CN114383337A - 一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制冷技术领域，提供一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置和方法，包括发生器、溶液热交换器、吸收器、溶液泵、蒸发器和喷射器，所述发生器、溶液热交换器、吸收器、溶液泵和蒸发器依次连接；所述蒸发器与喷射器相连，引射蒸发器内氨液，并将蒸发器内氨液和经过溶液泵升压后的氨液混合，混合流体进入发生器被加热。蒸发器内氨液纯度工艺清晰、易于操作、简单有效，在动态提纯和正常制冷模式切换方便，极其有利于保证系统高效运行。

Description

一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液 纯度的装置和方法
技术领域
本发明属于制冷技术领域，提供一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置和方法。
背景技术
在当前全球能源紧缺以及人们对自然制冷工质的日益重视的背景下，氨水吸收式制冷系统因其具有综合利用低品位热能和制冷剂对环境的友好性等优点，已逐渐深受研究者的重视。然而，氨水吸收式制冷系统所采用的工质对为氨-水，吸收剂(水)和制冷剂(氨)标准沸点差值不大，溶液在沸腾时吸收剂(水)较易挥发，为了提高氨水吸收式制冷的性能系数，必须在该系统中增设相应的精馏装置和分凝器(如图1所示)。
在氨水吸收式制冷系统循环过程中，经精馏后的蒸气中无法达到完全不包含水蒸气，也就是进入冷凝器的蒸气带水组分，在冷凝器冷凝后将进入蒸发器。由于同一温度下水组分的沸点比氨组分高，随着系统运行时间的增加，蒸发器内水组分将因难以挥发而导致氨液中水分持续增加。在同一蒸发温度的要求下，蒸发器的蒸发压力将会降低，其后果是在其他条件不变的情况下将导致吸收器内吸收压力降低，吸收推动势(吸收器的压力-吸收液表面氨组分分压力)减小，从而使氨水吸收式制冷系统放气范围变窄，系统循环倍率上升，系统综合循环性能系数(COP)降低，甚至失去制冷能力。由于前端精馏无法保证进入制冷剂回路的蒸气不包含水组分，因此，保证蒸发器内氨液浓度处于比较高的数值是使氨水吸收式制冷系统维持在较高性能系数下运行的先决条件之一。
现有技术中在蒸发器和吸收器之间设置了射流喷射装置，射流喷射装置所引射的流体为蒸发器内的蒸气部分，但由于水组分相较于氨组分难以挥发，因此，如果蒸发器内氨液含水，随着射流喷射装置工作的进行，蒸发器内愈多的氨组分得以挥发，水组分却逐渐积存于蒸发器内造成蒸发器压力持续降低，最终使射流喷射装置的工作流体与引射流体之间的压比伴随系统长时间运行逐渐增加，引射效率降低，而从蒸发器与吸收器之间氨气的流速无法得到提高。在吸收推动势较低的前提下，吸收器内吸收效果弱化，系统性能系数降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置和方法，蒸发器内氨液纯度工艺清晰、易于操作、简单有效，在动态提纯和正常制冷模式切换方便，极其有利于保证系统高效运行。
一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置，包括发生器、溶液热交换器、吸收器、溶液泵、蒸发器和喷射器，所述发生器、溶液热交换器、吸收器、溶液泵和蒸发器依次连接；所述蒸发器与喷射器相连，引射蒸发器内氨液，并将蒸发器内氨液和经过溶液泵升压后的氨液混合，混合流体进入发生器被加热。
进一步的，所述溶液热交换器和吸收器之间设置有减压阀。
进一步的，所述喷射器与蒸发器连接的管路上设置有第一单向阀和第一调节阀；所述喷射器与溶液泵连接的管路上设置有第三调节阀。
进一步的，所述溶液泵及溶液热交换器之间的管路上设置有第二调节阀；所述喷射器与溶液热交换器之间的管路上设置有第二调节阀。
进一步的，所述蒸发器内设置有压力变送器和温度变送器，用于测量蒸发器内部的压力和温度。
进一步的，所述蒸发器与过冷器连接，所述蒸发器与过冷器之间设置有节流阀；所述蒸发器蒸发后的氨蒸气经过第三单向阀经过过冷器。
进一步的，所述发生器与精馏装置、分凝器、冷凝器和贮液罐连接，精馏装置和分凝器使发生器中被加热逸出的氨蒸气浓度得以进一步的提升，之后进入冷凝器后被冷却水冷却冷凝成氨液进入贮液罐。
本发明还提供一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的方法，采用上述装置，以制冷系统中压力最高的溶液作为喷射器的工作流体，用于引射蒸发器内纯度低至影响系统性能的氨液，二者在喷射器内混合后扩压，随后混合流体进入发生器被加热，蒸发器内的不纯氨液逐渐被置换成浓度更高的氨液。
进一步的，喷射器的工作流体为经溶液泵升压后的溶液。
进一步的，产生的蒸气经精馏提纯后回到包括冷凝器和蒸发器的制冷剂回路，溶液回到吸收器内，随后经溶液泵升压作为喷射器的工作流体。
本发明是针对氨水吸收式制冷系统在采用满液式蒸发器时，由于进入蒸发器的氨液必然含水进而导致系统性能系数降低的现象：由于同一温度下水组分的沸点比氨组分高，随着系统运行时间的增加，蒸发器内水组分将因难以挥发而导致氨液中水分持续增加。在同一蒸发温度下，蒸发器的蒸发压力将会降低，其后果是在其他条件不变的情况下将导致吸收器内吸收压力降低，吸收推动势(吸收器的压力-吸收液表面氨组分分压力)减小，从而使氨水吸收式制冷系统放气范围变窄，系统循环倍率上升，系统综合循环性能系数(COP)降低，甚至失去制冷能力
通过合理利用喷射器和经溶液泵加压后的高压流体引射蒸发器内的不纯氨液，随着浓度足够高的氨液慢慢进入蒸发器，蒸发器内的不纯氨液将逐渐被置换成浓度极高的氨液，从而保证吸收器内的吸收压力及其吸收效果和系统的整体性能。
有益效果
本发明利用合理的设置喷射器，并充分利用经溶液泵加压后的高压流体来引射蒸发器内纯度不够高的氨液，使系统蒸发器内的氨液在运行工况下逐渐提高，从而避免因蒸发器内氨液不纯导致系统性能系数降低甚至失去制冷能力等问题。
受限于精馏之后氨蒸气的纯度及相同压力下水组分的高沸点(相比于氨组分)，随着氨水吸收式制冷系统的运行时间的增加，其蒸发器内的水组分逐渐积聚，而已有研究表明蒸发器内的含水率仅为10％就可造成对系统性能30％的衰减。为解决这一问题，常用的方法是关停机组，对蒸发器进行加热升压，同时对吸收器进行冷却降压，从而在蒸发器和吸收器之间建立压差，随后通过阀门控制使蒸发器内的氨液流至吸收器内。由于操作过程蒸发器泄压迅速，为使蒸发器内氨液排尽，通常需要反复操作，而且还需要运行溶液泵调节吸收器内的液位，耗时耗力。
本发明通过合理地设置喷射器、溶液泵及相应的调节阀门和管路，利用经溶液泵升压后的流体作为喷射器的工作流体，用以引射蒸发器内的不纯氨液。随着蒸发器内的不纯氨液逐渐被引射至发生器内被外部热源加热，产生的蒸气经精馏提纯后进入冷凝器冷凝，随后纯度极高的氨液进入蒸发器。随着蒸发器内纯度有限的氨液被引射出蒸发器，同时极高纯度的氨液重新进入蒸发器，从而实现蒸发器内氨液纯度的动态提升，直到其浓度高于98％以上。另外，本发明利用蒸发器内氨液温度较低的特点，将浓溶液和不纯氨液混合后经过溶液热交换器，以此来降低即将进入吸收器的稀溶液的温度，同时提升自身的温度，以减少发生器的热负荷。
总体而言，本发明所提出的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度工艺清晰、易于操作、简单有效，在动态提纯和正常制冷模式切换方便，极其有利于保证系统高效运行。
附图说明
图1为常规单效氨水吸收式制冷系统流程示意图；
图2为一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的方法流程图。
1、精馏装置；2、发生器；3、溶液热交换器；4、减压阀；5、吸收器；6、溶液泵；7、分凝器；8、冷凝器；9、贮液罐；10、过冷器；11、节流阀；12、蒸发器；13、压力变送器；14、温度变送器；15、第一单向阀；16、第一调节阀；17、第二调节阀；18、第三调节阀；19、喷射器；20、第二单向阀；21、第三单向阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
本发明是针对氨水吸收式制冷系统在采用满液式蒸发器时，由于进入并积聚于蒸发器的水组分导致系统性能系数降低的现象，通过合理应用喷射器和经溶液泵加压后的高压流体引射蒸发器内的不纯氨液，而随着系统持续运行，浓度足够高的氨液经冷凝器进入蒸发器，因此，蒸发器内的不纯氨液将逐渐被置换成浓度极高的氨液，从而保正吸收器内的吸收压力和吸收效果以及系统的整体性能。
其具体技术构思为：基于单效氨水吸收式制冷系统，本发明提出了一种利用喷射器动态提升该系统蒸发器内氨液纯度的方法，包括喷射器、控制阀门和相应的管路。所述的改进型氨水吸收式制冷系统沿溶液循环回路依次有精馏装置、发生器、溶液热交换器、减压阀、吸收器、溶液泵等；所述的改进型氨水吸收式制冷系统沿制冷剂循环回路依次有分凝器、冷凝器、储液罐、过冷器、节流阀和蒸发器等；增设的喷射器设置在溶液泵和溶液热交换器的并联管路之一中，另一支路用于非动态置换蒸发器氨液时，即正常工作状态下流体流动管路。为了便于控制和调节，溶液泵至溶液热交换器的两路管路均设置了相应的管路切换阀门。此外，喷射器管路除喷射器外还有防止系统停机时液体倒流的单向阀，它们依次设置在蒸发器和喷射器相连的管路(阀体允许流体运动的方向为蒸发器至喷射器)、喷射器出口和溶液热交换器的冷端进口之间的管路(阀体允许流体运动的方向为喷射器出口至溶液热交换器)以及蒸发器和吸收器之间的氨蒸气管路(阀体允许流体运动的方向为蒸发器至吸收器)。
一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置，包括发生器2、溶液热交换器3、吸收器5、溶液泵6、蒸发器12和喷射器19，所述发生器2、溶液热交换器3、吸收器5、溶液泵6和蒸发器12依次连接；所述蒸发器12与喷射器19相连，引射蒸发器12内氨液，并将蒸发器12内氨液和经过溶液泵6升压后的氨液混合，混合流体进入发生器2被加热。
所述溶液热交换器3和吸收器5之间设置有减压阀4；所述喷射器19与蒸发器12连接的管路上设置有第一单向阀15和第一调节阀16。所述第一单向阀15可以防止喷射器刚开始工作时(阀门16打开)经溶液泵升压后的溶液进入蒸发器；所述第一调节阀16可以防止系统停机时，蒸发器内压力高于吸收器，使溶液经阀门15串流。所述喷射器19与溶液泵6之间的管路上设置有第三调节阀18。所述溶液泵6与溶液热交换器3之间的管路上设置有第二调节阀17。所述喷射器19与溶液热交换器3之间的管路上设置有第二调节阀20。
所述蒸发器12内设置有压力变送器13和温度变送器14，用于测量蒸发器12内部的压力和温度。所述蒸发器12与过冷器10连接，所述蒸发器12与过冷器10之间设置有节流阀11。所述蒸发器12蒸发后的氨蒸气经过第三单向阀21经过过冷器。
所述发生器2与精馏装置1、分凝器7、冷凝器8和贮液罐9连接，精馏装置1和分凝器7使发生器2中被加热逸出的氨蒸气(含水量极低)浓度得以进一步的提升，之后进入冷凝器8后被冷却水冷却冷凝成氨液进入贮液罐9。
一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的方法，以制冷系统中压力最高的溶液作为喷射器的工作流体，用于引射蒸发器内纯度低至影响系统性能的氨液，二者在喷射器内混合后扩压，随后混合流体进入发生器被加热，蒸发器内的不纯氨液逐渐被置换成浓度更高的氨液。
喷射器的工作流体为经溶液泵升压后的溶液。产生的蒸气经精馏提纯后回到包括冷凝器和蒸发器的制冷剂回路，溶液回到吸收器内，随后经溶液泵升压作为喷射器的工作流体。基于以上技术构思，本发明所公开的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的工艺流程为：以该系统中压力最高的溶液(经溶液泵升压后的浓溶液)作为喷射器的工作流体，用于引射蒸发器内纯度低至影响系统性能的氨液，二者在喷射器内混合后扩压至中间压力(此中间压力比发生器内的压力稍大一些)，随后该混合流体进入发生器被低品位热源加热。产生的蒸气经精馏提纯后回到制冷剂回路(冷凝器-蒸发器)，而发生终了的稀溶液则回到吸收器内，随后经溶液泵升压作为喷射器的工作流体。考虑到蒸发器内的氨液纯度虽然有限，但其温度依然是较低的，尤其是与发生器底部出口的稀溶液相比。因此本发明将浓溶液和不纯氨液混合后经过溶液热交换器，以此来降低即将进入吸收器的稀溶液的温度，同时提升自身的温度，以减少发生器的热负荷。为了防止系统停机时溶液倒流至蒸发器使其中的氨液纯度降低甚至液体乱流，本发明在相应的管道上设置了单向阀，以保证在特殊情况下流体流向的正确性。
以上工艺流程可实现氨水吸收式制冷系统在非停机状态下动态地完成蒸发器内氨液的置换，以减少不纯氨液给系统带来的负面影响。另外，在检测蒸发器内氨液纯度高于一定值时，可通过阀门及管路的切换，使系统重新恢复至正常制冷状态。
实施例2
图2为一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的方法流程图，图中所标示的设备为完成循环或达到本发明目的所含的基本设备，其相对位置如图所示，具体实施方式如下所示：
在发生器2内被加热逸出的氨蒸气(含水量极低)在精馏塔1和分凝器7的作用下浓度得以进一步的提升，在进入冷凝器8后被冷却水冷却冷凝成氨液进入贮液罐9。氨液在压差作用下经过过冷器10过冷后经节流阀11进入蒸发器12内蒸发制冷，蒸发后的氨蒸气经过过冷器10以冷却换热器另一侧的氨液，随后氨蒸气进入吸收器5内被从发生器2过来的稀溶液吸收，至此制冷剂回路完成。
氨水吸收式制冷系统内溶液循环中发生器2内的浓溶液被低品位热源加热后低沸点组分(氨)逸出，发生终了的溶液浓度降低并在压差的作用下进入溶液热交换器3与从吸收器5过来的浓溶液或者是浓溶液与蒸发器12内不纯氨液的混合液体发生热交换，从而将部分热量转移至待进入发生器2的浓溶液，以减少发生器2的热负荷从而提升制冷系数。
此后高压稀溶液经过减压阀4降至吸收压力并进入吸收器5内吸收从蒸发器12过来的氨蒸气，吸收过程中将释放大量的吸收热，而这部分热量将被吸收器5内冷却水带走。吸收终了的浓溶液在溶液泵6的作用下升压，浓溶液管路一分为二，其中一路经阀门17直接进入溶液热交换器3，另一路先经过阀门18、喷射器19和单向阀20后进入溶液热交换器3进行热交换。
当蒸发器12内的压力变送器13和温度变送器14所测得氨液的浓度小于95％时(此时蒸发器12内的氨液纯度系统性能影响较为明显时)，开启阀门18和16，关闭阀门17，使蒸发器12内的不纯氨液被溶液泵6升压后的高压溶液引射。混合流体在进入发生器2之前需要进入溶液热交换器3，从而充分利用蒸发器12内温度较低的不纯氨液，降低发生器2的热负荷和吸收器5内冷却水的负荷，至此，溶液循环回路完成。
当蒸发器12内的压力变送器13和温度变送器14所测得氨液的浓度偏离纯溶液程度较小时(此时蒸发器12内的氨液纯度系统性能影响较小)，关闭阀门18和16，开启阀门17，使被溶液泵6升压后的高压溶液经溶液热交换器3换热后直接进入发生器，至此，溶液循环回路完成。

Claims (10)

1.一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置，其特征在于，包括发生器、溶液热交换器、吸收器、溶液泵、蒸发器和喷射器，所述发生器、溶液热交换器、吸收器、溶液泵和蒸发器依次连接；所述蒸发器与喷射器相连，引射蒸发器内氨液，并将蒸发器内氨液和经过溶液泵升压后的氨液混合，混合流体进入发生器被加热。
2.根据权利要求1所述的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置，其特征在于，所述溶液热交换器和吸收器之间设置有减压阀。
3.根据权利要求1所述的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置，其特征在于，所述喷射器与蒸发器连接的管路上设置有第一单向阀和第一调节阀；所述喷射器与溶液泵连接的管路上设置有第三调节阀。
4.根据权利要求1所述的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置，其特征在于，所述溶液热交换器与溶液泵连接的管路上设置有第二调节阀；所述喷射器与溶液热交换器之间的管路上设置有第二调节阀。
5.根据权利要求1所述的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置，其特征在于，所述蒸发器内设置有压力变送器和温度变送器，用于测量蒸发器内部的压力和温度。
6.根据权利要求1所述的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置，其特征在于，所述蒸发器与过冷器连接，所述蒸发器与过冷器之间设置有节流阀；所述蒸发器蒸发后的氨蒸气经过第三单向阀经过过冷器。
7.根据权利要求1所述的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的装置，其特征在于，所述发生器与精馏装置、分凝器、冷凝器和贮液罐连接，精馏装置和分凝器使发生器中被加热逸出的氨蒸气浓度得以进一步的提升，之后进入冷凝器后被冷却水冷却冷凝成氨液进入贮液罐。
8.一种利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的方法，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的装置，以制冷系统中压力最高的溶液作为喷射器的工作流体，用于引射蒸发器内纯度低至影响系统性能的氨液，二者在喷射器内混合后扩压，随后混合流体进入发生器被加热，蒸发器内的不纯氨液逐渐被置换成浓度更高的氨液。
9.根据权利要求8所述的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的方法，其特征在于，喷射器的工作流体为经溶液泵升压后的溶液。
10.根据权利要求8所述的利用喷射器动态提升氨水吸收式制冷系统蒸发器内氨液纯度的方法，其特征在于，产生的蒸气经精馏提纯后回到包括冷凝器和蒸发器的制冷剂回路，溶液回到吸收器内，随后经溶液泵升压作为喷射器的工作流体。
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