双效氨水吸收式制冷循环的性能

    引 言

    氨水吸收式制冷循环可以制取低于0e以下的冷量,但因精馏过程存在较大的不可逆传热传质损失而使其制冷效率较低。目前世界各国正在积极研究新的氨水吸收式制冷循环[1-14],以期提高氨水吸收式循环的热力学完善度,双效氨水吸收式制冷循环是其中一种比较简便的形式[2,14],与双效溴化锂吸收式制冷循环利用高压级的凝结热加热低压级不同,双效氨水吸收式制冷循环是利用高压级的吸收热来加热低压级。但是目前对于这种新型吸收式制冷循环流程特性的研究还不充分,因此通过数学建模研究影响新型吸收式制冷循环的因素,并与目前已经成熟应用的循环做出较为全面的比较和分析评价就显得非常必要,从而为循环的合理选用提供理论依据。

    1 双效氨水吸收式制冷循环

    图1、图2分别是以氨/水为工质对的双效吸收式制冷循环的流程图及其在p-t图上的表示。该循环系统由高温级回路与低温级回路复叠而成,即高温级的吸收器同时又是低温级的发生器,低温级靠高温级释放吸收热来提供发生所需能量。当热源热量加入到高温级发生器G1内,使氨水浓溶液产生氨和水蒸气的混合蒸气,经过精馏提纯后的氨蒸气进入冷凝器C内被冷凝成氨液。冷凝后的氨液经节流降压进入蒸发器E,吸收低温环境的热量并蒸发。蒸发后的氨气在高温级吸收器A1内被稀氨水溶液所吸收。吸收过程所放出的热量加入低温级发生器G2内,使氨水浓溶液产生混合蒸气,经过精馏器提纯后的氨气进入到冷凝器C内被冷凝成氨液,再进入蒸发器E吸热蒸发。蒸发后的氨气在低温级吸收器A2内被稀氨水溶液所吸收,所产生的热量被冷却水带走。

    氨水双效吸收式制冷循环的优点主要是高温级吸收过程所放出的热量被低温级回路所利用,使得高温级与低温级复叠后向外界排放的总热量得以减少,循环性能系数(COP)得到提高;其次,高温级工作压力不高,与低温级相同,所以也被称为中压双效收式循环,这有利于受压设备的制造和安全运行;此外,该循环还具有高温级和低温级可共用冷凝器和蒸发器的特点,从而使循环流程显得较为简洁,系统较简单。

    2 热力计算结果分析

    氨水双效吸收式制冷循环热力计算程序包括工质的物性计算子程序和循环参数的热力计算子程序,模型虽然比较繁琐,但只要按照能量、质量等守恒定律推导,同时注意到传热节点温差的设定,并无特别困难,见文献[14]。为节省篇幅,以下将直接对计算结果进行讨论。

    2.1 热源温度的影响

    图3显示了在计算条件下循环性能系数COP、高低温级制冷剂循环量之比m(m=G₁/G₂,G₁、G₂分别为高、低温级制冷剂的循环量)和循环倍率f1、f2随热源(假设为蒸汽)温度th变化的关系。随着热源温度的升高,性能系数COP先增后微降;高温级循环倍率f1随热源温度的升高而减小;计算中假设低温级的放气范围Δξ2为定值,则低温级循环倍率f2也为定值;制冷剂循环量之比m随热源温度升高而减小,并趋于定值。由于在精馏提纯过程中要消耗较多的热量,因而继续升高热源温度无助于提高循环性能系数COP。