘要溴化锂吸收式冷水机组的能耗约占空调系统总能耗的40%左右，研究溴化锂吸收式冷水机组的节能措施对空调节能具有重要意义。文章结合工程实际提出的冷水机组变水温运行、冷却水变水量运行、改变冷却塔运行方式、重视冷却塔循环水、水处理等措施，取得良好的节能效果，易于在现有系统中实现。关键词吸收式冷水机组溴化锂节能根据卷烟厂空调系统的能耗分析，冷水机组在全年的运行时间约为8个月左右，其能耗约占空调系统总能耗的40%左右，因此研究溴化锂吸收式冷水机组的节能运行，对降低空调系统的运行能耗具有重要的意义。1冷水机组的变水温运行空调系统的冷负荷是随室外气象条件而变化的，如图1所示。当室外空气状态点为W点时，由于室外空气焓iW大于室内空气焓iN，采用最小新风量(15%左右)和室内空气(85%)混合，进入表冷器的空气状态点为1点。此时表冷器的冷负荷为Q=G(i1-i2)(1)式中：Q——表冷器冷负荷，kW；G——通过表冷器的空气量，kg/s；i1——表冷器入口处空气焓，kJ/kg；i2——表冷器出口处空气焓，kJ/kg。如果室外空气状态点由W度变为W′(即1′点)，由于iN>i′W，应采用100%新风。此时表冷器负荷度为：Q′=G(i′1-i2)(2)由于i1>i′1，所以Q>Q′。空气在经过表冷器时，通过冷盘管把热量传给盘管内的冷水，因此表冷器的供冷量(即表冷器冷负荷)也可用下式表示：Q=KsFΔts(3)式中：Ks——表冷器在湿工况下的传热系数，kW/m2;F——表冷器的传热面积，m2;Δts——空气和冷水间的对数平均温差，°C。表冷器在湿工况下的传热系数：式中：A、B——与表冷器结构有关的系数；m、n、p——与表冷器结构有关的指数；VY——空气流速，m/s；W——水流速，m/s；ξ——析湿系数。从上式可以看出，表冷器传热系数除与结构有关外，还与VY、W、ξ有关。对于已投入运行的表冷器而言，在定水量、定风量的条件下，可以近似认为Ks是不变的。从公式(3)可以看出，在Ks和F均不变的条件下，当表冷器负荷下降时，可以通过改变传热温差即提高进入表冷器为冷水温度来实现。图2是由生产厂家提供的冷水出口温度与制冷量的关系曲线。从图中看出，在冷却水进口水温为32°C的条件下，冷水出口水温从7°C提高到9°C，制冷量从100%提高至110%；水温升高至12°C，制冷量提高至115%。由此可见，当空调系统冷负荷变化时，可以提高冷水机组出口水温，不必保持设计工况下的7°C，这是溴化锂吸收式冷水机组一项重要的节能措施。目前在卷烟厂空调系统的全年运行过程中，冷水机组的出口水温也是变化的，这种操作带有很大的随意性。根据我们对云南某烟厂空调系统的全年能耗分析，可以采用以下较简便的变水温控制方法。在夏季取8°C(因选用表冷器安全系数大，表冷器表面积过大)；在过渡季(室外气温tW=18～20°C时)取10°C；室外气温tW=16～18°C时取12°C。通过上述的变水温控制，冷水机组的蒸汽消耗量可下降7%～10%。2溴化锂吸收式冷水机组冷却水泵的变水量运行蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组是以热力进行能量转换。因此其冷却水量要比电动式高出30%左右。制冷量为2330kW(200×104kcal/h)的蒸汽型吸收式冷水机组其冷却水量为620t/h，所配用的冷却水泵电动机功率为75～90kW。目前国内的空调系统大都采用定水量运行，即不论冷水机组负荷如何，冷却水泵每小时消耗75～90度电。水泵的运行调节性能如下式所示：式中：Q0——水泵的设计流量，m3/h；N0——设计工况下水泵功率，kW；n0——设计工况下水泵转速，rpm；Q1——水泵实际流量，m3/h；N1——水泵实际功率，kW；n1——水泵实际转速，rpm。从公式(5)、(6)可以看出，当Q1=0.7Q0时，N1=(0.7)3N0=0.34N0。这就是说，如果通过变速装置改变水泵流量，其运行能耗可下降60%以上。冷水机组能否采用变水量运行，成了关键。图3是生产厂家提供的冷却水量与制冷量关系曲线。从图3可以看出，冷却水量可以在50%～110%的范围的变化。《简明空调用制冷设计手册》(郭庆堂主编》中也提出，可以通过改变冷却水量实现制冷量的调节。目前国产的溴化锂吸收式冷水机组已实现全自动控制，可以根据冷水机组负荷变化，自动调节蒸汽阀开度，调节蒸汽供汽量。同时溶液泵采用变频控制，可以随负荷变化改变溶液循环量。这就为实现冷却水泵的变水量运行提供了基本条件。3改变冷却塔的运行方式传统的冷水机组与冷却塔的运行方式是一机对一塔。冷冻站一般均设有2台以上冷水机组，对应设置多台冷却塔。从节能运行的要求考虑，应改变传统的运行方式。冷水机组开放1台时，多台冷却塔同时投入运行。出于节能考虑，只有1台冷却塔的风机开放，其余冷却塔风机不开。根据冷却塔的特性曲线，1台循环水量Q=500t/h的冷却塔，当周围空气湿球温度tw0=28°C时，冷却塔进、出口水温层Δt=tw1-tw2=5°C。当tw1=37°C时，出口水温tw2=32°C。如果1台冷水机组开放，2台冷却塔同时投入运行，则每台冷却塔的循环水量下降为Q′=250t/h。由冷却塔的特性曲线可以看出，在其它条件不变的情况下Δt=7℃。此时冷却塔出口水温tw2=37-7=30°C。此水温即为冷水机组的冷却水进口水温。图2中同时表示了冷却水进水温度与制冷量的关系。从该图可以看出，在其它条件不变的情况下，tw2=32°C时制冷量为100%，tw2=30°C时制冷量为110%，tw2=28°C时制冷量为120%。一台制冷量为1740kW(150×104kcal/h)的冷水机组，其蒸汽消耗量为2415kg/h，制冷量提高10%，相当于节省10%的蒸汽量。4重视冷却水系统的水处理溴化锂吸收式冷水机组的冷却水系统一般都采用敞开式循环冷却方式。这种方式一是靠水的蒸发，二是水的曝气。由于蒸发浓缩和曝气的结果，使循环冷却水发生以下的变化：①水中含盐量浓度上升，加速换热器表面水垢的生成。②水中溶解氧含量增高，溶解氧浓度增高是造成冷却水系统腐蚀的主要原因之一。③水中悬浮物含量上升。这样不但增加污泥结垢的可能性，而且水的腐蚀性也明显增大。④水中菌藻大量繁殖。菌藻繁殖产生大量生物污泥附着于换热器内表面，从而降低传热效率。上述现象的存在，导致以下后果：①增加冷水机组能耗。传热表面结垢，增大传热热阻。冷却水系统的污垢系数从8.6×10-5m2·°C/W增大至3.44×10-4m2\5°C/W，制冷量下降25%左右，即增大25%的能耗。②加速腐蚀影响机组使用寿命。据有关文献介绍，高频电子水处理技术是目前水处理技术中最理想的设备。使用高频电子水处理技术后