氨水吸收式制冷GAX循环中临界热源温度的理论分析

    削减和淘汰消耗臭氧层物质(ozone depletingsubstances)不仅对保护臭氧层而且对保护环境有着十分重要的意义,也是许多相关领域中开展科学研究和技术革新的强大推动力. 随着世界经济的快速发展,人类已面临着日益严重的全球气候变暖和能源枯竭的威胁,因此,太阳能、地热和工业废热等低品位能源的利用已被人们所关注.而吸收 式制冷,以其具有可直接利用低品位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的CFCs为工质等独特的优点,也越来越受到国际研究工作者的青睐.研究如何高效利 用工业余热、太阳能和地热,采用吸收式制冷循环进行制冷,提高吸收式制冷循环的性能系数(COP),减小制冷设备的体积,对加快CFC替代进程、节约能源 具有重要的现实意义[1].

    目前常用的吸收式制冷系统有氨水和溴化锂吸收式制冷系统.后者制冷温度由于受到制冷剂的限制,通常不低于5℃,一般仅用于空调或工业冷却.前者的制冷温度 范围比较宽,一般在+10~-60℃,不仅可用于空调,而且更重要的是可用于0e以下的普通制冷场合.因此,在利用工业余热制冷系统中,氨水吸收式制冷机 明显地优于溴化锂吸收式制冷系统.但传统的氨水吸收式制冷机,系统中设备多,体积大,钢材消耗量大,制冷循环的COP值较低.如何克服氨水吸收式制冷系统 的缺点,提高氨水吸收式制冷系统的COP值,是在我国推广应用氨水吸收式制冷系统进行余热制冷的关键所在[2].利用GAX (generator absorber heat ex-change)循环来提高氨水吸收式制冷的循环性能,国外已有很多报道[3,4],但对氨水GAX制冷循环中存在临界热源温度的分析尚未见这方面的 文献.国内虽有关于以TFE-NMP为工质的再生吸收热循环的吸收式制冷系统性能分析的研究[5],但也未提及GAX制冷循环系统中临界热源温度的问题.

    1 氨水吸收式制冷GAX循环分析

    GAX循环意指吸收式制冷系统中发生器与吸收器进行内部回热,利用了吸收过程的热量,并将该部分热量作为发生热的一部分,从而减少了发生热,使效率得以提高.

    氨水吸收式制冷系统GAX循环有多种形式,本文针对其中一种作了理论分析计算,该循环流程如图1所示,相对于一般单级氨水吸收式制冷循环系统增加了一个 GAX换热器,使吸收器流出的并经溶液泵加压后的高压浓溶液与该GAX换热器进行换热,高压浓溶液在GAX换热器中吸收了部分稀溶液在吸收过程中所放出的 热量,从而提高了溶液换热器入口处浓溶液的焓值,减少了发生器的加热量.

    2 GAX循环临界热源温度的确定

    在一般单级氨水吸收式制冷系统中,冷却水温度和蒸发温度一定时,热源温度th的升高导致发生器的稀溶液浓度ξa减小,从而增大了溶液的放气范围 ξr~ξa,减小了循环倍率f,其中ξr为吸收终了的浓度.设流出发生器的稀溶液质量流量为Ga,进入发生器的浓溶液质量流量为Gr,流出发生器的氨蒸气 质量为1kg,则有Gr/Ga=f/(f-1),因此th的升高会使得Gr/Ga增大.在溶液热交换器中稀溶液和浓溶液进行热交换,根据热平衡 有:CrGrΔtr=CaGa$ta,而稀溶液和浓溶液的比热(Ca,Cr)相差不大,所以Gr/Ga的增大必然会引起Δta/Δtr的增大,即热源温度 th的提高使得在溶液热交换器中稀溶液的温降比浓溶液的温升要大,使浓溶液进发生器时处于过冷状态.这样一方面会因此增大发生器的耗热量,另一方面吸收过 程所放出的热量未能被利用而消耗过多的冷却水.