CN1139767C - 带蒸汽压缩的并联三效吸收式制冷装置 - Google Patents

带蒸汽压缩的并联三效吸收式制冷装置 Download PDF

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Abstract

一种带蒸汽压缩的并联三效吸收式制冷装置，在制冷剂回路中的中压发生器和低压发生器之间接入蒸汽压缩装置，将中压发生器发生的水蒸汽经压缩后再送入低压发生器。本发明使高压发生器的发生温度得以降低，缓解了高温溴化锂水溶液对金属材料的腐蚀，经压缩进入低压发生器的水蒸汽具有较高的温度和压力，有利于改善低压发生器的发生条件。本发明的蒸汽压缩装置也可置于高压发生器和中压发生器之间，并适用于现有各种连接方式的并联型三效吸收式制冷装置。本发明并不增加系统结构的复杂程度，却具有显著优越性，能解决三效溴化锂吸收式制冷机组高温腐蚀问题，提高能源利用率，具有良好的市场发展前景。

Description

带蒸汽压缩的并联三效吸收式制冷装置
技术领域：
本发明涉及一种制冷装置，尤其涉及一种带蒸汽压缩的并联三效吸收式制冷装置，属于制冷及低温工程应用技术领域。
背景技术：
吸收式制冷装置是以热能驱动，采用二元或多元工质对，以低沸点组分(制冷剂)的蒸发和冷凝实现制冷和制热，以高沸点组分(吸收剂)对制冷剂的吸收和解吸完成工作循环。目前，吸收式制冷机组最常用的工质对为溴化锂-水溶液。
最初的单效溴化锂吸收式制冷机的性能系数COP为0.7，现在常用的两效溴化锂吸收式制冷机的性能系数COP提高到1.0～1.2。但在总体性能上，以往的溴化锂吸收式制冷机尚不能取代压缩式制冷机。为更合理有效地使用高品位热源，提高溴化锂吸收式制冷机组的能源利用率，提高它的市场竞争力，提出了三效或多效吸收式制冷循环，其中包括并联三效制冷循环。
近年来，国内外的高校，研究机构和厂家对三效溴化锂吸收式制冷机进行了深入的实验研究和仿真计算，如美国橡树岭实验室的Grossman、Wilk和DeVault在文献(引自：G.Grossman，M.Wilk，and R.C.De Vault，Simulation andperformance analysis of triple-effect absorption cycles，ASHRAE Trans，1994(1)，Vol.100，No.1)中，对并联流程的三效溴化锂吸收式制冷循环等作了介绍，并进行了仿真研究。在并联的吸收式制冷装置中，吸收器内的稀溶液通过高温、中温、低温热交换器后分别进入高压、中压、低压发生器中浓缩，高压发生器中的稀溶液被外界热源加热，中压发生器中的溶液被高压发生器产生的蒸汽加热，低压发生器中的溶液被中压发生器产生的蒸汽加热。基本的并联三效制冷装置主要包括以下部件：高压发生器、中压发生器、低压发生器、吸收器、溶液热交换器、冷凝器、蒸发器和冷却塔等，另外还包括一些泵和阀等附件。溶液回路的连接方式为：吸收器溶液出口和低温热交换器管程进口相连。低温热交换器管程出口分别和中温热交换器管程进口、低压发生器溶液进口相连；中温热交换器管程出口分别和高温热交换器管程进口、中压发生器溶液进口相连；高温热交换器管程出口和高压发生器溶液进口相连。高压发生器溶液出口和高温热交换器壳程进口相连，中压发生器溶液出口及高温热交换器壳程出口和中温热交换器壳程进口相连，低压发生器溶液出口及中温热交换器壳程出口和低温热交换器壳程进口相连。低温热交换器壳程出口和吸收器溶液进口相连。制冷剂回路的连接方式为：高压发生器壳程的蒸汽出口和中压发生器管程进口相连，中压发生器壳程的蒸汽出口和低压发生器管程进口相连，低压发生器壳程的蒸汽出口和冷凝器壳程蒸汽进口相连。冷凝器壳程出口和蒸发器壳程进口相连，蒸发器壳程出口和吸收器壳程进口相连。研究结果表明，这种并联流程的吸收器进口浓度为63.0％，循环的最高溶液温度(高压发生器出口溶液温度)为218℃(425°F)。
溴化锂溶液是一种较强的腐蚀介质，对制造溴化锂吸收式机组常用的碳钢、紫铜等金属材料，具有较强的腐蚀性。在不含缓蚀剂的溶液中，碳钢、紫铜和镍铜的腐蚀率都随着温度的升高而增大，当温度超过165℃时，无论是碳钢或紫铜，腐蚀率都急剧增大。而一般的三效溴化锂吸收式制冷循环的最高溶液温度将达到220℃或更高，在如此高的温度下，溴化锂溶液会导致吸收式制冷机组金属部分的严重腐蚀，这是目前三效溴化锂吸收式制冷机仍然处于试验研究状态的原因，严重阻碍了三效溴化锂吸收式制冷机组的市场化。而就目前检索到的资料中，还没有解决这个问题的很好办法。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新的带蒸汽压缩的并联三效吸收式制冷装置，降低循环最高溶液温度，解决三效溴化锂吸收式制冷机组高温腐蚀问题，提高能源利用率。
为实现这样的目的，本发明对现有并联型三效溴化锂吸收式制冷装置作了改进，在基本的并联型三效溴化锂吸收式制冷装置中引入蒸汽压缩环节。与原有装置的不同之处是：本发明在原有装置的基础上增加了一个蒸汽压缩装置，中压发生器发生得到的水蒸汽需经压缩后再送入低压发生器。这种带有蒸汽压缩装置的三效溴化锂吸收式制冷循环的优点在于：由于引入蒸汽压缩装置，高压发生器的发生温度得以降低，缓解了高温溴化锂水溶液对金属材料的腐蚀；经过压缩进入低压发生器的水蒸汽具有较高的温度和压力，有利于改善低压发生器的发生条件。
本发明的带有蒸汽压缩并联三效吸收式制冷装置主要包括蒸汽压缩装置、高压发生器、中压发生器、低压发生器、吸收器、溶液热交换器、冷凝器、蒸发器和冷却塔等部件，连接成溶液回路、制冷剂回路和冷却水回路。与现有装置相比，不同之处为：在制冷剂回路中增加了蒸汽压缩装置，中压发生器壳程的蒸汽出口和蒸汽压缩装置的进口相连，蒸汽压缩装置的出口和低压发生器管程进口相连。
其工作原理流程为：冷凝器中的冷剂水经节流后进入蒸发器中吸热蒸发，产生制冷效果，产生的蒸汽进入吸收器中被溶液吸收。从吸收器流出的稀溶液，经溶液泵升压后依次流过低温、中温和高温溶液热交换器。从高温热交换器流出的稀溶液进入高压发生器，被驱动热源加热、浓缩，产生的冷剂蒸汽流入中压发生器，浓缩后的溶液流入高温热交换器。从中温热交换器流出的稀溶液，分两路流入高温热交换器和中压发生器。中压发生器的溶液被来自高压发生器的冷剂蒸汽加热、浓缩，产生的冷剂蒸汽经蒸汽压缩装置压缩后流入低压发生器，浓缩后的溶液流入中温热交换器。从低温热交换器流出的稀溶液，分两路流入中温热交换器和低压发生器。低压发生器中的溶液被来自蒸汽压缩装置的冷剂蒸汽加热、浓缩，浓缩后的溶液流入低温溶液热交换器，产生的冷剂蒸汽，以及在中压发生器和低压发生器中冷凝后的冷剂水，一起流入冷凝器中。由各个发生器浓缩的溶液依次经过高温、中温和低温溶液热交换器后流回吸收器。
本发明适用于现有各种连接方式的并联型三效吸收式制冷装置，包括溶液回路中的各换热器独立形式、在溶液回路中高温、中温溶液热交换器各自独立的形式以及在低温溶液热交换器和低压发生器之间增加一个凝水热交换器的连接形式(并联型DCC吸收式制冷循环)等。
本发明也可以将蒸汽压缩装置置于高压发生器和中压发生器之间，同样也适用于现有各种连接方式的并联型三效吸收式制冷装置，如此可构成另几种带有蒸汽压缩装置的并联型三效溴化锂吸收式制冷装置。
本发明与不带蒸汽压缩装置的并联三效循环相比，只多了一个压缩部件，并没有太多地增加系统结构的复杂程度，但却具有明显的优越性。结果表明，由于蒸汽压缩装置的引入，高压发生器和中压发生器的出口溶液温度得以明显降低，尤其重要的是大幅度降低了循环最高溶液温度(高压发生器出口溶液温度)，避免了高温溴化锂溶液的强腐蚀问题，不必选用过于昂贵的材料。加入蒸汽压缩装置后，高压发生器和中压发生器的发生压力得以明显降低，使得高压发生器不需要按压力容器设计。另外，这种新型的三效循环的性能系数COP远大于双效流程，提高了能源的利用率。由此，本发明具有良好的市场发展前景。
附图说明及具体实施方式：
为更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图作进一步详细描述。
图1为本发明基本结构示意图
图1所示为基本的带有蒸汽压缩并联三效吸收式制冷装置，主要包括高压发生器(1)、中压发生器(2)、低压发生器(4)、吸收器(12)、溶液热交换器、冷凝器(5)、蒸发器(10)和冷却塔(6)等部件，连接成溶液回路、制冷剂回路和冷却水回路。具体连接方式如下：
溶液回路的连接方式为：吸收器(12)溶液出口和低温热交换器(15)管程进口相连。低温热交换器(15)管程出口分别和中温热交换器(16)管程进口、低压发生器(4)溶液进口相连；中温热交换器(16)管程出口分别和高温热交换器(17)管程进口、中压发生器(2)溶液进口相连；高温热交换器(17)管程出口和高压发生器(1)溶液进口相连。高压发生器(1)溶液出口和高温热交换器(17)壳程进口相连，中压发生器(2)溶液出口及高温热交换器(17)壳程出口和中温热交换器(16)壳程进口相连，低压发生器(4)溶液出口及中温热交换器(16)壳程出口和低温热交换器(15)壳程进口相连。低温热交换器(15)壳程出口和吸收器(12)溶液进口相连。
在制冷剂回路中，中压发生器(2)壳程的制冷剂蒸汽出口端和低压发生器(4)的管程进口端之间接入一个蒸汽压缩装置(3)。具体连接方式为：高压发生器(1)壳程的蒸汽出口和中压发生器(2)管程进口相连，中压发生器(2)壳程的蒸汽出口和蒸汽压缩装置(3)的吸气口相连接，蒸汽压缩装置(3)的出气口和低压发生器(4)的管程进口相连，低压发生器(4)壳程的蒸汽出口和冷凝器(5)壳程蒸汽进口相连。冷凝器(5)壳程出口和蒸发器(10)壳程进口相连，蒸发器(10)壳程出口和吸收器(12)壳程进口相连。
冷却水回路中，冷凝器(5)和吸收器(12)的冷却水路与冷却塔(6)相连接。
工作原理流程为：从吸收器(12)流出的溴化锂稀溶液，经溶液泵(14)升压流经低温溶液热交换器(15)后，分两路进入低压发生器(4)和中温溶液热交换器(16)。中温溶液热交换器(16)流出的溶液分两路流入中压发生器(2)和高温溶液热交换器(17)中。低压发生器(4)的溶液被来自蒸汽压缩装置(3)的冷剂蒸汽加热，产生冷剂蒸汽，被浓缩成浓溶液。低压发生器(4)流出的浓溶液在低温溶液热交换器(15)中向来自吸收器(12)的溶液放热。中压发生器(2)中的溶液，被来自高压发生器(1)的冷剂蒸汽加热，产生冷剂蒸汽，溴化锂溶液被浓缩，浓缩后的溶液在中温溶液热交换器(16)中向来自低温溶液热交换器(15)的溶液放热。高温溶液热交换器(17)流出的溶液进入高压发生器(1)中被驱动热源加热，产生冷剂蒸汽，浓缩成浓度较高的溶液。浓缩后的溶液在高温溶液热交换器(17)中向来自中温溶液热交换器(16)的溶液放热。从低温热交换器(15)中流出的溶液在吸收器(12)中吸收来自蒸发器(10)的冷剂蒸汽，稀释成稀溶液，同时向冷却水放出溶液的吸收热。中压发生器(2)中产生的冷剂蒸汽，进入蒸汽压缩装置(3)加压升温后，流入低压发生器(4)中，向其中的溶液放热，凝结成中压冷剂水。低压发生器(4)中产生的蒸汽和高压冷剂水、中压冷剂水一起流入冷凝器(5)中，在其中向冷却水放热，凝结成压力较低的冷剂水。从冷凝器流出的冷剂水，经节流装置节流后进入蒸发器(10)中蒸发，同时向冷水吸热，使之降温而产生制冷效果。在蒸发器(10)中产生的冷剂蒸汽，进入吸收器(12)中，被溶液吸收，完成了带蒸汽压缩的基本并联型三效溴化锂吸收式制冷装置的制冷过程。
图2为本发明另一种基本并联型制冷装置结构示意图。
如图2所示，在制冷剂回路中，高压发生器(1)和中压发生器(2)之间接入蒸汽压缩装置(3)，其它结构和图1同，则构成了另一种带有蒸汽压缩装置的基本并联型三效溴化锂吸收式制冷装置。
图3为在溶液回路中各换热器独立形式的并联型制冷装置结构示意图。
图3所示的带蒸汽压缩的并联型三效吸收式制冷装置的特征为：在制冷剂回路的中压发生器和低压发生器之间接入一个蒸汽压缩装置，在并联溶液回路中高温、中温和低温溶液热交换器各自独立，浓溶液和稀溶液混合后再进入吸收器喷淋，在冷却水回路中吸收器和冷凝器串联，其连接方式为：高压发生器(1)的蒸汽出口和中压发生器(2)的管程进口端相连，中压发生器(2)的制冷剂蒸汽出口和蒸汽压缩装置(3)的吸气口相连，蒸汽压缩装置(3)的出气口和低压发生器(4)的管程进口端相连，低压发生器(4)的蒸汽出口和冷凝器(5)相连，冷凝器(5)的出液端和蒸发器(10)相连，构成在中压发生器和低压发生器之间接入一个蒸汽压缩装置的制冷剂回路，吸收器(12)的出液端和溶液泵(13、14)的进口相连，溶液泵(14)的出口分别和低温热交换器(15)的管程进液端、中温热交换器(16)的管程进液端及高温热交换器(17)的管程进液端相连，低温热交换器(15)的管程出液端和低压发生器(4)的进液端相连，低压发生器(4)的出液端和低温热交换器(15)的壳程进液端相连，中温热交换器(16)的管程出液端和中压发生器(2)的进液端相连，中压发生器(2)的出液端与中温热交换器(16)的壳程进液端相连，高温热交换器(17)的管程出液端和高压发生器(1)的进液端相连，高压发生器(1)的出液端和高温热交换器(17)的壳程进液端相连，高温热交换器(17)的壳程出液端、中温热交换器(16)的壳程出液端及低温热交换器(15)的壳程出液端和溶液泵(13)的进口相连，溶液泵(13)的出口和吸收器(12)的进液端相连，构成溶液热交换器各自独立的、浓溶液和稀溶液混合后再进入吸收器喷淋的并联溶液回路，冷却塔(6)的出水端和吸收器(12)的进水端相连，吸收器(12)的出水端和冷凝器(5)的进水端相连，冷凝器(5)的出水端和冷却塔(6)的进水端相连，构成串联的冷却水回路。
其工作原理流程图和图1所示不同之处在于：在溶液回路中，各换热器独立，从吸收器(12)流出的稀溶液在溶液泵(14)后分流，平行供液到各个发生器，从各个换热器流出的浓溶液在溶液泵(13)的进口前与稀溶液混合后，再流回吸收器(12)喷淋。
如果将蒸汽压缩装置(3)置于高压发生器(1)和中压发生器(2)之间，又可以构成另一种带有蒸汽压缩装置的并联型三效溴化锂吸收式制冷装置。
同样，本发明也适用于现有其它各种连接方式的并联型三效吸收式制冷装置，包括在溶液回路中高温、中温溶液热交换器各自独立的形式以及在中温溶液热交换器和低压发生器之间增加一个凝水热交换器的连接形式(并联型DCC吸收式制冷循环)等，构成另几种带有蒸汽压缩的并联三效吸收式制冷装置。

Claims (1)

1、一种带蒸汽压缩的并联三效吸收式制冷装置，主要包括高压发生器(1)、中压发生器(2)、低压发生器(4)、吸收器(12)、溶液泵(14)、冷凝器(5)、蒸发器(10)、蒸汽压缩装置(3)和冷却塔(6)，其特征在于：在制冷剂回路的中压发生器和低压发生器之间接入一个蒸汽压缩装置，在并联溶液回路中高温、中温和低温溶液热交换器各自独立，在冷却水回路中吸收器和冷凝器串联，其连接方式为：高压发生器(1)的蒸汽出口和中压发生器(2)相连，中压发生器(2)的制冷剂蒸汽出口和蒸汽压缩装置(3)的吸气口相连，蒸汽压缩装置(3)的出气口和低压发生器(4)的管程进口端相连，低压发生器(4)的蒸汽出口和冷凝器(5)相连，冷凝器(5)的出液端和蒸发器(10)相连，构成在中压发生器和低压发生器之间接入一个蒸汽压缩装置的制冷剂回路，吸收器(12)的出液端和溶液泵(13、14)的进口相连，溶液泵(14)的出口分别和低温热交换器(15)的管程进液端、中温热交换器(16)的管程进液端及高温热交换器(17)的管程进液端相连，低温热交换器(15)的管程出液端和低压发生器(4)的进液端相连，低压发生器(4)的出液端和低温热交换器(15)的壳程进液端相连，中温热交换器(16)的管程出液端和中压发生器(2)的进液端相连，中压发生器(2)的出液端与中温热交换器(16)的壳程进液端相连，高温热交换器(17)的管程出液端和高压发生器(1)的进液端相连，高压发生器(1)的出液端和高温热交换器(17)的壳程进液端相连，高温热交换器(17)的壳程出液端、中温热交换器(16)的壳程出液端及低温热交换器(15)的壳程出液端和溶液泵(13)的进口相连，溶液泵(13)的出口和吸收器(12)的进液端相连，构成溶液热交换器各自独立的并联溶液回路，冷却塔(6)的出水端和吸收器(12)的进水端相连，吸收器(12)的出水端和冷凝器(5)的进水端相连，冷凝器(5)的出水端和冷却塔(6)的进水端相连，构成串联的冷却水回路。
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