单效/双级(SE/DL)吸收式循环性能分析及比较

    1 引言

    由于发现广泛使用的制冷工质氟里昂(CFC)具有破坏大气臭氧层和产生温室效应问题,溴化锂吸收式制冷循环得到了迅速的发展。吸收式循环以热能为动力,传统的由低温热源驱动的单效吸收式制冷循环都要求驱动热源温度在85℃以上,并且放热温差一般在10℃或10℃以下(多数为5℃),未能做到热能的充分利用,两级吸收溴化锂制冷机可使用70-80℃的热水作为热源,但其热力系数仅为0.3-0.4左右,且设备成本大大增加[2],实际使用受到限制。在现代工业生产中,产生大量的工业余热、废热,特别是在冶金、化工、轻纺等工业部门更为大量和集中,但是传统的吸收式制冷循环对热源品位有较严格的要求,而无法利用这大量的余热、废热。另外,随着世界各国对节能和环保问题的日益重视,太阳能制冷进一步得到了发展。因此,寻找一种能利用低温或超低温热水驱动,且热源排温更低的制冷循环就成为解决问题的关键,在这样的背景下,文献[3][4]提出一种全新的单效/双级(SE/DL)吸收式循环,满足了这一需求。

    本文将参考文[4]中的热力学模型编制了循环优化程序(程序略),以程序模拟计算为根据进行循环特性的分析,并与传统的单效循环和双级循环进行比较,以评价循环特性。

    2 循环特性分析

    2.1 热源出口温度对热源单耗的影响

    热力系数和热源单耗为衡量循环热经济性的两个主要指标。由于热源单耗可确切地反映出收入与支出之间的关系,本文选择热源单耗作为衡量的主要指标:

d = Gg/Q0   [kg/(kw•h)] (1)

    其中Gg—热源流量[kg/h];

    Q0—制冷量[kw]。

    图一所示为SE/DL循环的h—ζ图。单效循环热力系数较高,可达0.7左右,但是它对热源温度要求较高,热源进口温度必须在85℃以上,并且进出口温差一般在10℃以下,这就限制了单效循环的使用范围,以及对能量的充分利用,提高了热源单耗,双级循环虽对热源品位要求不高,并且热源排温低,但太低的热力系数同样使其对能量的利用率较低,这就使得低热源排温和高热力系数不可兼得,在单效和双级的基础上产生的SE/DL循环则较好地解决了这个问题。

    作者在计算程序优化的基础上得出了一系列计算结果,(附表一给出了几组用以计算典型循环参数)并在计算结果的基础上绘制了如图二所示的曲线,计算中SE/DL循环热源的出口温度先固定在60℃,从图中曲线b可以看出,在热源温度低于85℃时,随着温度的升高,热源单耗d下降较快。在85℃以上时则逐趋于平缓,因此当热源进口温度在85℃以上时,循环工作更为经济。对比a与b两曲线可知,在热源单耗上,SE/DL循环具有巨大的优势,由于SE/DL循环热源排温低,单效循环的热源单耗在SE/DL循环的四倍以上,这就意味着消耗相同流量的热源,SE/DL循环将产生四倍于单效机的制冷量,其次,热源单耗的大幅降低,也即相同制冷量下,SE/DL循环的热源流量的大幅度降低(约为单效的1/4),使得所需热源循环泵功率降低,体积缩小,这样既节省了初投资又节约了电能。还有,从图二曲线a可以看出,当热源进口温度85℃以下时,单效循环的热源单耗指标急剧恶化。这说明单效循环不适合以85℃以下低温热水为热源。由此可以得出,SE/DL循环由于热源排温低,能量利用率高,在节能方面优势巨大;而且对热水热源品位要求不高,能充分利用低温、超低温热水制冷。