具有新的溶液循环双吸收式热变换器火用分析

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    吸收式热变换器是回收低温位工业余热的有效节能装置.在当前能源紧张,能源价格不断上涨的情况下,研究和开发适合各种工业需求的吸收式热变换器意义重大.单级吸收式热变换器其温升只有30℃左右,只能适用于对余热温升要求不高的场合.由于两级吸收式热变换器TSAHT ( two-stage absor ption heat transformer)和双吸收式热变换器DAHT (double absor ptionheat transformer)能够将工业余热的温度提升60℃,这两类吸收式热变换器能够满足一些有更高温升需求的工业余热回收.两级吸收式热变换器是由两个单级吸收式热变换器所构成.其系统构成复杂,设备成本高,不便于产业化.相比之下,双吸收式热变换器不仅能达到两级吸收式热变换器的温升,而且其结构简单,成本也低许多.

    Rivera等[1、2]对两级和传统的双吸收式热变换器的热力性能进行了研究.尹娟等[3、4]也进行了类似的研究工作.最近, Rivera等[5]对墨西哥炼油厂采用双吸收式热变换器回收丁烷和戊烷塔顶热并用于塔底的加热热源的可行性进行了分析.但是这种循环吸收蒸发器温度变化范围窄,特别是在吸收器的温度较高时维持其较高性能系数的可操作范围变得更窄.为了克服这种缺点,Zhao等[6]提出了一种新的溶液循环方式并对其热力循环性能系数和温升特性进行了分析研究.这两种循环的主要区别是:在传统循环中进入吸收蒸发器的溴化锂溶液是来自吸收器的中等浓度的溶液,而新的溶液循环则来自发生器的较高浓度的溶液.为了进一步提高这种新型双吸收式热变换器的热力性能系数和效率,本文在吸收蒸发器和发生器之间增加了第二溶液热交换器,通过离开与进入吸收蒸发器的稀溶液与浓溶液的热量交换,可以提高循环的热效率.

    为了更好地了解新的溶液循环方式以及具有两个溶液热交换器的双吸收式热变换器的热力学性能,本文依据热力学第二定律,对系统各个部件的火用损和系统的火用效率进行分析计算,从有效能利用率的角度来分析系统的热力学性能.

    具有新的溶液循环方式的双吸收式热变换器以及相应的工质循环如图1和图2所示.具有新的溶液循环方式又有两个溶液热交换器的双吸收式热变换器如图3所示.为了叙述方便,将传统的双吸收式热变换器以及图1和图3所示的新型双吸收式热变换器分别称为DAHT1、DAHT2和DAHT3.

　　为了分析双吸收式热变换器各个部件的火用损和系统总的火用效率,本文作如下的假定:

    (1)系统处于稳态条件;

    (2)离开发生器、吸收器和吸收蒸发器的溶液处于饱和态,即温度、压力和浓度达到热力学平衡态;