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1、溴化锂吸收式制冷系统在火力发电厂中的应用摘要当今能源与环保问题已经成为全世界所关注的，因为社会对于资源、环境问题和可持续发展有了更高的要求和关注。如怎样提高能源利用率，充更好的利用工业生产过程中产生的大量低温余热，减少CFC对臭氧层的破坏，减缓温室效应，已经是个迫不及待要解决的问题。溴化锂吸收式制冷系统则是一种节能环保的制冷方式，回收余热和提高能源利用率的意义已经迫在眉睫。本文就是开展了如何使用溴化锂吸收式制冷机组在火电厂中进行热电冷联产的应用。这篇文章就是指出了热电冷三联产的用途、工作原理及其优势。这里也分析了吸收式制冷的原理，利用液态制冷剂在低温、低压条件下，蒸发、汽化吸收载冷剂的热负荷，
2、产生制冷效应。通过对比就可以比较出溴化锂的几种机组的优缺点，这里就采用了两极吸收式溴化锂制冷机组作为制冷装置。应用的能量调节系统，从而性能就会得到提高溴化锂吸收式制冷机组。按照热力学综合效率最佳的原则，在使制冷工况下，对系统的主要部件进行了有关的计算。并且总结国内外的一些采用溴化锂吸收式制冷技术的例子基础上，在根据其电厂的实际情况及应用溴化锂吸收式制冷系统的可行性，做出以用汽轮机废汽为热源的热电冷三联产系统综合设计方案。结果表明，这个系统采取了两级吸收式制冷机组全部以废热作为驱动热源，从而这样使运行成本降低，这样一来一般投资两年左右就可取得收益，这种方法就是较理想制冷方式，应用于热电冷三联产的
3、制冷方式。关键词：火电厂 ，余热回收，两级吸收式，节能，吸收式制冷，溴化锂AbstractIn the current energy shortages and the context of envirAonmental protection, people to community resources, environmental issues and sustainable development strategies attention. How to improve energy efficiency, make full use of industrial production pr
4、ocess of a large number of low-temperature waste heat to reduce the CFC on the ozone layer and slow down the greenhouse effect, more and more attention. Lithium bromide absorption refrigeration energy saving and environmental protection as a means of cooling for waste heat recovery and energy effici
5、ency become more and more important significance. This paper carried out using lithium bromide absorption refrigeration unit in thermal power plants in the study of thermoelectric power of cold.This article first pointed out that the development of CCHP significance, principles and advantages. Analy
6、sis of the absorption refrigeration principle: the use of liquid refrigerant in low temperature, low pressure conditions, evaporation, evaporation cooling agent contained in the absorption heat load, resulting in cooling effect. LiBr comprehensive comparison of the advantages and disadvantages of se
7、veral units, select the polarization of lithium bromide absorption refrigeration unit as a refrigeration device. In this paper, the application of energy-conditioning systems, to further improve the lithium bromide absorption refrigeration unit performance. In accordance with the cooling conditions
8、so that the best thermodynamic efficiency of the principle of integrated, on the main Department ofTo carry out the relevant pieces of the calculation. In conclusion, the use of foreign LiBr absorption refrigeration technology based on the actual situation in power and application of lithium bromide
9、 absorption refrigeration system, the feasibility of a given waste with steam to heat the steam CCHP system design program.Comprehensive results show that the system uses a two-stage absorption refrigeration unit completely to waste as a drive source, and its running costs very low, generally about
10、two years in the investment can be recovered, is an ideal application of CCHP cooling way.Keywords: energy conservation; waste heat recovery; absorption refrigeration; LiBr; absorption levels; Thermal Power Plant目录摘要1Abstract21 绪论51.1课题背景及研究的意义51.1.1能源现状51.1.2发展热电冷三联产61.1.3热电冷三联产原理及优势71.2吸收式制冷系统81.2
11、.1吸收式制冷系统的原理91.2.2吸收式制冷循环的性能指标91.3方案论证111.3.1溴化锂吸收式制冷机的特点111.3.2方案论证112溴化锂水溶液122.1水、溴化锂123溴化锂吸收式制冷183.1溴化锂吸收式制冷的原理183.1.1溴化锂溶液的p-t图183.1.2对比溴化锂吸收式制冷循环和压缩式制冷循环193.2两级发生溴化锂吸收式冷水机组203.2.2水和溴化锂溶液的具体循环流程224 溴化锂机组的计算244.1溴化锂溶液的h-图244.2相关设计运算264.2.1热力计算264.2.2传热面积的计算325 溴化锂吸收式机组中的控制系统355.1冷水机组自动控制器功能分析355.
12、1.1安全保护系统功能355.1.2能量调节功能365.1.3机组运行控制功能385.1.4管理、显示、设置功能395.2冷水机组控制器下位机总体设计395.2.1总体设计路395.2.2下位机总体设计方案405.3硬件电路设计425.3.1温度信号采集硬件电路425.3.2故障信号采集硬件电路425.3.3液位、阀位信号采集模块435.4软件设计446溴化锂吸收式冷水机组在火电厂中的应用456.1火电厂的生产过程45466.3热电冷三联产设备配置模式47总结与展望48致 谢49参考文献50- 37 -1 绪论1.1课题背景及研究的意义1.1.1能源现状迈进新世纪以来，人类在环境与社会发展问题
13、上面临着更为严峻的挑战。在南非约翰内斯堡召开的可持续发展世界首脑会议（World Summit on Sustainble Development.WSSD）,揭开了人类进入21世纪解决环境与发展问题的序幕。在现代文明高速发展的今天，能源已成为左右可持续发展进程的关键因素之一。一方面，能源是改善人类生活和促进经济发展的必需，随着现代工业的迅速发展，人们对能源的需求和依赖性越来越大；另一方面，能源的消耗急剧增加，也导致空气污染、地球变暖等环境问题日益加剧。目前，世界各国使用的能源主要是煤、石油、天然气等一次性能源，占能源总消费量的大部分。现有的能源供应和消费模式显然称不上“可持续”。据预测在未来
14、的几十年内世界能源消耗量仍将以平均每年较快的速度上升，按现在的使用速度，世界上的石油存储量只够开采五十年左右，煤炭也只能开采大约不到两百年。如何以可持续发展的方式满足不断增长的能源需求，给世界各国提出了巨大的挑战。改善和调整能源结构，提高能源利用率，开发利用新能源和无污染的可再生能源已成为能源、经济、环境和社会可持续发展的必由之路。我国是以煤炭为主要能源的国家，在能源的生产和消费中，煤炭占很大的比例，这是我国能源结构中一个很不利的因素。以煤炭为主要能源，造成了我国严重的大气污染。联合国公布的相关数字表明，自1965至1998年，全球二氧化碳的排放量翻了一番。燃烧矿物燃料产生的温室气体，目前是全
15、球温室气体的最主要的来源。在煤炭发电的过程中，产生大量的粉尘、CO2、SO2，造成严重的大气污染，加剧了大气的温室效应和产生大面积的酸雨，对我国的生态环境产生严重威胁。因此，面对即将到来的能源危机，必须采取开源节流的措施，既要开发新的能源，又要大力节约已有能源。1.1.2发展热电冷三联产就目前来看世界上能源利用率较好的几个国家是日本、美国、欧盟等地。从一些文献的统计数据可以看出，在世界范围内，即使工业发达国家也约有相当一部分的能源转为废热而排掉了。我过目前能源利用率与发达国家的差距较大，只有一小部分的余热得到了利用，其余基本变为废热排放到环境中，不仅浪费了大量能源，而且对环境造成了热污染。由此
16、可见，余热回收、废热利用是节能的重要环节之一，它既可以减少热污染，又可以降低产品成本，提高经济效益。一、 热电联产在以往的火力发电厂尤其是大型凝汽式发电厂中，尽管采用各种方式提高效率，充分利用发电厂的抽气余热，采用热电联产系统，先将较高参数的蒸汽用来做功发电，然后抽气或排气供热，既避免了热电分产时，有用能的大量损耗，也避免了大量的冷源损失，具有热力学优势。这一能源综合利用技术已是当今世界推行的一项行之有效的节能措施，其节能意义已被国内外大量实践所证实。但由于热电联产的热经济性与热负荷的性质、热负荷的密度、采暖期的长短能诸多因素紧密相关，当热电厂热负荷不足时其经济性很低，热电联产的节能效果就发挥
17、不出来。比如，由于冬天取暖，热负荷充裕，发电量高，这时热电联产的优势很明显；但是，夏季热负荷降低，有大量使用空调制冷，对于抽气凝汽式机组，在发电功率不变的情况下，热负荷减少使得机组热化发电量减少，凝汽流发电量增加。在供热机组的流通部分存在着调整热负荷量和参数的调节机构，使凝汽流的发电耗煤量比同容量、同参数的凝汽式机组发电煤耗量大，造成发电煤耗量的增加。对于背压式机组，夏季热负荷的减少不只是减少热化发电量，而且减少热电厂总输出电功率，同时因背压式机组偏离设计工况，机组耗煤量还将明显增大，这时热电联产就显不出优势。二、热电冷联产热电冷联产（简称三联产）是热电联产的基础上发展起来的以电厂为能源中心对
18、外供应热、电、冷三种能量产品的一种新的能量生产系统。其特点是锅炉产生的蒸汽先通过蒸汽轮机发电作功，排气除满足各种热负荷以外，还用做溴化锂吸收式制冷机组的工作蒸汽。这样一方面节约了低位热能；另一方面增加了热电联产供热机组的热负荷。对于背压式蒸汽轮机来说可以增大机组的负荷率，使机组的热效率提高，在增加发电量的同时，也降低了发电煤耗。对于抽气式供热机组来说，在增加制冷负荷后，无论是维持发电量不变，还是保持进气量不变，都会减少机组的凝汽量，降低发电煤耗量，增加燃料的节省量。这样整个系统的热负荷平衡，能够提高夏季热电厂的发电量与供热量，使系统能高效运行，提高全年的综合经济效益，而且大大减轻了空调制冷负荷
19、对电网的压力，缓解用电紧张局面。由于热电冷联产一般采用溴化锂吸收式制冷机，与CFCS为工质的压缩式制冷机不同，有利于保护大气臭氧层，减轻温室效应。溴化锂制冷剂以低压蒸汽甚至热水为动力，或利用余热、废热等低品位能源，有利于保护环境，提高能源利用率，优化能源消费结构，具有广阔的发展前景。1.1.3热电冷三联产原理及优势一、 热电冷三联产原理热电冷三联产原理图如图1-1所示。通常的热电冷三联产系统主要由热源、一级管网、冷暖站、二级管网和用户设备组成。一般冬季可以用汽轮机抽汽加热采暖用水（或蒸汽），也可以用它们驱动吸附式热泵，热水或蒸汽经管网到用户；夏季利用锅炉余热或汽轮机抽气驱动吸收式或吸附式制冷系
20、统，用冷水经管网提供给用户。图 1-1 热电冷三联产原理图其中，热源包括锅炉余热或汽轮机废汽、抽汽；一级管网包括蒸汽或热水管道；二级管网包括冷水或热水管道；冷暖站包括吸收式制冷系统；用户包括楼宇、冷库或用冷设备等。二、热电冷三联产的优势根据工业发达国家的经验以及我国的一些实践经验，热电冷联产的优势主要表现在以下几个方面：（1）可以减少CO2的排放量，节省能源。将吸收式制冷用于三联产系统， 与消耗高品位电能的压缩式制冷相比，吸收式制冷可利用低品位的热量或联产的余热，充分利用燃料的能源，从而达到节能的目的。（2）有利于环境保护。电力空调以氟利昂（CFCS）为制冷剂，CFCS会引起臭氧层破坏并产生温
21、室效应，国际蒙特利尔协定限制使用。替代物氢氯氟烃虽然对臭氧层破坏能力较低，但温室效应很强，对环境不利。溴化锂吸收式空调机以溴化锂为吸收剂，对人体无毒，对环境无害。因此，用热电厂发展溴化锂吸收式空调替代电力空调，有利于环境保护。（3）可以提高热电厂的设备利用率，相应提高热电厂的经济效益。推广吸收式空调制冷，增加热电厂的夏季热负荷，平衡冬季和夏季热负荷的峰谷差，就可以提高热电厂的设备利用率，相应提高热电厂的经济效益。（4）可以产生节电、增电效益，缓和夏季电力供需矛盾。发展吸收式空调制冷，一方面替代电力空调，节约大量电力；另一方面增加热电厂的热负荷，可以使热电厂的发电量增加。利用已建热电厂溴化锂吸收
22、式空调投资比建电站小，工期也比建电站短，发展溴化锂吸收式空调，充分发挥已建热电厂的发电能力，对于缓解电力供需矛盾将可发挥巨大的作用，采取这一措施，不但可以提高热电厂的发电效率，降低煤耗；由于改善了夏季电力负荷曲线形状，还可以提高电力系统所有发电厂的经济效益。1.2吸收式制冷技术吸收式制冷与蒸汽压缩制冷的原理相同，都是利用液态制冷剂在低温、低压条件下，蒸发、汽化吸收载冷剂的热负荷，产生制冷效应。不同的是，吸收式制冷是利用制冷剂与吸收剂组成的二元溶液为工质对完成制冷循环的。图1-2吸收式制冷原理1冷凝器 2发生器 3溶液泵 4溶液节流阀 5吸收器 6蒸发器 7节流阀图1-2表示了吸收式制冷的工作原
23、理。吸收式制冷由发生器2、冷凝器1、蒸发器6、吸收器5、溶液泵3、节流阀4等部件组成。工作介质除制取冷量的制冷剂外，还有吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。在发生器中工质对被加热介质加热，解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却凝结成液体，然后经节流阀降压，进入蒸发器吸热蒸发，产生制冷效应。蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的工质对吸收，再由溶液泵加压送入发生器。如此循环不息制取冷量。由于它是利用吸收剂的质量分数变化，完成制冷剂的循环，因而被称为吸收式制冷。目前常用的吸收式制冷有氨水吸收式与溴化锂水吸收式两种。氨水吸收式以氨为制冷剂，水为吸收剂，可以制取0以下的温度，但因氨具有刺
24、激性臭味，且热效率低、质量较重、体积庞大，一般很少用。目前应用最广泛的是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机组。1.3方案论证方案一：采用单效溴化锂吸收式制冷流程单效溴化锂吸收式制冷系统是溴化锂制冷机组最基本的形式。该系统的主要特点是：单效流程中通常都是采用0.03-0.15MPa (表)的饱和蒸气或85-150的热水为驱动热源。单效发生单级吸收，发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器都各只要一个，系统结构较为简单。在单效流程中，其发生压力由冷凝压力决定，而冷凝压力的确定取决于冷却水的温度，冷却水的温度由环境温度决定，所以对于单效流程，发生压力的变化不大。那么在一定的发生压力下，随着温
25、度的提高，发生终了的浓溶液浓度将会不断的增加，直至结晶为止，从而破坏了整个的循环。特别是当低品位的热能被应用在单效溴化锂吸收式制冷系统中时，由于热源温度较低，从而导致发生终了状态的浓溶液浓度降低，使得浓溶液的吸收能力下降，影响到对来自蒸发器的冷剂蒸气的吸收，使单效循环无法正常工作。方案二：采用双效溴化锂吸收式制冷流程双效溴化锂吸收式制冷系统是与单效截然不同的一种冷水机组。该系统的主要特点是：与单效的相比在主要的部件上多了一个高压发生器。该系统利用高品位的驱动热源，它大多采用0.25-0.8MPa(表)的饱和蒸气或150以上的高温热水。在双效流程中，采用两效发生，一级吸收的方式。机组中的高压发生
26、器由高温的驱动热源加热，产生的冷剂蒸汽用来提供低压发生器所需的热量，高压发生器和低压发生器发生的制冷剂蒸汽都将进入蒸发器产生冷量，并一起在吸收器中被浓溶液吸收。双效流程对于驱动热源的要求较大，对于整个机组的安全性能要求较高。方案三：采用两级溴化锂吸收式制冷流程两级溴化锂吸收式制冷机组是在单效的基础上发展起来的，是一个较新的节能型的系统。该系统的特点：利用低于0.03MPa(表)的饱和蒸气或85 以下的热水作为热源，适用范围明显的比单效流程广，其节能特性也比较明显。与双效的相比在主要组成部分上多了一个吸收器。在两级流程中，采用了两级发生、两级吸收的方式来适应较低温度的热源。它利用低压循环发生的制
27、冷剂蒸汽，提高高压循环的吸收压力，使高压循环吸收低压循环发生的冷剂蒸汽，高压循环发生的制冷剂蒸汽送入蒸发器产生冷量，并被低压循环吸收。对于在工业领域和自然界广泛存在的较低品位的热源，如:工业废热、太阳能、地热等，足以用来驱动两级流程溴化锂吸收式制冷系统。综上所述，在本次设计中我们采用两级溴化锂吸收式制冷机组。因为本次论文的核心就是充分利用电厂中的低品位的热量，在热电联产的基础上发展热电冷三联产，从而实现能源的阶梯式利用。显然，从以上的分析可以清楚的了解到，单效机组虽然简单但其中存在诸多问题，不利于长期生产；双效机组利用的是高品位的热源；只有两级制冷系统即具备了单效的一些优点又解决了单效中的一些
28、问题，而且可以充分利用电厂的废热。2 溴化锂吸收式制冷2.1溴化锂水溶液的性质溴化锂是一种稳定的物质，是由碱金属元素锂（Li）和卤族元素（Br）两种元素组成，其一般性质与食盐大体类似，有咸味，呈无色粒状晶体，熔点为549，其分子式为LiBr；沸点很高（沸点为1265），在常温或以般高温下可以认为不挥发；极易溶于水；性质稳定，在大气中不变质，不挥发；它由92.01%的溴和7.99%的锂组成，相对分子质量为86.856，密度为3464 kg/ m3（25时）。溴化锂溶液是无色液体，有咸味，无毒，加入铬酸锂后溶液呈淡黄色，主要物理性质：溶解度。物质的溶解度通常用在某一温度下100g溶剂中所能溶解的该
29、物质的最大质量来表示。此时，溶液处于饱和状态，被称为饱和溶液。因此，也可用饱和溶液的质量分数来反映物质的溶解度。溴化锂极易溶于水，在20是食盐的溶解度只有35.9g，而溴化锂的溶解度是其3倍左右。溶解度的大小除与溶质和溶剂的特性有关外，还与温度有关。一般固体的溶解度随温度的升高而增加，但气体的溶解度却随温度的升高而减小。一定温度下的溴化锂饱和水溶液，当温度降低时，由于溴化锂在水中溶解度的减小，溶液中多余的溴化锂就会与水结合成含有1、2、3或5个水分子的溴化锂水合物晶体析出，形成结晶现象，如图2-1所示。图2-1溴化锂在水中的溶解度如对已含有溴化锂水合物晶体的溶液加热升温，在某一温度下，溶液中的
30、晶体会全部溶解消失，这一温度即为该质量分数下溴化锂溶液的结晶温度。测定各质量分数下溴化锂溶液的结晶温度，可绘制成图2-2的结晶温度曲线，该图表示了在溴化锂吸收式机组工作的范围内的结晶温度。当溶液的状态点位于结晶温度曲线上或在结晶温度曲线下边，即溶液温度低于结晶温度，溶液中就会有晶体析出。图 2-2溴化锂水溶液的结晶温度 由图2-2可知，溴化锂溶液的结晶温度与质量分数关系很大，质量分数略有变化时，结晶温度相差很大。当质量分数在65%以上时，这种情况尤为突出。作为机组的工质，溴化锂溶液应始终处于液体状态，无论是运行或停机期间，都必须防止溶液结晶，这点在机组设计和运行管理上都应十分重视。水蒸气压。由
31、于溴化锂溶液中水的沸点远高于水的沸点，因此，在与溶液达到相平衡的气相中没有溴化锂存在，全部都是水蒸气，所以，溴化锂溶液的蒸气压也被称作溴化锂溶液的水蒸气压。图 2-3溴化锂溶液的水蒸气压溴化锂溶液的水蒸气压很低，它比同温度下纯水的饱和蒸气压力低得多，因而有强烈的吸湿性。液体与蒸气之间的平衡属于动平衡，此时分子穿过液体表面到蒸气中去的速率等于分子从蒸气中回到液体内的速率。因为溴化锂溶液中的溴化锂分子对水分子的吸引力比水分子之间的吸引力强，也因为在单位液体容积内溴化锂分子的存在而使水分子数目减小，所以在相同温度的条件下，液面上单位蒸气容积内水分子的数目比纯水表面上水分子数目少。由于溴化锂的沸点很高
32、，在所采用的温度范围内不会挥发，因此和溶液处于平衡状态的蒸气的总压力就等于水蒸气的压力，从而可知温度相等时，溴化锂溶液液面上的水蒸气分压力小于纯水的饱和蒸气压力，且质量分数越高或温度越低时水蒸气的压力越低。图3是用等压法和沸腾法测定的溴化锂溶液的水蒸气压曲线图。由图2-3可知，溴化锂溶液的水蒸气压随着质量分数的增大而降低，并远低于同温度下水的饱和蒸汽压。例如，在25时，质量分数为50%的溴化锂溶液的水蒸气压仅为0.8kPa，而水在此时的饱和蒸汽压约为3.16kPa。这表明溴化锂溶液的吸湿性很强，因为只要水蒸气压力大于0.8kPa，如0.93kPa（水的饱和温度为6）就会被25、50%的溴化锂溶
33、液所吸收，亦即溴化锂溶液具有吸收比其温度低得多的水蒸气的能力。这也正是溴化锂溶液可作为吸收式机组工质对的原因。质量定压热容溴化锂溶液的质量定压热容就是在压力不变的条件下，单位质量溶液温度升高（或降低）1时所吸收（或放出）的热量。溴化锂溶液的质量定压热容曲线如图2-4所示。由图2-4可知，溴化锂溶液的质量定压热容随温度的升高而增大，随质量分数的增大而减小。在溴化锂吸收式机组实际使用的质量分数范围内，溴化锂溶液的质量定压热容仅为1.682.51 kJ/（kgK）0.40.6kcal/（kg），比水小得多。这一点有利于提高吸收式机组的效率。因为溶液的质量定压热容小，在发生过程中加热溶液到沸点所需的热
34、量就较小，在吸收过程中冷却溶液所放出的热量也较小。图 2-4溴化锂溶液的质量定压热容曲线2.2溴化锂吸收式制冷循环的性能指标1、热平衡在吸收式制冷循环中，工质对在发生器中从高温热源获得热量，在蒸发器中从低温热源获得热量，在吸收器和冷凝器中分别向外界环境放出热量、，而溶液泵中只是提供输送溶液时克服管路阻力和重力位差所需的动力，消耗的机械功很小。对于一理想的吸收式制冷循环，如忽略溶液泵的机械功和其他热损失，则由热力学第一定律得到如下热平衡关系式: （1-1） 即加入机组中的热量等于机组向外放出的热量。2、热力系数热力系数表示消耗单位热量所能制取的冷量，是衡量吸收式机组的主要性能指标。由上面可以知道
35、吸收式制冷循环的热力系数： （1-2）在给定条件下，热力系数越大，循环的经济性越好。需要注意的是，热力系数指表明吸收式机组工作时，制冷量与所消耗的加热量的比值，与通常所说的机械设备的效率不同，其值可以小于1，等于1，或大于1。如定义高温热源的温度为Tg，低温热源的温度为T0，外界环境温度为Tk，并忽略吸收式循环中各过程的不可逆损失，则可认为发生器中的温度就等于高温热源温度Tg，蒸发器中的蒸发温度就等于低温热源T0，冷凝器中的冷凝温度和吸收器中的冷却温度就等与外界环境温度Tk，根据热力学第二定律有下式成立： （1-3）联立式（1-1）、（1-2）、（1-3），可以得到理想吸收式循环的热力系数 （
36、1-4）式中 工作在高温热源温度Tg环境温度Tk间正卡诺循环的热效率，； 工作在低温热源温度T0和环境温度Tk间逆卡诺循环的制冷系数，。由此可见，理想吸收式制冷循环可看作是工作在高温热源温度Tg和环境温度Tk的正卡诺循环与工作在低温热源温度T0和环境温度Tk间的逆卡诺循环的联合，其热力系数max是吸收制冷循环在理论上所能达到的热力系数的最大值。这一最大热力系数的数值只取决于三个热源的温度，而与其它因素无关。在实际过程中，由于各种不可逆损失的存在，吸收式制冷循环的热力系数必然低于相同热源温度下理想吸收式循环的热力系数，两者之间被称作吸收式制冷循环的热力完善度，用表示： （1-5）热力完善度越大，
37、表明循环中的不可逆损失越小，循环越接近理想循环。2.3溴化锂吸收式制冷的原理2.3.1溴化锂吸收式制冷循环与压缩式制冷循环的对比为了更明确的说明溴化锂吸收式制冷机的工作原理，可以将溴化锂吸收式制冷机与压缩式制冷机进行对比。压缩式制冷机的整个循环过程包括以下四个过程：制冷剂在蒸发器中向低温热源吸热蒸发的过程；在压缩机中被压缩，压力、温度升高的压缩过程；在冷凝器中向高温热源放热的冷凝过程；通过节流阀使压力、温度降低的节流过程。制冷效应是在蒸发过程中产生的，而压缩机的作用是，一方面将不断地完成了吸热过程而汽化的制冷剂蒸气从蒸发器中抽吸出来，使蒸发器维持低压状态，便于蒸发吸热过程能继续不断地进行下去；
38、另一方面，通过压缩作用提高制冷剂蒸汽的压力和温度，产生将制冷蒸气的热量向外界（冷却水或空气）转移的条件。 （a） (b)图3-1吸收式与压缩式的对比（a）压缩式制冷机(b)吸收式制冷机图3-1表示溴化锂吸收式制冷机与压缩式制冷机的对比。由图可以看出，吸收式制冷机也有蒸发器和冷凝器（虚线右侧的部组成分与压缩式制冷机基本相同）。从产生制冷效应的方法来说，它和压缩式制冷机一样，也是使制冷剂（水）在蒸发器中吸热蒸发。高压、高温的制冷剂蒸汽的放热凝结也是在冷凝器中完成的。但是，把蒸发器中生成的冷剂蒸汽抽吸出来并提高其压力和温度的过程，则和压缩机不同。吸收式制冷机没有压缩机，而是用吸收器和发生器替代压缩机
39、（虚线左侧）。吸收器起着相当于压缩机吸气行程的作用，将蒸发器中生成的冷剂蒸汽不断抽吸出来，以维持蒸发器内的低压。发生器则起着相当于压缩机压缩行程的作用，产生高压、高温冷剂蒸汽。那么，吸收器和发生器又是如何起到相当于压缩机的作用的呢？答案就是依靠溴化锂溶液的性质。由前面可以知道，溴化锂溶液的水蒸气压远低于相同温度下水的饱和蒸气压，并且随着溶液质量分数的增大或温度的降低而相应降低。这样，对于吸收器中具有一定质量分数的浓溶液，其常温下的水蒸气压就比蒸发器中低温水的蒸气压力还低，处于过冷状态。蒸发器中蒸发出来的冷剂蒸汽便会被吸收器中的浓溶液所吸收。由于吸收过程会放出大量的溶解热，并且溶液的质量分数也随
40、着吸收过程的进行不断下降，因此，如图3-2所示，在吸收器中要用冷却水对溶液进行冷却，带走吸收过程放出的溶解热，并使稀释了的溶液的温度降低，从而使溶液处于过冷状态，维持吸收过程的进行。吸收了水蒸气后质量分数下降的稀溶液，由溶液泵提高压力后进入发生器中，在这里，稀溶液被高温热源加热升温，其水蒸气压不断升高，当溶液的水蒸气压超过发生器的压力时，蒸汽便从溶液中蒸发出来，溶液的质量分数增大。当溶液的水蒸气压超过冷凝器中的冷凝压力时，水蒸气不断流入冷凝器，在其中被冷却水冷却凝结成冷剂水，然后节流降压进入蒸发器蒸发制冷。而浓缩了的浓溶液又重新回到吸收器中吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽。这样就完成了溴化锂吸收式制冷
41、循环。2.3.2溴化锂溶液循环过程在p-t图上的表示图3-2溴化锂溶液的p-t图图3-2是溴化锂溶液的p-t图，它是根据同一质量分数下处于相平衡的溴化锂溶液的水蒸气压随温度变化的关系绘制的，是溴化锂溶液最基本的热力图表之一。在溴化锂溶液的p-t图上有三个状态参数：温度、质量分数和水蒸气压，只要知道其中任何两个，另一个就可根据溴化锂溶液的p-t图确定。除此之外，溴化锂溶液的p-t图可以用来描述溴化锂溶液热力状态的变化情况以及溴化锂吸收式机组的工作循环过程。下图中分别选取了四个点，来说明溴化锂吸收式制冷的工作循环过程图中的ABCD就表示了最基本的溴化锂吸收机组中溶液的工作循环。溴化锂溶液在A点的质
42、量分数为58。从A点到B点溶液在9.3kpa的压力下等压加热。随着温度的升高，溶液中的水分被蒸发出来，那么溴化锂的质量分数也随着不断的增大。当温度升到95时，到达状态点了B，此时溴化锂溶液的质量分数为62。过程线AB则表示的是溴化锂吸收式制冷过程中的等压加热浓缩的过程，在溴化锂吸收式机组中通常称为发生过程。图中点C状态代表的是温度47、质量分数62的溴化锂溶液。从C点到D点，溶液在0.8kpa的压力下进行等压冷却。随着温度的下降，溶液的水蒸气压降低并且低于水的蒸气压，因此该时候的溴化锂溶液具有吸收水蒸气的能力，它不断吸收水蒸气，因此溴化锂质量分数也随着降低。当温度降低到38时，溶液的质量分数为
43、58，达到状态点D。过程线CD表示的是溴化锂吸收式制冷循环过程中的等压冷却稀释的过程，在溴化锂吸收机组中通常称作吸收过程。过程线BC表示液相的冷却过程，过程线DA则表示了加热的过程。在整个的循环过程中溴化锂溶液的质量分数始终是保持恒定的。3两级吸收式溴化锂制冷机组3.1概述目前我国对于广泛存在的低品位的余热资源，如工厂低品位废热、太阳能、地热能，以及70-80的热水等的利用率不高。为了有效的利用这些低品位的热源，在单效溴化锂吸收式制冷系统的基础上，开展对双级溴化锂吸收式制冷系统的研究是非常必要的。影响溴化锂水溶液的吸收能力的因素主要有溶液的浓度、吸收压力和吸收温度，溶液的浓度越高、吸收压力越大
44、、吸收温度越低，溴化锂水溶液的吸收能力也就越大。在单效溴化锂吸收式制冷系统中，其吸收器中的吸收压力是由蒸发器中的压力所决定的，而蒸发器的压力由设计条件对于冷冻水的要求确定；吸收器中的吸收温度由环境提供的冷却水决定。所以在单效流程中吸收器中的吸收压力和吸收温度变化的空间不大，能影响溴化锂水溶液的吸收能力的只有溶液的浓度。当低品位的热能被应用于单效溴化锂吸收式制冷系统时，由于热源温度较低，导致发生终了状态的浓溶液浓度降低，使得浓溶液的吸收能力降低，影响到对来自蒸发器的冷剂蒸气的吸收，使单效循环无法正常工作。受压缩式制冷系统在制取较低温度时，由于制冷工质压缩比增大使单级压缩机无法正常工作，为此引入两
45、级压缩的概念，使每一级压缩机的压缩比降低，从而可以稳定的工作的启发，在吸收式制冷系统中，为解决应用较低温度的热源时出现的问题，同样引入两级发生、两级吸收的概念。使每一级循环的发生和吸收负荷降低，保证系统可以在低温热源下正常工作，从而发展出了两级溴化锂吸收式制冷系统。以溴化锂吸收式制冷单效流程为基础，在发生压力和吸收压力之间选定一个中间压力，从而得到两级溴化锂吸收式制冷流程。此流程由两部分组成：高压循环和低压循环。低压循环在中间压力和吸收压力之间进行，在低压发生器中，虽然热源是低温热源，但其工作压力较低所以发生后浓溶液的浓度较高，在低压吸收器中可以吸收来自蒸发器的冷剂水蒸气，这相当于提高了驱动热
46、源的温度，增加了发生终了时浓溶液的浓度。高压循环在发生压力与中间压力之间进行，由高压发生器出来的发生终了的浓溶液进入高压吸收器，吸收来自低压发生器的冷剂水蒸气。虽然使用的还是低温热源，高压发生器出来的浓溶液的质量浓度仍然不高，但由于低压发生器工作在中间压力下，所以吸收过程可以顺利的进行，这相当与提高了单效溴化锂吸收式制冷流程中的蒸发压力。这样低温热源就可以得到利用。3.2两级吸收溴化锂冷水机组的工作原理 图3-1为两级吸收溴化锂吸收式冷水机组的原理图。图3-1两级流程原理图由图3-1可以看出，两级溴化锂吸收式制冷系统中的吸收器、发生器、溶液热交换器各有两只，溶液泵也相应的增多。从设备方面看，它仿佛和双效溴化锂吸收式制冷系统有相似之处，但从流程循环方面看，它们却有着本质的区别：双效溴化锂吸收式制冷系统各流程的循环是一个相对不可分的循环。它仅仅是对于溴化锂溶液进行了两效发生，以便充分利用高温热源。其两效产生的冷剂水蒸汽都将进入蒸发器，产生冷量。而两级溴化锂吸收式制冷系统流程的循环由两个相对独立的单效循环构成，两个单效流程分别工作在不同的工作压力下。其中，只有高压循环发生的冷剂水蒸气产生冷量，低压循环发生的冷剂水蒸汽并不产生冷量。两级流程与双效流程最大的区别在于使用条件，两级流程是为了利用低温热源提出的，而双效流程是为了利用高温热源提出的。就
