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1、低压蒸汽[1]

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低压 蒸汽
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中国工程热物理学会 工程热力学与能源利用 学术会议论文 编号:091139 低压蒸汽驱动的吸附式冷冻机组性能研究 李素玲∗,夏再忠,吴静怡,王如竹 (上海交通大学制冷与低温工程研究所,太阳能发电与制冷工程研究中心,上海200240) 021摘要:本文研制了一台由10040附床的加热方式为分离式热管加热,吸附床的冷却方式为闭式冷却环路冷却,热管工质和冷却环路工质均为水。因此,即使热管和闭式冷却环路之间出现细微的泄露,也不会影响机组的正常运行。冷却工质由水泵驱动。这种冷却和加热方式,有效的改善了吸附床加热和冷却阀门的工作状态,提高了阀门和机组的使用寿命。并建立测试其性能的测试台。通过实验数据检验冷冻机组结构设计的合理性和有效性。本章对系统工作过程中的不同冷却水温度,不同冷冻水温度下的系统性能进行了大量的试验研究。实验结果表明,在热源温度为100~140却水温度为25发温度为关键字:冷冻; 吸附;低压蒸汽; 热管 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号: 1. 引言 低压蒸汽利用是吸附式制冷系统实用化前景较好的应用领域之一。石油行业,化工厂、电厂等都有大量的可回收的低压蒸汽[1, 2]。例如,石油行业,作为当今世界一次能源的重要支柱,石油行业既是与人们生活息息相关的重要产能单位,同时也是能源消耗大户。以冷量消耗为例,石油化工产业对20℃的冷冻水有着很大的需求量,这些冷冻水主要是通过电压缩式制冷来实现。电压缩式制冷在20℃的冷冻温区,左右。石化设备所需要的冷冻机组所对应的电机轴功率一般在300~1000对应的电压缩式冷冻机组的制冷功率在450~2000冷量需求消耗大量的电能的同时,国内石油化工产业每年约有近3000万吨的燃油需要燃烧掉,终端能源利用率只有33%,燃烧后产生的10040能量大部分通过循环水排放掉。针对石油化工行业所存在的热量浪费以及冷量需求问题,研制低压蒸汽驱动的冷冻机组,利用水蒸气所带走的废热来代替电能驱动冷冻机组,不仅具有显著的节能效果,还可以减少废热对环境的污染问题。目前可以满足这种制冷需求的制冷方式有吸收式制冷[3, 4]与吸附式制冷[5,6]两种方式。其中吸收式制冷技术己经是趋于成熟的技术,在电厂、化工厂、钢铁厂、液化气站等领域得到了广泛的应用,而吸附式制冷技术尚处在研究和应用初期的阶段,但吸附式制冷系统有吸收式制冷系统基金项目:国家自然科学基金重点项目(项目编号:50736004) 作者简介:李素玲, 女, 安徽亳州人, 博士, 主要从事吸附式制冷研究工作 无法比拟的优点。 将氨-水吸收式制冷技与吸附式制冷系统相比,其缺点主要有以下几个方面: 1) 采用氨-水为工质对的吸收式系统,由于氨与水在相同压力下的蒸发温度比较接近,以标准大气压为例,的沸点为100此,在发生器中蒸发出来的氨气中带有许多的水蒸气。为了提高装置的经济性和达到较低的蒸发温度,必须采用分凝和精馏设备来提高氨气的浓度,这样也就增加了系统的复杂性。 2) 在冬天温度比较低的情况下,当冷凝温度接近或者低于5-水工质对的精馏效率很低,这将导致吸收式系统不可用。而石化设备一年四季均需要冷量输出,这种需求条件导致氨-水吸收式制冷在石化设备中不可用。 与氨-水吸收式冷冻机组相比,吸附式制冷的优点在于以下几个方面: 1) 吸附式系统不需要分凝与精馏设备,结构相对来说较为简单。 2) 吸附式制冷对冷源的适应性好,不会存在冷凝温度较低而无法启动的情况 3) 吸附式制冷设备对热源的适应性好,可以根据石油化工产业不同的热源温度,选择不同的吸附制冷工质对。 4) 吸附式制冷的制冷性能比较稳定,蒸发温度的降低对系统氨水吸收式制冷,蒸发温度的降低对氨水吸收系统蒸发温度低于因此,低压蒸汽驱动的吸附式冷冻机组的研制具有重要的应用价值和应用前景。 2. 冷冻机组样机和工作原理 4a) (b) 图1(a)冷冻机组系统结构示意图,1冷却器,2水泵,3蒸汽发生器,4冷却三通阀,88910氨阀,111b)冷冻机组样机 he of 1 2 3 4a 4b 5a b 6a 6b 7 88b 9a 9b 10 11a 1b (b)of 附床的冷却为闭式单相流体冷却:冷却系统包括吸附床,冷却器、水泵、连接管道和阀门。冷却水在冷却器管内流动,冷却吸附床的单相介质在管外流动,单相介质在水泵的提升力的作用下,通过切换阀门进入吸附床,吸收吸附床热量回流到冷却器,吸收的热量被冷却器管内的冷却水带走,冷却介质如此反复的在冷却系统内循环,使得吸附床逐渐被冷却。因此,冷却器是通过冷却介质的放热过程,带走吸附床的热量,达到冷却吸附床的目的,冷却器相当于吸附床的冷源。 吸附床的加热为热管型加热:与吸附床相复合的加热热管属于分离型热管。分离式热管系统包括吸附床,蒸汽发生器、阀门和连接管路。吸附床为分离热管的冷凝段,蒸汽发生器为分离热管的蒸发段,与加热吸附床连接的加热蒸汽阀门和蒸汽回流阀门打开,冷却阀门关闭,蒸汽发生器壳体内的加热介质被管内的加热水蒸气加热蒸发,通过加热蒸汽阀门进入吸附床,当加热蒸汽与冷的吸附床管内壁接触时,与吸附床交换热量,被冷却成冷凝液,冷凝液在自身重力的作用下通过蒸汽回流阀回流到蒸汽发生器,再次被蒸汽发生器管内的蒸汽加热蒸发进入吸附床。在此相变过程中,吸附床获得热量而温度升高,蒸汽发生器相当于吸附床的热源。 机组中的冷凝器(图1(a),8a,8b)和蒸发器(图1(a),11a,11b)都是管壳式换热器。冷凝器的管内为冷却水,管外为氨气。蒸发器管内为乙二醇水溶液,管外为氨液。从吸附床解吸出来的高压、高温的氨蒸气在冷凝器壳侧放出热量,被管中的冷却水冷却,凝结成液氨后流入氨储液器(图1(a),9a,9b)。蒸发器为满液式,氨液在管外被吸附床中的吸附剂吸附蒸发气化,产生冷量,乙二醇水溶液在管内流动将冷量输出。对应于每个吸附床都有一个冷凝器和蒸发器。两个蒸发器之间通过回质阀连通。在整个系统中有6个阀门(图1(a),4a,4b,6a,6b,7,10),其中阀门6a,6门4a,4门7控制冷却介质进入吸附床,阀门10控制两个氨蒸发器间进行回质。 3. 实验系统 实验室样机的实验系统构成如图2所示,实验系统主要包括:吸附冷冻机组组;蒸汽加热系统;冷却水系统和乙二醇水溶液系统。 蒸汽加热系统主要有蒸汽加热锅炉和连接管道,定出气量为100于加热锅炉工作过程中的压力,温度和出气量都不稳定。因此机组的加热量是通过测量蒸汽出口处冷凝液的流量和蒸汽的进入机组的温度计算。 冷却水系统主要由一个冷却水箱和一个冷却水泵组成,通过调节冷却水箱内自来水和回水的流量稳定冷却水的进口温度。却水在冷冻机组内部的循环方式为串联连接,首先通过氨冷凝器,再经过冷却器,最后流回到冷却水箱。测量冷却水的流量和冷却水的进出口温差,根据机组的加热和冷却过程的热量平衡原理,可以根据冷却水的换热量验证机组的加热量。 二醇水溶液箱内置了一个盘管,冷却水箱的出口冷却水分两路,一路流进机组,对机组进行冷却,另一路流进乙二醇水溶液箱的盘管内,平衡机组产生的冷量。乙二醇水溶液中乙二醇和水的质量百分比为30%,乙二醇水溶液的密度为980kg/乙二醇水溶液凝点为2 of 1). 制冷量 ⋅⋅=∫)(.) 式中: 是机组的制冷量,kg/s; τ是瞬时时间,s; s。 (2). 加热量 (2) 式中: kg/s; h∆是加热蒸汽和蒸汽凝液之间的焓差,(3). = (3) 式中:是机组的性能系数; —是机组水泵的功率, 4. 试验结果与分析 却水温度的影响 冷却水温度是影响机组性能的一个重要参数,冷却温度不仅影响机组的吸附床的吸附过程和解吸过程,冷凝器中的氨气进行冷却,然后进入冷却器,对吸附床进行冷却。因此冷却水既是冷凝器的冷媒,也是吸附床的冷媒。冷却水的温度即决定了冷凝器的冷却温度,也决定了吸附床的吸附温度。对吸附式系统来讲,冷却水的温度越低,越有利于提高吸附式冷冻机组组的性能。表1给出了不同冷却水温度下机组的制冷性能。从表中可以就看出,冷却水的温度越低,机组的制冷量越大,性能越好。冷却水的温度每降低1应于蒸发温度 表1 不同冷却水温度下部分实验性能参数 of 却水温度/发温度/冷量/0 5 0 2 5 发温度的影响 无论是压缩式冷冻机组,吸收式冷冻机组还是吸附式冷冻机组,提高机组的蒸发温度有利于提高机组性能。蒸发温度的高低决定着吸附床的吸附驱动力(吸附压力和平衡压力之间的差值)的大小。图3,图4给出了不同蒸发温度下机组的部分性能参数。发温度每升高1, 20 10681012145525 发温度对制冷量的影响 25 15 5525 发温度对OP . 结论 本文研制了一台吸附式冷冻机组,并建立了测试本文所研制的吸附式冷冻机组运行性能的实验台。通过实验获得了吸附冷冻机组系统的制冷性能。通过实验得出以下结论: 1. 该机组在热源温度为10040却水温度为25发温度为附剂的填充量为37充密度为550kg/2. 冷却水的温度越低,机组的制冷量越大,性能越好。冷却水的温度每降低1应于蒸发温度3. 蒸发温度每升高1, 参考文献 [1] 秦树林, 矿区火电厂蒸汽余热的资源化利用, 能源环境保护, 2006, 20 (1):60in of of 2006, 20 (1):60[2] 戚敏, 化纤装置蒸汽余热回收利用方法的评估, 上海节能, 1997, 5:16of in 1997, 5:163] of a 2008, 138(1 416[4] K. of a 2008,33( 4):780[5] . of 2009, 86(9):1712[6] 孙道青 张述伟 刘健,工业双级氨水吸收制冷系统的模拟与优化, 化工进展, 2008, 27( 4):625of 2008, 27( 4):625
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