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第四章 溴化锂吸收式机组的性能
时间:2019-1-9,点击:0

 

第四章    溴化锂吸收式机组的性能

 

溴化锂吸收式机组在实际运行时,往往由于气候、负荷和热源参数等外界条件的变化,以及机组本身内部条件的改变等,使制冷机不能在名义设计工况下工作,并引起制冷机的制冷量、热源消耗量和热力系数等性能指标发生变化。影响机组性能的主要因素包括:外部条件(冷水出口温度、热源温度、冷却水进口温度、冷水与冷却水流量等)和内部条件(溴化锂溶液循环量、不凝性气体的存在、传热管的结垢、冷剂水的污染以及表面活性剂的添加等)两方面。

掌握外部条件和内部条件的变化对溴化锂吸收式机组性能的影响,特别是掌握机组的变工况特性,对于正确设计机组的调节控制方法,合理地选用机组,确保机组无故障操作,并实现机组经济运行具有重要意义。

第一节   外部条件变化对机组性能的影响

本节主要讨论当某一外界条件变化而机组的其他运转条件不变时,所引起的机组性能的变化,给出机组的变工况性能曲线图。当外界条件过于偏离工况的运行参数时,除了大大降低机组的性能外,还将引起机组发生运行故障。

一、冷水出口温度的影响

外界空调负荷随季节和空调对象的发热量经常变化,而机组产生的制冷量必须与外界空调热负荷相匹配,这就要求机组的制冷量也要随之变化。若机组的其他运转条件不变――冷却水进口温度、热源温度、冷水与冷却水流量、稀溶液循环量为定值,当外界空调热负荷低于机组名义制冷量时,冷水进口温度将降低,经过溴化锂吸收式机组后,冷水出口温度亦随之下降。由图41所示:当其他外界条件、内部条件不变时,在一定范围内,冷水出口温度每升高1℃,制冷量约提高3-5%;而且机组溶液浓度差增大,但蒸汽耗量变化不大,使热力系数也升高,单位耗汽量下降。因受溶液循环量及传热面积的限制,制冷量、蒸汽耗量未能较大幅度的上升。反之,当冷水出口温度每降低1℃,制冷量要降低约7-9%;而且蒸汽耗量无明显下降,使热力系数降低,单位耗汽量上升,机组运行不经济。

值得注意的是:机组的冷水出口温度是在一定范围内变化的。

当冷水出口温度过度降低,会使溶液浓度升高,将引起溶液泵吸空;浓溶液浓度升高,有产生溶液结晶的危险;蒸发温度过低,将引起蒸发器液囊冷剂水冻结,同时制冷量急剧下降。因此在自控方面,通过控制冷水出口温度和蒸发温度,从而对机组起保护作用。

当冷水出口温度过度升高,会使蒸发器液囊冷剂水液位下降,造成冷剂泵吸空,同时制冷量的上升也趋于平缓。同时稀溶液浓度过低,还会造成冷剂水污染,影响机组正常工作。一般名义冷水出口温度为7℃的机组,其冷水出口温度的变化范围为510℃;10℃出水的机组,其冷水出口温度的变化范围为813℃。若冷水出口温度过高,请与我公司联系解决。

二、冷却水进口温度的影响

在使用冷却塔的冷却水系统中,冷却水进口温度是通过起、停冷却塔风机来调节的,而冷却塔的冷却能力又和周围空气的干湿球温度有关,故冷却水温度随季节而变化。当其他条件不变而冷却水进口温度变化时,制冷量也随之发生变化。由图42示:当其他条件、内部条件不变时,与名义工况相比较,冷却水进口温度每升高1℃,制冷量约下降5-8%。此时蒸汽耗量变化不大,但因机组溶液浓度差减小,热力系数下降,单位耗汽量上升。机组处于不经济的运行工况。反之,冷却水进口温度每下降1℃,制冷量约上升3-5%。此时,机组的浓度差增大,热力系数提高,单位耗汽量下降,机组在高效率下运转。冷却水进口温度降低时,制冷量的变化幅度不大,主要因为对一定型号的机组而言,各部分的传热面积与配管尺寸已经合理匹配,这就使冷量的上限范围受到限制。

值得注意的是:冷却水进口温度过低,将引起稀溶液温度过低,浓溶液浓度升高,两者均增加了浓溶液产生结晶的危险。同时还因稀溶液浓度过低及冷凝压力降低,使发生器中溶液剧烈沸腾,溶液液滴极易通过发生器挡液板进入冷凝器中,造成冷剂水污染等故障。故机组运转时,不允许冷却水进口温度过低。反之如冷却水进口温度过高,吸收效果大幅度下降,制冷量降低,严重时将引起结晶的危险,所以也应加以控制。

 

三、冷却水量的影响

冷却水量变化对制冷量的影响,与冷却水进口温度变化对制冷量的影响相似。当冷却水量提高,则吸收器出口冷却水温度下降,冷凝器出口冷却水温度下降,同时吸收器、冷凝器中传热管内冷却水的流速上升,增强了换热效果。这样,吸收器出口稀溶液浓度下降,发生器出口浓溶液浓度提高。制冷量上升。

由图43知,在其他条件不变情况下,冷却水量减少10%,制冷量下降3%左右;反之,制冷量上升2%。国家标准在机组性能的最大偏差中,规定了冷却水量不超过名义值的105%,此时制冷量无明显变化。当冷却水量减少20%以上时,制冷量下降幅度增大。而当冷却水量提高20%以上时,制冷量上升幅度缓慢。

我国标准规定实际运行中冷却水量不超过名义值的120%,否则过分提高传热管内流速后,将引起水侧的冲刷腐蚀,影响机组的使用寿命。冷却水量过少,则要出现浓溶液浓度过高,以至有结晶的危险。因此,冷却水量一般不低于设计值的80%。但在部分负荷时,可通过减少冷却水量的方法来调节机组的运行工况。

四、冷水量的影响

蒸发器冷水温度恒定时,冷水量变化对制冷量的影响,较冷却水量变化对制冷量的影响要小。图44所示为冷水出入口温度差与制冷量的关系,即冷水量变化与制冷量的关系。当冷水量降低时,冷水出入口温度差增大。若冷水出口温度恒定,冷水进出口平均温度值上升,使传热温差增大。另一方面,蒸发器管内冷水流速下降,致使传热系数下降。

 

 

冷水流量在一定的范围内变化,当温差上升值与传热系数下降值相关不大时,则制冷量变化不大或几乎不变,如图45所示。

但应当注意的是:冷水量过分降低,会因管内流速降低,使制冷量下降。严重时甚至引起传热管冻裂。因此,冷水量一般不低于名义值的80%

五、热源温度的影响

1、蒸汽型机组

蒸汽型机组的热源温度即为加热蒸汽压力所对应的饱和蒸汽温度,因而可看作加热蒸汽压力对制冷量的影响。

在其他条件不变时,机组的制冷量随着加热蒸汽压力的升高而增大。相反,压力降低,制冷量下降。这是由于加热蒸汽压力下降,首先引起浓溶液温度与浓度降低,随之在吸收器中吸收冷剂蒸汽的能力减弱,浓度差减小,因而制冷量下降。蒸汽压力变化对机组的制冷量影响可以用图46来表示。实验表明:外界条件、内部条件不变时,对双效机组,加热蒸汽压力降低0.1MPa时,制冷量约降低9-11%。此时机组的浓度差减小,单位耗汽量增加,热力系数下降。

 

 47 热水流量对性能的影响 

 

 

 

 46 蒸汽压力对性能的影响 

 

 

 

 

提高加热蒸汽压力,是提高机组制冷量的方法之一。但随着加热蒸汽压力的提高,浓溶液的浓度升高,机组在高浓度下运行,易产生结晶。特别是双效机组,若加热蒸汽压力过高,高压发生器中溶液温度超过一定值时,会使铬酸锂缓蚀剂失效而影响缓蚀效果。因此,根据我国标准规定,蒸汽压力的变化范围,单效机组为±0.02MPa;双效机组0.6MPa()时为MPa0.8MPa()时为MPa

蒸汽(热水)型机组的制冷量通常可通过对热源流量进行调节,以达到冷量平衡的目的。对于蒸汽型机组,热源流量的调节就是热源蒸汽压力的调节。因此,蒸汽压力随着制冷量的减小而降低。此时应注意的是:由于溶液浓度的降低,将会造成冷剂水不足、冷剂泵吸空等现象,应予以及时处理。

2、热水型机组

热水型溴化锂吸收式机组中,热源温度对性能的影响,主要是热水温度对制冷量的影响。热水温度对制冷量的影响与蒸汽压力对制冷量的影响相同。图47表示了热水进口温度与性能的关系。由图可知,若其他条件不变,热水进口温度降低5℃,制冷量约下降1015%

 

 

 

第二节  其他影响性能的因素

一、表面活性剂的影响

为了提高热交换设备的热、质交换效果,常在溴化锂溶液中加入表面活性剂,这类物质能强烈地降低表面张力。常用的表面活性剂是异辛醇或正辛醇,辛醇在常压下,是无色有刺激性气味的液体,其在溶液中的溶解度很小。试验表明添加辛醇后,制冷量约提高1015%,图48表示了辛醇添加量与制冷量的关系。

添加表面活性剂提高机组性能的机理如下:

1、提高了吸收器的吸收效果

溴化锂吸收式机组中对机组性能影响最大的是吸收器,而影响吸收速率的是接触面积、传质推动力与吸收系数等因素。溶液中添加辛醇后,表面张力下降,增强了溶液和水蒸汽的结合能力,对于同一传热表面,接触面积将增加;传质推动力为吸收液周围的冷剂蒸汽压力和吸收液的蒸汽分压之差,在同一温度下,添加辛醇后,溶液蒸汽分压降低,传质推动力将增大;添加辛醇后,由于溶液表面张力降低,而在传热管表面形成马拉各尼对流效应,从而吸收速率上升,吸收效果增强。

2、提高了冷凝器的冷凝效果

添加辛醇后起到了凝结表面的作用。含有辛醇的水蒸汽与铜管表面几乎完全浸润,然后很快形成一层液膜,使水蒸汽在铜管表面的凝结状态由原来的膜状凝结变成珠状凝结。珠状凝结的表面传热系数较膜状凝结约可提高二倍以上,从而提高了冷凝时的传热效果。

辛醇与溴化锂溶液基本上互不相溶,故随着机组的不断运转,辛醇将积聚在蒸发器和吸收器液面上而不能继续循环,逐渐失去提高制冷量的效果,此时应定期将蒸发器中的冷剂水旁通至吸收器。

理论上说充入机内的辛醇不会外泄,但是在机械真空泵抽气时,辛醇蒸汽会与不凝性气体一起抽出机外,抽气次数愈多,抽出机外的辛醇就愈大,当真空泵排出的气体中无辛醇气味、或辛醇气味很少时,则应进行补充,正常情况辛醇的含量为0.1-0.3%

二、不凝性气体的影响

不凝性气体指溴化锂吸收式机组工作时,既不会冷凝,也无法被溴化锂溶液所吸收的气体。外部漏入机组的空气(O2N2等)及内部腐蚀而产生的氢气,均属不凝性气体。由于溴化锂吸收式机组是在高真空下工作的,蒸发器、吸收器中的绝对工作压力仅几百帕(67mmHg),外部空气极易漏入。即使制造完好的机组,随着运转时间的不断增加,也难保证机组的绝对气密性。同时机组运行过程中,溶液总会腐蚀钢、铜等金属材料而生成氢气,这类不凝性气体即使数量极微,对机组性能也将产生极大的影响。

在标准制冷量为2270KW的冷水机组中,加入30g 氮气后,制冷量则降低为1162KW,几乎减少了一半(如49所示)。随着不凝性气体的积聚,将出现机组制冷量降低、结晶、甚至机组无法正常运行等现象。

因此,提高机组的密封性,防止空气漏入机组,以及在运行中及时地抽除机组中的不凝性气体,保持机组良好的真空状态,是保证机组性能的基本条件。

 

三、溶液循环量的影响

410显示当溶液循环量变化时,机组性能的变化。可见当蒸汽压力一定时,溶液循环量减少,导致机组的制冷量降低。反之,溶液循环量增大,机组制冷量上升。

但是,当发生器热负荷一定时,溶液循环量过大,则预热部分增加,导致冷剂蒸汽的发生量减少。从而使制冷量下降。所以,在一定的外界加热条件下,溶液循环量有一最佳值。

四、冷剂水的纯度

由于运转条件变化(如热源温度突然升高或冷却水温度过低),或机组运转初期溶液浓度过稀,加之操作不当等原因,发生器中的溴化锂溶液可能随冷剂蒸汽进入冷凝器和蒸发器,使冷剂水中含有溴化锂,这种现象称为冷剂水污染。即使正常运转的机组,随着运转时间的增长,也会产生冷剂水污染。冷剂水污染会使制冷量下降。

冷剂水污染对制冷量的影响可以通过机组吸收机理加以说明:冷剂水含溴化锂后实际呈稀溶液状态。而在同一温度下溴化锂水溶液的饱和蒸汽压力总是低于纯水的蒸汽压力;在同一蒸发温度下,蒸发压力降低。即吸收液周围的冷剂蒸汽压力下降,因此传质推动力减小,吸收效果下降,制冷量降低。值得注意的是,严重污染时,由于溴化锂溶液转移至蒸发器中,造成吸收器中溶液量不足,溶液泵工作不正常而影响机组的正常运行。

五、污垢系数的影响 

溴化锂吸收式机组运转一段时间后,在传热管内壁与外壁逐渐形成了一层污垢。污垢的影响常用污垢系数来度量。污垢系数越大,则热阻越大,传热性能越差,机组制冷量下降。

水侧污垢的形成取决于管内流动的水质。可见水质的变化,对机组性能有较大影响。尤其是冷却水的水质,除了使机组结垢,还使机组产生腐蚀,影响到机组的正常运转与使用寿命。

还应注意的是,由于溴化锂溶液对传热管的腐蚀等原因,将引起传热管外壁产生污垢,也将使制冷量衰减。因此,加强水质管理和水垢清理,是和保持机组真空以及溴化锂溶液定期维护保养同样不可缺少的机组操作维护保养的重要组成部分。

 

 

 

 

                            

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