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余热型溴化锂吸收式冷热水机组的应用

作者:    发布于:2020-10-28 11:56:24    文字:【】【】【

随着我国经济的快速发展,能源消耗量不断增大,而在这个过程中所产生的污染问题也日益突出,其中一个典型事例就是近年来雾霾天气不断增多,给人们的生产和生活带来极大不便。在我国能源结构中,煤炭占有很大比例,而煤炭在燃烧过程中产生大量的污染物质,对环境污染较大,因此,在清洁能源供应丰富的地区,提倡使用清洁能源已经得到越来越多人的认可。

天然气作为清洁能源的一种,其在燃烧过程中,产生的氮氧化物、一氧化碳、可吸入悬浮颗粒这些对人体有害的物质很少,二氧化硫的排放几乎为零,二氧化碳的产生量是煤炭的40%左右[1]。燃气冷热电三联供系统以天然气为燃料,由于其在减排方面的优势,近年来得到了快速的发展[2]。

余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组是燃气冷热电三联供系统主要设备之一,它并不像标准直燃机那样,直接燃烧天然气来供冷、供热,这样对燃气的消耗量较大。余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组是以燃气轮机(或内燃机)发电设备等外部装置排放的废热做驱动热源,同时也可以以燃油、燃气的燃烧热或其他热源如废蒸汽、市政蒸汽等作为辅助驱动热源,这样既满足了用户对冷热的需求,又提高了能源的利用效率。使整个供系统的能源综合利用率高达80%以上[3]。此外,夏季是用电高峰期,天然气的用气低谷期。余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组利用余热或燃气供冷,可以降低制冷用电量,一定程度的缓解用电紧张,并提高用气量,达到削峰填谷的作用,因此,余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组在冷热电三联供中得到越来越多的应用。

1 余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组原理

1.1    制冷过程

制冷时,溶液泵将吸收器中的稀溶液抽出,经溴化锂溶液热交换器换热升温后进入发生器,在发生器中被驱动热源继续加热,浓缩成浓溶液,同时产生高温冷剂蒸汽。浓溶液经热交换器传热管间,加热管内稀溶液,温度降低后回到吸收器。发生器产生的高温冷剂蒸汽进入冷凝器,被流经冷凝器传热管内的冷却水冷凝成冷剂水,热量被带入大气中。冷剂水进入蒸发器,被冷剂泵抽出喷淋在蒸发器传热管表面,吸收流经传热管内冷水的热量而沸腾蒸发,成为冷剂蒸汽。产生的冷剂蒸汽进入吸收器,被回到吸收器中的浓溶液吸收。吸收过程放出的吸收热被流经吸收器传热管内的冷却水带走,被带入大气中。冷水则在热量被冷剂水带走后温度降低,流出机组,返回用户系统。浓溶液在吸收了冷剂蒸汽后,浓度降低,成为稀溶液后被溶液泵再次送往发生器加热浓缩。这个过程不断循环进行,蒸发器就连续不断地制取所要求温度的冷水。

1.2 制热过程

制热时,利用驱动热源加热发生器中溴化锂溶液,产生高温冷剂蒸汽,同时溶液浓缩成浓溶液,高温冷剂蒸汽进入蒸发器,在传热管表面冷凝释放热量,使管内的热水温度升高,冷剂蒸汽凝水进入吸收器,而浓溶液也进入吸收器,二者混合成稀溶液。稀溶液再由溶液泵送往发生器加热。蒸发器传热管内的热水吸收了冷剂蒸汽凝结时释放出的热量而升温。这个过程不断循环进行,蒸发器就连续不断地制取热水。

以上是余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组的工作原理,它与标准直燃机的主要区别就在驱动热源上,标准直燃机在发生器内利用燃气、燃油的燃烧热作为驱动热源,加热溴化锂稀溶液。而余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组利用余热作为驱动热源,不仅提高了能源的利用效率,还起到了节能减排的目的。

2 余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组设置原则

余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组的优势在于可以利用低品位热能,在冷热电三联供系统中,至少具有蒸汽、热水和高温烟气三种热能中的一种,只有合理选配余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组,才能充分发挥提高系统的能源综合利用率,节约能源,提高系统经济性的优势。对于如何选配余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组,设置原则如下:

2.1 了解空调冷热负荷

了解用户空调冷热负荷,根据空调冷热负荷选择满足空调冷热负荷要求的合适制冷、制热量的机组。余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组大小的选择主要看发电机的余热热负荷大小。因此,当发电机确定以后,余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组的负荷也就确定了。

2.2 分析用户冷水、冷却水情况

了解用户冷水、冷却水进出口温度、流量、是否含乙二醇或其他腐蚀性介质以及最高工作压力。含有乙二醇的冷水、冷却水会对机组换热效果产生影响,需要加大机组换热面积;含有腐蚀性介质的冷却水影响换热管的材质;最高工作压力影响机组水路系统的承压能力。

2.3掌握用户余热情况

如果系统中只有余热烟气,余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组选用烟气型;如果系统中有余热烟气和发动机缸套水或其他余热热水,余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组选用烟气热水型;如果系统中有余热蒸汽和发动机缸套水或其他余热热水,余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组选用蒸汽热水型。另外,也可以单独利用余热蒸汽、发动机缸套水或其他余热热水,余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组选用蒸汽热水型、热水型机组。

对有燃料的用户,当余热制冷(供热)量不能满足额定空调负荷需要,系统中需要配置补燃型溴冷机或其它供冷(热)负荷调节设备。

2.4 与发电机对接方式的选择

常见的系统工艺流程有发电机与余热溴化锂吸收式冷(热)水机组的直接连接和经过余热锅炉的间接连接两种方式。

间接连接的系统工艺明显较直接连接复杂,但是这种工艺出现较早,余热锅炉、蒸汽/热水直燃机等设备制造技术成熟,在国内外有大量成熟案例。这种工艺尤其适用于有一定蒸汽和热水需求的场合,可以通过调节从余热锅炉出来的进入直燃机的蒸汽量,方便的调节负荷分配。

直接利用余热的烟气型或烟气热水型余热吸收式冷热水机组设备制造技术虽然在蒸汽和热水供应方面没有传统间接连接方式灵活,但是也具有工艺简单、占地少的突出优势,而且由于减少了换热环节,采用直接连接系统的热效率更高。此外,直接对接工艺有每台发电机组各自对应一台余热溴化锂吸收式冷(热)水机和两台发电机组共同对接一台余热空调机组的不同形式。一般来说,当发电机组单机容量较小时,可以考虑两台发电机组对接一台余热溴化锂吸收式冷(热)水机的形式,但此时应注意解决好发电机组之间烟气管路的互相影响问题。如发电机组容量较大(如超过 800kW),应尽量采用发电机组各自对接一台余热溴化锂吸收式冷(热)水机的连接方式。

在选择对接方式时,要充分考虑具体的余热利用工艺和建筑的冷、热、生活热水负荷需求等因素,同时根据项目的特点,最终确定选用哪种方式。

2.5 机组是否需要配置补燃装置

当系统中只有一台余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组,没有其它供冷(热)负荷调节设备的情况下,适宜于配置补燃型溴化锂吸收式冷(热)水机组。

若系统中有多台余热型溴冷机,不宜配置补燃型溴化锂吸收式冷(热)水机组,应独立配置其它供冷(热)负荷调节设备。

3设计时应注意的问题

3.1机房条件

机房面积、高度、基础形式、机组摆放位置等,决定机组外形尺寸和各管路系统(冷水、冷却水、烟气和燃气)方向。

3.2排烟背压

发电机组特别是燃气轮机发电机组对排烟背压有较严格的要求,排烟背压过大,容易造成发电机组排烟不畅。因此,在选配余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组时,必须选用烟气发生器阻力合适的机组。对于允许排烟背压较低的,须在余热型机组的排烟管上设置引风机,用于克服烟气发生器的阻力。

3.3排烟温度

根据不同用户或用户当地环保部门对机组排烟温度的要求不同,余热型溴化锂吸收式冷(热)水机组的配置也不相同。对要求排烟温度在120℃甚至更低的机组,可以在烟气发生器后部接一个烟气热水换热器,加热发动机缸套水或生活热水来进一步降低排烟温度,来满足要求。

余热溴化锂吸收式冷(热)水机组由于利用余热制冷或供热,提高了能源的利用效率,而且在用电高峰期降低了空调用电量,起到了削峰填谷的作用,因此,在实际生产中应用也越来越多。