燃气驱动GAX氨水吸收式热泵热力计算文献综述

 2022-10-22 04:10

文献综述(或调研报告):

3 氨水吸收式制冷(热泵)循环

氨水吸收式制冷机虽然比压缩式制冷机问世的时间更早,但由于后者在紧凑、轻巧、灵活、运行方便等方面的显著优点,加之在过去能源与电力相对较富余的条件下,对余热回收利用型氨水吸收式制冷机的需求并不迫切;另一方面,传统的氨水吸收式制冷机结构型式也并未与时俱进,没有充分考虑强化传热、紧凑性等要求,某种程度上似乎还不如同样可用于余热制冷的吸附式制冷等新型循环方式热门。

其实在利用余热制取0℃以下冷量时,氨水吸收式制冷机是目前最具有经济效益的方式,其优点主要有:1)工质氨和水都是自然物质,没有对大气层的破坏效应;2) 循环是由连续的过程组成,而吸附式制冷则是非连续过程,通常需要有2套设备轮换 运行;3)氨水吸收式制冷的传热介质与换热面主要是液体与固体之间的传热或涉及 相变过程的高效传热传质过程,因而传热系数较高,所需传热面积较少,且设备材料 可采用价格较低的碳钢;4)同等条件下,氨水吸收式制冷机的循环效率比吸附式制 冷的循环效率高得多,可高出80%甚至翻倍,后者由于传热温差大,扩散传质时间长 等原因,循环效率较低,5)氨水吸收式制冷机的功率可从几十瓦(扩散吸收式微型 冰机)到若干兆瓦,而吸附式制冷则难以做成大型机组。

在国内,东南大学杨思文教授(1990)针对氨水吸收式制冷机的基础理论与设计开展了系列专题讲座,详细介绍了氨水吸收式制冷机的基本理论,热力计算以及设备的设计等方法。

3.1 GAX氨水吸收式制冷(热泵)循环研究现状

GAX循环(Generator-Absorber Heat Exchange Cycle)是在溶液回路中设置发生-吸收热交换器(Generator-Absorber Heat Exchanger),回收吸收过程排放的热量用作发生过程的热源,可以获得较大的放气范围,从而可以大幅度提高制冷循环的热力系数。GAX循环的概念最早由Altenkirch于1913年提出的,直到二十世纪80 年代才逐步受到重视。随着人们对吸收式制冷的深入研究, GAX循环也出现了不同的结构形式或种类,如基本GAX、分支GAX、VX2GAX、半GAX、多分支GAX等,并有多台机组投入运行。其中Philips于1990年提出了较为成熟的循环形式,即“基本GAX循环”。目前国际上在GAX循环研究方面主要集中在提高循环性能系数的循环结构方式研究。Y.T.Kang等(2000)对GAX循环的研究进展进行了详细的论述。上海交通大学的周锦生等(1997)和同济大学的张敏华等(1997)分别就GAX机组研究和计算机仿真研究的进展进行了阐述。近几年,与自然工质的应用研究相适应,乙醇系自然工质对(如TFE/NMP和TFE/E181)GAX的研究也受到了人们的广泛重视。大连理工大学张利嵩等(2000)、任国红等(2002)开展了以TFE/NMP为工质的循环分析和TFE/NMP降膜吸收过程的热质传递研究。

GAX循环这种使吸收过程与发生过程热量直接交换的方式,只有在热源温度较高且蒸发温度也较高的条件下才能实现。当蒸发温度较低时因这两个过程的温度没 有重叠部分就无法实现GAX循环,即只有在蒸发温度较高的空调工况下吸收过程 与发生过程的温度才有部分重叠,而在空调工况下,溴化锂吸收式制冷机比氨水吸 收式制冷机更有市场竞争力。此外从换热器结构上看,GAX换热器需要两侧流体同时经历包含相变的发生和吸收过程,这也很难实现。所以对GAX循环只能取其优化回热过程的精华,而不能全盘照搬。由于吸收过程的初终温差通常可达20~50℃, 因此吸收过程的初始阶段的温度较高,可以用浓溶液来冷却。

SCA氨水吸收式制冷循环(Solution Cooling Absorption)的吸收器出口浓溶液经 泵升压后,先在溶液冷却吸收器中吸热升温,再进入溶液热交换器,在溶液热交换器中吸取了另一侧从发生器来的高温稀溶液的热量后,浓溶液出口状态就将进入两相区,即已经有部分蒸气发生,这样就减少了发生器中对外界热源的需求量,从而 可提高循环的性能系数COP。可见采用溶液冷却吸收(SCA)循环同时还伴随着溶液加热发生(SHG)。从这个角度说,溶液冷却吸收(SCA)是氨水吸收式制冷循环在-10℃以下制冷运行时更为合理的流程。

郑宋平等人基于对可再生能源利用的考虑和热泵热源温差的协调配置的研究,选择氨水吸收式循环,将太阳能与地热两种可再生能源结合,提出了一种具有制冷与供热功能的组合热源新热泵系统,将太阳能与地热两种可再生能源结合,提出了一种具有制冷与供热功能的组合热源新热泵系统。该研究的实验结果表明,氨水吸收式热泵可以将太阳能与地热结合起来利用是可行的。

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