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提高溴化锂吸收式制冷机性能的方法有哪些

作者:    发布于:2019-5-14 11:27:03    文字:【】【】【

 溴化锂吸收式制冷机的性能  

陕西汇晨制冷科技从事制冷设备维修,溴化锂吸收式制冷机的性能,除了受冷媒水和冷却水温度、流量以及水质等因素的影响外,还与加热蒸气的压力(温度)、溶液的流量等因素有关。了解以上因素对溴化锂吸收式制冷机的影响,对设计、操作和正确选择溴化锂吸收式制冷机均具有重要的指导意义。  

(1) 加热蒸气压力(温度)的变化对机组性能的影响  

当其它参数不变时,加热蒸气压力对制冷量的影响如图1所示。由图可知,当加热蒸气压力提高时,制冷量增大,但蒸气压力不宜过高,否则,不但制冷量增加缓慢,而且浓溶液有产生结晶的危险,同时会削弱铬酸锂的缓蚀作用,因而一般加热蒸气压力不超过0.29Mpa(132℃)为宜。

加热蒸气的压力变化时,溶液循环的变化如图2所示。当压力降低时,加热温度降低,发生器出口浓溶液的温度由降至,浓度由 降为 ,发生出来的水蒸气量减少,因而制冷量减少。随着制冷量的减少,冷凝及吸收器的热负荷均减少,冷凝压力由降为 ,稀溶液出吸收器的温度由 降至 。由于冷媒水出口温度升高,导致蒸发压力由上升至 ,稀溶液出口浓度由 降为 。综上所述,随加热蒸气压力的降低,溶液的循环过程由原来的2-5-4-6-2变为 ,因为 ,故总的放气范围减少,制冷量下降,热力系数降低。  

(2)冷媒水出口温度的变化对机组性能的影响

当其它参数不变时,冷媒水出口温度对制冷量的影响如图3所示。由图可以看出,冷媒水出口温度降低时,制冷量随之下降。     冷媒水出口温度变化时,溶液循环的变化如图4所示。当冷媒水出口温度降低时,蒸发压力由 降至 ,吸收能力减弱,吸收终了稀溶液浓度 升高,放气范围变小,制冷量下降。由于冷媒水量不变,制冷量的下降使冷媒水出口温度稍有回升,蒸发压力由 回升至 ,同时冷凝器、发生器以及吸收器的热负荷也随之下降,导致发生器出口浓溶液温度由 升高到 ,冷凝压力由 降至 。吸收器出口稀溶液温度由 降至 ,溶液的循环过程由原来的2-5-4-6-2变为 。因为,故总的放气范围减少,制冷量下降,热力系数降低。  

(3)冷却水进口温度的变化对机组性能的影响  

其它参数不变时,冷却水进口温度对制冷量的影响如图5所示。由图可以看出,随冷却水进口温度的降低,制冷量增大。     

冷却水进口温度变化时,溶液循环的变化如图6所示。当冷却水进口温度降低时,吸收器出口稀溶液的温度由 降至 ,浓度 也随之下降,冷凝压力由 下降至 ,从而使发生器出口浓溶液的浓度 增加,显然,它将使循环的放气范围增大,制冷量增加。但随着制冷量的增大,吸收器热负荷增加,稀溶液出口温度由 回升至 ;冷媒水出口温度降低,蒸发压力由降为 ;冷凝器负荷增加,冷凝器负荷增加,冷凝压力由 回升至 ;发生器负荷增加,发生器出口浓溶液的温度由 降至 。从而使原来的循环2-5-4-6-2变为 。由于放气范围增大,故制冷量增加,热力系数提高。  必须指出,对于溴化锂吸收式制冷机,冷却水进口温度不宜过低,否则会引起浓溶液结晶、蒸发器泵吸空或冷剂水污染等问题。当冷却水温度低于16℃时,应减少冷却水量,使其出口温度适当提高。  

(4)冷却水量与冷媒水量的变化对机组性能的影响  

其它参数不变时,冷却水量的变化将引起冷却水温的改变,因而冷却水量变化对制冷量的影响与冷却水温度变化对制冷量的影响相似,但它除了引起循环各参数的变化外,还将引起吸收器和冷凝器中传热系数的变化。冷却水量的变化对制冷量的影响如图7所示。     冷媒水出口温度不变时,冷媒水量的变化对制冷量的影响很小。例如当泠媒水量增大时,一方面使得蒸发器传热管内流速增加,传热系数增大,制冷量增加;另一方面,由于外界负荷不变,从而使冷媒水回水温度(即冷媒水的进口温度)降低,导致平均温差降低,制冷量减少。两者综合的结果是机组的制冷量几乎不发生变化,见图8。  

(5)冷媒水与冷却水水质的变化对机组性能的影响  

水中的污垢对换热器的传热性能影响很大,水质越差越易形成污垢,表1列出了污垢系数与制冷量的关系。

(6)稀溶液循环量的变化对机组性能的影响  稀溶液循环量与系统制冷量的变化关系如图9所示。当溶液的循环倍率a保持不变时,由于单位制冷量变化不大,因此机组的制冷量几乎与溶液的循环量成正比。   (7)不凝性气体对机组性能的影响  

不凝性气体是指在制冷机的工作温度、压力范围内不会冷凝、也不会被溴化锂溶液所吸收的气体。不凝性气体的存在增加了溶液表面的分压力,使冷剂蒸气通过液膜被吸收时的阻力增加,传质系数关系小,吸收效果降低。另外,倘若不凝性气体停滞在传热管表面,会引成热阻力,影响传热效果。它们均导致制冷量下降。  由图10可以看出,若机组中加入 ,就会使机组的制冷量由原来的2267.4kw降为1162.8kw,几乎下降50%。  提高溴化锂吸收式制冷机性能的途径  由上面分析可知,溴化锂吸收式制冷机的性能不仅与外界参数有关,而且与机组的溶液循环量、不凝性气体含量及污垢热阻有关。此外,机组的性能还与溶液中是否添加能量增强剂,热交换器管簇的布置方式等因素有关。我们可望通过下列途径来提高机组的性能。  (1)及时抽除不凝性气体  由于溴化锂吸收式制冷机是处于真空中运行的,蒸发器和吸收器中的绝对压力极低,故外界空气很容易漏入,即使少量的不凝性气体也会明显地降低机组的制冷量。如果不凝性气体积聚到一定的数量,就能破坏机组的正常工作状况。因而及时抽除机组内的不凝性气体是提高溴化锂吸收式制冷机性能的根本措施。     为了及时抽除漏入系统的空气,以及系统内因腐蚀产生的不凝性气体(氢),机组中备有一套抽气装置。图11表示一套常用的抽气系统。不凝性气体分别由冷凝器上部和吸收器溶液上部抽出。由于抽出的不凝性气体中仍含有一定数量的冷剂水蒸气,若将它直接排走,不仅会降低真空泵的抽气能力,而且会使机组内冷剂水量减少。同时,冷剂水和真空泵油接触后会使真空泵油乳化,使油的粘度降低、恶化甚至丧失抽气能力。因此,应将抽出的冷剂水蒸气回收。为此,在抽气装置中设有水气分离器,让抽出的不凝性气体进入水气分离器,在分离器内,用来自吸收器泵的中间溶液喷淋,吸收不凝气体中的冷剂水蒸气,吸收了水蒸气的稀溶液由分离器底部返回吸收器,吸收过程中放出的热量由在管内流动的冷剂水带走,末被吸收的不凝性气体从分离器顶部排出,经阻油室进入真空泵,压力升高后排至大气。阻油室内设有阻油板,防止真空泵停止运行时大气压力将真空泵油压入制冷机系统。  图12示出另一种抽气装置,它属于自动抽气装置类型。自动抽气装置虽有多种形式,但其基本原理都是利用溶液泵排出的高压流体作为抽气动力,通过引射器引射不凝性气体,然后不凝性气体随同溶液一起进入储气室(又称气液分离器),在储气室内部,不凝性气体与溶液分离后上升至顶部,溶液由储气室返回吸收器。当不凝性气体积聚到一定数量时,关闭回流阀,依靠泵的压力将不凝性气体压缩到大气压力以上,然后打开放气阀,将不凝性气体排至大气。  自动抽气装置的抽气效率较低,抽气量也很小,因此在机组中仍需设置如图12所示的机械真空泵抽气系统,以便在机组开始投入运行前或机组内积存较多的不凝性气体时使用。  (2)调节溶液的循环量  机组运行时,如果进入发生器的稀溶液量调节不当,可导致机组性能下降。发生器热负荷一定时,如果循环量过大,一方面使溶液的浓度差减小,产生的冷剂蒸气量减少;另一方面,进入吸收器的浓溶液量增大,吸收液温度升高,影响吸收效果。两者均使机组的制冷量下降,热力系数降低。如果循环量过小,机组处于部分负荷下运行,制冷能力得不到充分发挥,而且由于循环量过小,溶液的浓度差增大,浓溶液浓度过高,有结晶的危险。因此,机组运行时,应适当地调节溶液的循环量,以期获得最佳的制冷效果。  溶液循环量的调节可通过三通阀来完成。它将部分稀溶液旁通到由发生器返回到溶液热交换器的浓溶液管路中,直接流回吸收器,达到调节稀溶液环量的目的。  (3)强化传热与传质过程  溴化锂吸收式制冷机基本上是一些热交换器的组合体,它的工作过程实质上是由传热和传质过程组成的,因此强化传热和传质过程将使机组的性能有所改善。  ①添加能量增强剂 在溴化锂吸收式制冷机循环系统中往往添加一种名叫辛醇的能量增强剂,它可使传热和传质过程都得到强化。  辛醇是一种表面活性剂,它能减少溴化锂溶液的表面张力,从而增加溶液与水蒸气的结合能力。此外,还能降低溴化锂水溶液的分压力,从而增加吸收推动力,使传质过程得到增强。  铜管表面几乎完全被辛醇浸润,在管表面形成一层液膜,而水蒸气与液膜几乎不溶,因而在辛醇液膜上呈珠状凝结,放热系数大大增强,强化了传热效果。  实验表明,辛醇的添加量约为溴化锂溶液量的0.1%~0.3%,添加辛醇后制冷量可提高10%~20%。  辛醇的密度约为0.83kg/l,基本上不溶于溴化锂水溶液,因此随着机组的运行,辛醇会不断地积聚在蒸发器和吸收器液面上,逐渐丧失提高机组制冷量的作用。因此必须定期地将蒸发器水盘中的冷剂水旁通到吸收器中,使辛醇聚层和溶液充分混合,然后循环使用。  ②减少冷剂蒸气的流动阻力 减少冷剂蒸气的流动阻力可增强吸收推动力,强化传热和传质过程。通常采用的措施是改进挡液板结构型式,增大流通截面;布置蒸发器和吸收器管簇时留有气道,减少管簇部的流动阻力;吸收器采用热、质交换分开进行的结构形式等。  ③提高换热器管内工作介质的流速 对于冷却水和冷媒水,流速一般取1.5~3.0m/s,加热蒸气的流速为15~30m/s,溶液的流速一般高于0.3m/s。  ④传热管表面进行脱脂和防腐蚀处理。  ⑤改进喷嘴结构,改善喷淋溶液的雾化情况。  ⑥提高冷却水和冷媒水的水质,减少污垢热阻。  ⑦采用强化传热管 例如采用锯齿形低肋管和多孔性镀层金属管等,提高传热效果。  ⑧合理地调节喷淋密度 在溴化锂吸收式制冷机中,因蒸发器冷剂水的蒸发压力很低,为克服静液柱高度对蒸发过程的影响,通常将蒸发器做成喷淋的型式。合理地调节喷淋密度,可以得到最佳的经济效果。如果喷淋密度过小,有可能使部分蒸发器管簇外表面没有淋湿,影响制冷效果;但如果喷淋密度过大,管子表面的液膜增厚,冷剂水的蒸发受影响,阻力损失增大,吸收推动力减少,影响吸收效果,同时液膜形成热阻,影响外层冷剂水与管内冷媒水的热交换,同样也影响制冷效果。吸收器中的喷淋密度也应作适当调节。尽管喷淋量增大时在一定范围内对传热传质有利,但同样也存在着液膜增厚的问题,它将增加传热和传质的阻力,影响吸收效果。另外,随喷淋量的增大,溶液泵和蒸发器泵的功率消耗也增大,这也是值得注意的问题。  (4)采取适的防腐措施  由于溴化锂溶液对一般金属有强烈的腐蚀作用,特别是有空气存在的情况下腐蚀更为严重,因腐蚀而产生的不凝性气体又进一步降低了机组的制冷量,因此除了严格防止空气的漏入并加设抽气装置外,还必须采取适当的防腐措施。  最初人们采用昂贵的耐腐蚀材料,如不锈钢等,结果使装置的成本过高,推广受到限制。后来大量的试验研究和运行实践表明,在溴化锂溶液中加入0.1~0.3(按质量计)的铬酸锂作为缓蚀剂,同时加入适量的氢氧化锂,使溶液呈弱碱性(pH=9.5~10.5),可以有效地延缓溴化锂溶液对金属的腐蚀作用。这是因为铬酸锂能在金属表面形成一层保护膜,使之不能与氧直接接触,达到了防腐蚀的目的。

除铬酸锂外,还有其它的缓蚀剂,如Sb2O3,CrO4等。