低温余热驱动的氨吸收/压缩联合制冷循环的热力性能分析

　　目前，石油化工中存在大量低温位余热，由于其温位较低，不能直接被生产工艺过程所直接利用，通常被排放到环境中(循环水或大气中)，从而造成能量的巨大浪费。与此同时，工艺过程中很多单元过程则需要对物料或产品进行冷却或冷冻，需要大量不同温位的冷量。目前，制取这些冷量多采用机械压缩制冷的方式，从而耗费了大量高品质的电能。吸收制冷是利用热能驱动进行制冷循环的。在吸收式制冷技术中，氨是最早被使用的制冷剂之一，有其独特的热力性质。氨的标准沸点为-33.4℃，在常用制冷温度下，制冷机的低压部分的压力保持在大气压力上下。氨的凝固点为-77.7℃，因此一般认为它的制冷温度可低至-46℃。氨的气化潜热很大，在常用的蒸发温度下达1300kJ/kg，约为R22的7倍。此外，氨的价格低廉，容易获得。氨有着其它工质不可取代的作用，在蒸发温度低于0℃的情况下，它是唯一实用的制冷剂。水与氨能够完全互溶，在制冷机的工作温度和压力范围内没有结晶析出。

　　单级氨吸收制冷需要热源温度较高(如蒸发温度为-20℃时，热源温度为140℃以上)，所以通常需要温度和压力都很高的动力蒸汽进行驱动。由于单级氨吸收制冷其性能系数较低(0.45左右)，所以在过去很长一段时间里，氨吸收制冷逐渐被氨压缩制冷所替代。近年来由于能源价格的提高以及节能减排的实际需要，探索利用低温位工业余热进行制冷的技术，受到人们的广泛关注。许多研究者对两级或类似两级的氨吸收制冷循环进行了研究^[1-2]，但两级氨吸收制冷所需设备以及设备的投资费用是单级氨吸收制冷的两倍，同时性能系数较低(0.25左右)。为了降低热源温度，本文提出了吸收/压缩联合制冷流程，并根据 Schulz 所建立的氨水溶液的热力学性质方程对其循环性能进行模拟分析。

　　1 氨吸收/压缩联合制冷循环的构成及其特点

　　氨吸收/压缩联合制冷循环是由发生器、精馏塔、吸收器、冷凝器、过冷器、蒸发器、溶液换热器、氨水泵和压缩机所构成。与单级氨吸收制冷的区别是在蒸发器和吸收器之间添加了氨压缩机。氨吸收/压缩联合制冷循环的特点是，由于氨压缩机的增压作用提高了吸收器的吸收压力和浓氨水溶液的浓度，提高了发生器中稀溶液的浓度，从而有效降低了发生器的发生温度。对于生产装置中目前正在使用压缩机进行制冷，同时又有一定温位的工业余热可以利用的场合，采用这种循环，可以利用工业余热作为驱动热源，同时有效降低了压缩机的压缩比，降低了压缩机的用电负荷，具有节能降耗的作用。

　　2 循环过程的热力性能分析