低温余热驱动的氨吸收_压缩联合制冷循环的热力性能分析.pdf

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1、化工进展2009年第28卷增刊CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS·459·低温余热驱动的氨吸收/压缩联合制冷循环的热力性能分析赵宗昌，张晓冬（大连理工大学化工学院，辽宁大连116012）摘要：提出了以低温余热为驱动热源的氨吸收/压缩联合制冷循环过程，根据Schulz所建立的氨水溶液的热力学性质方程，对此循环过程的热力性能进行了模拟计算。分析考察了蒸发温度、压缩比、放气范围等参量对系统的制冷系数，发生温度和循环倍率的影响规律。结果表明，与单级氨吸收制冷相比，在同样的蒸发温度下，

2、氨吸收/压缩联合制冷循环过程可以显著降低热源温度，为有效利用低温位余热进行制冷提供了一种有效的方法。关键词：吸收/压缩制冷；氨水；低温位余热；性能模拟目前，石油化工中存在大量低温位余热，由于5其温位较低，不能直接被生产工艺过程所直接利用，2a通常被排放到环境中（循环水或大气中），从而造成3冷凝器能量的巨大浪费。与此同时，工艺过程中很多单元1过程则需要对物料或产品进行冷却或冷冻，需要大精馏塔吸收器6过冷却器量不同温位的冷量。目前，制取这些冷量多采用机8a96a械压缩制冷的方式，从而耗费了大量高品质的电能。压缩机吸收制冷

3、是利用热能驱动进行制冷循环的。在吸收2478式制冷技术中，氨是最早被使用的制冷剂之一，有4a氨水泵蒸发器其独特的热力性质。氨的标准沸点为－33.4℃，在常用制冷温度下，制冷机的低压部分的压力保持在图1氨吸收/压缩联合制冷循环大气压力上下。氨的凝固点为－77.7℃，因此一般认为它的制冷温度可低至－46℃。氨的气化潜热很力学性质方程对其循环性能进行模拟分析。大，在常用的蒸发温度下达1300kJ/kg，约为R221氨吸收/压缩联合制冷循环的构成的7倍。此外，氨的价格低廉，容易获得。及其特点氨有着其它工质不可取代的作用，在蒸

4、发温度低于0℃的情况下，它是唯一实用的制冷剂。水与氨吸收/压缩联合制冷循环是由发生器、精馏氨能够完全互溶，在制冷机的工作温度和压力范围塔、吸收器、冷凝器、过冷器、蒸发器、溶液换热内没有结晶析出。器、氨水泵和压缩机所构成。与单级氨吸收制冷的单级氨吸收制冷需要热源温度较高（如蒸发温区别是在蒸发器和吸收器之间添加了氨压缩机。氨度为－20℃时，热源温度为140℃以上），所以通常吸收/压缩联合制冷循环的特点是，由于氨压缩机需要温度和压力都很高的动力蒸汽进行驱动。由于的增压作用提高了吸收器的吸收压力和浓氨水溶单级氨吸收制冷其性能

5、系数较低（0.45左右），所以液的浓度，提高了发生器中稀溶液的浓度，从而有在过去很长一段时间里，氨吸收制冷逐渐被氨压缩效降低了发生器的发生温度。对于生产装置中目前制冷所替代。近年来由于能源价格的提高以及节能正在使用压缩机进行制冷，同时又有一定温位的工减排的实际需要，探索利用低温位工业余热进行制业余热可以利用的场合，采用这种循环，可以利用冷的技术，受到人们的广泛关注。许多研究者对两工业余热作为驱动热源，同时有效降低了压缩机的[1-2]级或类似两级的氨吸收制冷循环进行了研究，但压缩比，降低了压缩机的用电负荷，具有节能降耗

6、两级氨吸收制冷所需设备以及设备的投资费用是单的作用。级氨吸收制冷的两倍，同时性能系数较低（0.25左2循环过程的热力性能分析右）。为了降低热源温度，本文提出了吸收/压缩联合制冷流程，并根据Schulz所建立的氨水溶液的热循环过程的热力性能与其循环工质的热力学性·460·化工进展2009年第28卷ggg质密切相关。为了对其性能进行分析，需要给出氨HGSRm=+RmθRmg水溶液的热力学性质方程。=−(1yH)+yHR,NH(5)R,HO232.1氨水溶液的热力学性质方程HGSfff=+θRmRmRm1973年舒尔茨[3

7、]发表了温度范围为－73～177e∂GffeR=−(1xH)R,HO+xHR,NH+−Gθ(6)℃，压力范围为0.9807kPa～2.452MPa（绝压）的23R∂θ氨以及氨水溶液的吉布斯自由能表达式，在此基础2.1.4氨水溶液相平衡关系式1ffpTx(,,)=+exp{[Gθln(1−x)上，利用热力学基本关系式可以获得氨水体系的相θRHO2平衡状态方程式和焓浓关系式[3—5]。eeg+−∂∂−GxGxGRR(/)π,θRHO2]}2.1.1纯组分状态方程1fee++exp{[GxRNH3θln+GRR+(1−x)

8、(∂G/∂x)π,θ气相：θg−−G]}10(7)=θθCgRNH3ggggpR1GHSCdRoo=−+θθ∫∫pR−θdθ+fpTy(,,)exp{[=+GfθlnxG+eθRnh3Rθθ00θπ+−∂∂(1xGx)(e/)−Gg]}−=y0(8)Rπ,θRNHθln()()+−+CC1oθππ()2o×ππ−+3πo当纯氨气液平衡时，x=1