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溴化锂吸收式制冷机的特点及国内外发展概况

作者:    发布于:2017-1-4 9:45:02    文字:【】【】【

  溴化锂制冷机以热能为动力,以水为制冷剂,溴化锂溶液为吸收剂,制取高于0℃的冷量,可用作空调或生产工艺过程的冷源。与其他类型的制冷机相比,具有下列显著优点:
一》、溴化锂吸收式制冷机的优点
(一)以热能为动力,勿需耗用大量电能,而且对热能的要求不高。能利用各种低势热能和废气、废热,如高于20kPa(o.2kgf/cm2)(表压)饱和蒸汽,各种排气;高于75℃的热水以及地热、太阳能等,有利于热源的综合利用,因此运转费用低。若利用各种废气、废热来制冷,则几乎不需要花费运转费用,便能获得大量的冷源,具有很好的节电、节能效果,经济性高。
三)以溴化锂溶液为工质,制冷机又在真空状态下运行,无臭、无毒、无爆炸危险,安全可靠,被誉为无公害的制冷设备,有利于满足环境保护的要求。
(四)冷量调节范围宽。随着外界负荷变化,机组可在10%~100%的范围内进行冷量无级调节,且低负荷调节时,热效率几乎不下降,性能稳定,能很好地适应变负荷的要求。
(五)对外界条件变化的适应性强。如标准外界条件为蒸汽压力5.88XlOSpa(6kgf/cm2)(表压),冷却水进口温度32℃,冷媒水出口温度10℃的蒸汽双效机,实际运行表明,能在蒸汽压力(1.96~7.84)XlOSPa(2.0~8.okgf/emz)(表压),冷却水进口温度25~40℃。冷媒水出口温度5—15℃的宽阔范围内稳定运转。
(六)安装简便,对安装基础的要求低。因运行时振动极小,故无需特殊的机座。可安装在室内、室外、底层、楼层或屋顶。安装时只需作一般校平,接上气,水管道和电源便可。
(七)制造简单,操作、维修保养方便。机组中除屏蔽泵、真空泵和真空阀门等附属设备外,几乎都是热交换设备,制造比较容易。由于机组性能稳定,对外界条件变化的适应性强,因而操作比较简单。机组的维修保养工作,主要在于保持所需的气密性。
二》、溴化锂吸收式制冷机的主要缺点
(一)在有空气的情况下,溴化锂溶液对普通碳钢具有较强的腐蚀性。这不仅影响机组的寿命,并且影响机组的性能和正常运行。
(二)制冷机在真空下运行,空气容易漏人。实践证明,即使漏人微量的空气,也会重地损害机组的性能。为此,制冷机要求严格密封,这就给机组的制造和使用增添了困难。
(三)由于直接利用热能,机组的排热负荷较大,因为冷剂蒸汽的冷凝和吸收过程,均需冷却。此外,对冷却水的水质要求也比较高,在水质差的地方,使用时应进行专门的水质处理,否则将影响机组性能正常发挥。
三》、直燃型溴化锂吸收式制冷机的特点
直燃型双效溴化锂吸收式冷热水机组以燃气、燃油为能源,通过其直接燃烧产生高温烟气作为加热源,利用吸收式制冷循环的原理。制取冷、热水,供夏季制冷,冬季采暖之用。这种机组是在蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组的基础上开发的新机型。除具有溴化锂吸收式冷水机组的特点外,还有如下特点:
(一)燃烧效率高,燃烧完全。燃烧产物中所含的SO2和NO2低,对大气的污染小,一般在闹市区也允许采用。在环保有严格要求的地区,限制燃煤锅炉的采用,而这种机组不在限制之列。
(二)制冷,采暖供热(亦可供应卫生热水)兼用,一机多功能。体积小,机房占用面积小,使用方便。
(三)可省去单独的锅炉房,减少了基建费用。同时,因高压发生器中的压力低于大气压,对操作人员无特殊要求。
(四)可对城市能源季节平衡,一般说夏季用电量大,而煤气耗量低,以我国南方某大城市为例,夏季热天的煤气耗量仅为常年耗量的50%左右,采用燃气型冷热水机组可减少电耗,平衡能源。
(五) 第二节 鉴于溴化锂吸收式制冷机所具有的许多优点,自1945523kW(45X10~kcal/h)的单效机以来,在不到半个世纪的时间内,无论是型式、结构、性能或生产的数量和应用范围,都得到了迅速发展。生产的国家也从美国扩展到日本,前苏联和中国。
     在美国从事溴化锂吸收式制冷机的有开利、约克、特灵等公司。美国不仅是最早生产单效机的国家,也是最先生产双效机的国家。同时,又是最早把陆用溴化锂吸收式制冷机应用于水面舰艇,并进一步应用于核潜艇的国家。美国50年代建造的好几艘核潜艇,比如“长尾鲨”、“北极星”级核潜艇等,都装置了溴化锂吸收式制冷机。
由于天然气管网遍布美国各地,使用天然气作热源特别方便,因此,美国又开展了直接燃烧天然气的燃气溴化锂吸收式制冷机的研制。目前的制造厂家有阿克拉公司。近年来,又开展了利用太阳能和低温热源的热水型机组,以及无泵型冷、温水机、吸收式热泵等新机型的研究。 虽然,美国是最早生产和应用溴化锂吸收式制冷机的国家。但由于能源丰富,特别是电力充裕,就大型制冷机(冷水机组)的生产量而言,溴化锂吸收式制冷机所占的比例并不大,70年代中期每年约生产1000台,占15%左右。1975年以后,几年逐年下降,到了1983年只生产150台,占冷水机组总台数的7%左右。
四 》、溴化锂吸收式制冷原理
     溴化锂吸收式制冷原理同蒸汽压缩式制冷原理有相同之处,都是利用液态制冷剂在低温、低压条件下,蒸发、气化吸收载冷剂(冷水)的热负荷,产生制冷效应。所不同的是,溴化锂吸收式制冷是利用“溴化锂一水”组成的二元溶液为工质对,完成制冷循环的。
     在溴化锂吸收式制冷机内循环的二元工质对中,水是制冷剂。在真空(绝对压力:870Pa)状态下蒸发,具有较低的蒸发温度(5℃),从而吸收载冷剂热负荷,使之温度降低,源源不断地输出低温冷水。工质对中溴化锂水溶液则是吸收剂,可在常温和低温下强烈地吸收水蒸气,但在高温下又能将其吸收的水分释放出来。制冷剂在二元溶液工质对中,不断地被吸收或释放出来。吸收与释放周而复始,不断循环,因此,蒸发制冷循环也连续不断。制冷过程所需的热能可为蒸汽,也可利用废热,废汽,以及地下热水(75'C以上)。在燃油或天然气充足的地方,还可采用直燃型溴化锂吸收式制冷机制取低温水。这些特征充分表现出溴化锂吸收式制冷机良好的经济性能,促进了溴化锂吸收式制冷机的发展。 因为溴化锂吸收式制冷机的制冷剂是水,制冷温度只能在o℃以上,一般不低于5℃,故溴化锂吸收式制冷机多用于空气调节工程作低温冷源,特别适用于大、中型空调工程中使用。溴化锂吸收式制冷机在某些生产工艺中也可用作低温冷却水。
一、吸收式制冷机基本工作原理
     从热力学原理知道,任何液体工质在由液态向气态转化过程必然向周围吸收热量。在汽化时会吸收汽化热。水在一定压力下汽化,而又必然是相应的温度。而且汽化压力愈低,汽化温度也愈低。如一个大气压下水的汽化温度为100~C,而在o.05大气压时汽化温度为33℃等。
     蒸汽压缩式制冷机的工作循环由压缩、冷凝、节流、蒸发四个基本过程组成。吸收式制冷机的基本工作过程实际上也是这四个过程,不过在压缩过程中,蒸汽不是利用压缩机的机械压缩,而是使用另一种方法完成的。如图2—1所示,由蒸发器出来的低压制冷剂蒸汽先进人吸收器,成在吸收器中用一种液态吸收剂来吸收,以维持蒸发器内的低压,在吸收的过程中要放出大量的溶解热。热量由管内冷却水或其他冷却介质带走,然后用溶液泵将这一由吸收剂与制冷剂混合而成的溶液送人发生器。溶液在发生器中被管内蒸汽或其他热源加热,提高了温度,制冷剂蒸汽又重新蒸发析出。此时,压力显然比吸收器中的压力高,成为高压蒸汽进入冷凝器冷凝。冷凝液经节流减压后进入蒸发器进行蒸发吸热,而冷(媒)水(或称冷冻水)降温实现了制冷。发生器中剩下的吸收剂又回到吸收器,继续循环。由上可知吸收式制冷机是以发生器、吸收器、溶液泵代替了压缩机。
     吸收剂仅在发生器、吸收器、溶液泵、减压阀中循环,并不到冷凝器、节流阀、蒸发器中去。而冷凝器、蒸发器、节流阀中则与蒸汽压缩式制冷机一样,只有制冷剂存在。
二、吸收式制冷机的工质及其基本热力性质
吸收式制冷机的工质与压缩式制冷机不同,它有两种工质,即制冷剂和吸收剂,我们通常称为工质对。如水一溴化锂(H:O—LiBr)、氨一水(NH3一H:O)。在吸收器和发生器内它们组成了溶液。因而吸收式制冷剂的工作原理还与溶液的特性有关。
现在我们进一步讨论吸收器、发生器内工质的吸收和解析过程:
图2—2表示容器A内为纯水,月内为溴化锂水溶液。若两容器内的液体都处于相同温度下蒸发,由于两种不同分子间的吸引力不同,形成的蒸汽压力也不相同,容器A中的蒸汽压PA小于容器月中的蒸汽压几。若将通道阀门打开使两容器相通,则容器A中的水分子就逐渐向容器月中扩散,最后进入溴化锂溶液中。由此可知,溴化锂溶液所以会吸收水蒸气是因为它们的蒸汽压不相同,两者的蒸汽压相差越大,吸收的能力就越强。同时也以知道,作为吸收剂的工质,它的蒸汽压必须比制 冷剂的小,其沸点也就必须比制冷剂的高。
有定值。这与单工质不相同,对于单工质来说,如果已知其温度,则其饱和蒸汽压力也就随之而定了。
三、 溴化锂水溶液的性质
     在吸收式制冷机中,完成吸收式循环的工质,通常是由两种沸点不同的物质所组成的二元溶液,其中低沸点的组分(又称易挥发组分)作制冷剂(蒸发剂),高沸点的组分(又称难挥发组分)作吸收剂。一般又将吸收剂和制冷剂统称为“工质对”。在吸收式制冷机中,常用的工质对有溴化锂水溶液和氨一水溶液。溴化锂水溶液就是溴化锂吸收式机组中的工质对,其中水是制冷剂(蒸发剂),溴化锂溶液是吸收剂。用水作制冷剂有许
     多优点,如汽化潜热大、价廉、易得、无毒、无味、不燃烧、不爆炸等;缺点是蒸发压力低、蒸汽比体积大,而且用在制冷机中只能制取o℃以上的冷水。用溴化锂水溶液作吸收剂也有许多优点,如对人体和环境无害,溴化锂易溶于水,溴化锂水溶液有很强的吸收水蒸汽的能力;溴化锂的沸点高达1265℃,在溶液沸腾时所产生的蒸汽中没有漠化锂的成分,故在溴化锂吸收式制冷机中不需设置精馏装置等。其缺点是对金属材料有腐蚀性,会出现结晶现象。因此溴化锂水溶液是目前吸收式制冷机中应用最为广泛的工质对。