（制冷及低溫工程專業(yè)論文）燃?xì)怛?qū)動(dòng)的cchp系統(tǒng)負(fù)荷特性研究.pdf

摘要 摘要 冷熱電聯(lián)產(chǎn)( c o m b i n e dc o o l i n gh e a t i n ga n dp o w e r ，以下簡(jiǎn)稱c c h p ) 系統(tǒng)是一種建立在能蕈梯 級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，將制冷、供熱采暖和供熱水及發(fā)電過(guò)程一體化的多聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)，目的在于提 高系統(tǒng)能源利用效率，減少有害氣體的排放。 本文建立的c c h p 系統(tǒng)，以小型燃?xì)廨啓C(jī)為中心，燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的廢煙氣驅(qū)動(dòng)熱管廢熱溴化鋰 吸收式制冷熱泵機(jī)組，并與淺層地埋管換熱器相結(jié)合，滿足系統(tǒng)用戶冷、熱、電的需求。采用熱管 廢熱發(fā)牛器來(lái)回收煙氣余熱，解決了煙氣余熱回收效率不高的難題。同時(shí)，吸收式系統(tǒng)與淺層地埋 管換熱器的結(jié)合，解決了冬季供熱采用空氣作為低溫?zé)嵩磿r(shí)時(shí)供熱溫度高而蒸發(fā)溫度過(guò)低這一矛盾， 提升了系統(tǒng)的性能，并可以防止蒸發(fā)器結(jié)霜。 通過(guò)建立工質(zhì)熱物性以及廢熱驅(qū)動(dòng)地源溴化鐔吸收式制冷熱泵機(jī)組運(yùn)行工況的數(shù)學(xué)模型，采用 v b 編程語(yǔ)言編寫了廢熱驅(qū)動(dòng)地源溴化鋰吸收式制冷熱泵機(jī)組的計(jì)算機(jī)模擬程序。通過(guò)將水與溴化 鋰溶液熱物性的程序模擬值與圖表值進(jìn)行比較，驗(yàn)證了誤差均在3 以內(nèi)，可以滿足一般：【程設(shè)計(jì)對(duì) 工質(zhì)熱物性的需要。 運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬程序，對(duì)溴化鋰吸收式制冷熱泵機(jī)組進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)計(jì)算和熱力學(xué)分析，確定廢 熱發(fā)生器以及地埋管換熱器的結(jié)構(gòu)型式。由于冬季為用戶供熱時(shí)，第一類吸收式熱泵冷凝溫度相比 夏季升高較多，要使得冬季熱泵工況能夠有效運(yùn)行就必須提高低溫?zé)嵩吹臏囟? 即提高蒸發(fā)溫度) 。 本文研究分析表明，機(jī)組各部件的型式按照夏季制冷工況設(shè)計(jì)，并在冬季供熱工況下同時(shí)具有可行 性。同時(shí)分析了夏季地埋管出水溫度、冷媒水出u 溫度、冬季供熱回水溫度、地埋管進(jìn)水溫度以及 廢熱煙氣流量及進(jìn)口溫度、熱管發(fā)生器管排數(shù)和地埋管換熱器管排數(shù)對(duì)機(jī)組性能的影響。 關(guān)鍵字：燃?xì)廨啓C(jī)；c c h p ；廢熱溴化鋰吸收式機(jī)組；地埋管換熱器；負(fù)荷特性 a b s t r a c t a bs t r a c t i no r d e rt oe n h a n c et h ee f f i c i e n c yo fe n e r g yu t i l i z a t i o na n dr e d u c eh a r m f u lg a se m i s s i o n ，c o m b i n e d c o o l i n gh e a t i n gp o w e r ( c c h p ) s y s t e mt h a te s t a b l i s h e dt h ec o n c e p to fe n e r g yc a s c a d eu t i l i z a t i o ni sa p o l y g e n e r a t i o n t o t a le n e r g ys y s t e mi n t e g e r a t i n ge l e c t r i c i t y , c o o l i n ga n dh e a t i n g t h ec c h ps y s t e mi nt h i sp a p e r ，w h i c hi sc o m p o s e do fs m a l lg a st u r b i n e ，w a s t eh e a t d r i v e nl i b r a b s o r p t i o n u n i ta n dg r o u n dh e a te x c h a n g e r m e e t st h ec o m s u m e r sd e m a n d so fc o o l i n g , h e a t i n ga n d e l e c t r i c i t y t h eh e a tp i p eg e n e r a t o ru s e di nt h es y s t e mi m p r o v e dt h ee f f i c i e n c yo fw a s t eh e a tr e c o v e r y m e a n w h i l e ，t h ec o m b i n i t i o no fa b s o r p t i o nh e a tp u m ps y s t e ma n dg r o u n dh e a te x c h a n g e r ，s o l v e dt h e p r o b l e mo fe v a p o r a t o rf r o s t i n gw h e ne v a p o r a t o rt e m p e r a t u r ew a st o ol o wi nw i n t e r , w h i c hi m p o v e rt h e s y s t e me f f i c i e n c y t h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to ft h em a t h i m a t i c a lm o d e lo fw o r k i n gf l u i dt h e r m a lp r o p e r t i e sa n dw a s t e h e a t - d r i v e nl i b rg r o u n ds o u r c ea b s o r p t i o nu n i to p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，ac o m p u t e rs i m u l a t i o np r o g r a mi s c o m p i l e dw i t hv i s u a lb a s i cp r o g r a m m i n gl a n g u a g e c o m p a r e dt h ep r o g r a mv a l u ea n dt h ec h a r tv a l u eo f w o r k i n gf l u i dt h e r m a lp r o p e r t i e s 。t h er e s u l t ss h o wt l l a tr e l a t i v ee r r o r sa r ew i t h i n3 t om e e tt h en e e d so f g e n e r a le n g i n e e r i n gd e s i g n b yu s i n gt h ec o m p u t e rs i m u l a t i o np r o g r a m ，t h i sp a p e rg i v e st h er e s u l t so fl i b ra b s o r p t i o nu n i t s s i m u l a t i n gd e s i g nc a l c u l a t i o na n dt h e r m o d y 7 n a m i ca n a l y s i s ，f i x e st h es t r u c t u r eo fw a s t eh e a tg e n e r a t o ra n d g r o u n dh e a te x c h a n g e r l o wt e m p e r a t u r eh e a tr e s o u r c em u s tb ei n c r e a s e dt om a k eh e a t i n gm o d ef e a s i b l e w h e nh e a t i n gt e m p e r a t u r ei n c r e a s e si nw i n t e r r e s e a r c hi n t h i sp a p e rs h o w st h es y s t e mu n i tp a t t e r n d e s i g n e db yc o o l i n gm o d ei sf e a s i b l ei nh e a t i n gm o d e t h ep a p e ra l s oa n a l y s e st h ei n f l u e n c et ot h eu n i t s p e r f o r m a n c eo fw a s t eg a sf l u xa n di n l e tt e m p e r a t u r e ，c o o l i n gw a t e ro u t l e tt e m p e r a t u r e ，c h i l l e dw a t e ri n l e t t e m p e r a t u r ea n dp i p er o w so fw a s t eh e a tg e n e r a t o ra n dg r o u n dh e a te x c h a n g e r k e y w o r d s ：g a st u r b i n e ；c c h p ；w a s t eh e a t d r i v e nl i b ra b s o r p t i o nu n i t ；g r o u n dh e a te x c h a n g e r ；l o a d c h a r a c t e r i s t i c l i 豐要符號(hào)表 主要符號(hào)表 定壓比熱，k j ( k g ) 溫度， 溫度，k 密度，k g m 3 壓力，k p a 動(dòng)力粘度，p a - s 導(dǎo)熱系數(shù)，w ( m ) 普朗特?cái)?shù) 比焓，k j k g 比熵，k j ( k g k ) 溴化鋰水溶液濃度， 結(jié)晶溫度， 熱量或熱負(fù)荷，k w 發(fā)生器中稀溶液循環(huán)倍率 熱管溴化鋰廢熱發(fā)生器溶液循環(huán)倍率 低壓發(fā)生器溶液循環(huán)倍率 冷劑總循環(huán)量，k g h 熱管溴化鋰廢熱發(fā)生器中產(chǎn)生的冷劑量，k g h 低壓發(fā)生器中產(chǎn)生的冷劑量，k g h 熱管換熱效率、翅片肋效率 體積流量，m 3 h 冷劑水再循環(huán)倍率 吸收器中稀溶液循環(huán)倍率 傳熱面積，m 2 傳熱系數(shù)，w ( m 2 ) 對(duì)數(shù)平均溫差， 傳熱流體最大溫差， 迎風(fēng)面標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速，m s 迎風(fēng)面積，m 2 長(zhǎng)度或高度，m 橫向管間距，m 縱向箭間距，m 熱管直徑，m 厚度，i n 單位管長(zhǎng)的翅片數(shù) 管束最小流通截面積，m 2 間距，m 質(zhì)量流速，k g ( m z o s ) 雷洛數(shù) 對(duì)流換熱系數(shù)，w ( m 2 ) t i i 唧。t p p p九階h s 芎k q f矗sd耽耽n v r a f k帆k趼&d 6腫m。g趾吣 東南大學(xué)碩：l j 學(xué)位論文 單根熱管翅片之間光管面積，m 2 單根熱管翅片表面積，m 2 單根熱管管外總表面積，m 2 有效對(duì)流換熱系數(shù)，w ( m 2 ) 管壁熱阻，( m 2 ) w 污垢熱阻，( m 2 ) w 熱流密度，w m 2 管子根數(shù) 以管予中徑為基準(zhǔn)的單根熱管表面積，m 2 以管子內(nèi)徑為基準(zhǔn)的單根熱管表面積，m 2 以管子外徑為基準(zhǔn)的單根熱管表面積，m 2 總傳熱面積，m 2 污垢面積，m 2 總傳熱系數(shù)，w ( m 2 ) 管排數(shù) 迎風(fēng)面管子根數(shù) 壓力降，p a 容積當(dāng)量直徑，m 凈自由容積，m 2 沿氣流方向長(zhǎng)度，m 時(shí)間，s 管數(shù) 熱力系數(shù) 炯，k j h 煙氣質(zhì)量流量，k g h 效率 k k b q na舢舢匆m b 卸瞻m l r ne窖。毗 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得 的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含 其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu) 的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同t 作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 一2 呼岬，叫妒 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說(shuō)明 東南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所、國(guó)家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位 論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人 電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論 文被查閱和借閱，可以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包 括刊登) 授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。 第一阜緒論 第一章緒論 1 1 前言 當(dāng)前，全世界都在推動(dòng)第二代能源系統(tǒng)的建設(shè)。第二代能源系統(tǒng)具有八個(gè)方面的主要特征：一 是燃料的多元化；二是設(shè)備的小型化、微型化：j 是冷熱電聯(lián)產(chǎn)化：四是網(wǎng)絡(luò)化；五是智能化控制 和信息化管理；六是高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保水平。其中，設(shè)備的小型化、微型化，冷熱電聯(lián)產(chǎn)化和環(huán)保要求 則代表著能源技術(shù)發(fā)展的重要方向分布式供電技術(shù)的興起與冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展。 冷熱電聯(lián)產(chǎn)( c o m b i n e dc o o l i n gh e a t i n ga n dp o w e r ，以下簡(jiǎn)稱c c h p ) ，是一種建立在能的梯級(jí) 利用概念基礎(chǔ)上，將制冷、供熱( 采暖和供熱水) 及發(fā)電過(guò)程一體化的多聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)，目的在于 提高能源利用效率，減少碳化物及有害氣體的排放。目前，我國(guó)電力供應(yīng)主要靠燃煤的大型火力發(fā) 電廠，發(fā)電效率為3 5 左右，扣除廠用電和線損率，終端的利用效率只能達(dá)到3 0 0 , 4 ；一般燃煤采暖 鍋爐的效率約為7 0 ，而且燃煤對(duì)環(huán)境的污染問題日益嚴(yán)重，對(duì)人類社會(huì)造成了極大的危害和損失。 而c c h p 系統(tǒng)在同時(shí)滿足冷、熱、電需求的情況下，能量綜合利用率可達(dá)到9 0 。另外，有關(guān)專家 做了這樣的估算：如果從2 0 0 0 年起每年有4 的現(xiàn)有建筑的供電、供暖和供冷采用c c h p 系統(tǒng)，從 2 0 0 5 年起2 5 的新建建筑及從2 0 1 0 年起5 0 的新建建筑均采用c c h p 的話，到2 0 2 0 年的二氧化碳 的排放量將減少1 9 ；如果將現(xiàn)有建筑實(shí)施c c h p 的比例從4 提高到8 ，到2 0 2 0 年二氧化碳的 排放量將減少3 0 t 。 而冷熱電三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與分布式供電系統(tǒng)的推廣是密不可分的。分布式供電是相對(duì)于傳統(tǒng) 的集中式供電方式而言的，是指將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模( 數(shù)k w 至5 0 m w 的小型模塊式) 、分散的方 式布置在用戶附近，可獨(dú)立地輸出電、熱、冷能的系統(tǒng)。與常規(guī)的集中供電電站相比，分布式供電 具有以下優(yōu)勢(shì)：沒有或很低的輸配電損耗；無(wú)需建設(shè)配電站，可避免或延緩增加的輸配電成本；適 合多種熱電比的變化；可使系統(tǒng)根據(jù)熱或電的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)從而增加設(shè)備年利用小時(shí)；土建和安裝 成本低；各電站相互獨(dú)立，用戶可自行控制，不會(huì)發(fā)生大規(guī)模供電事故，供電的可靠性高：可進(jìn)行 遙控和監(jiān)測(cè)區(qū)域電力質(zhì)最和性能，非常適合對(duì)鄉(xiāng)村、牧區(qū)、山區(qū)、發(fā)展中區(qū)域及商業(yè)區(qū)和居民區(qū)提 供電力；大量減少了環(huán)保壓力。因此，大電網(wǎng)與分散的小型分布式供電方式的合理結(jié)合，被全球能 源、電力專家認(rèn)為是投資省、能耗低、可靠性高的靈活能源系統(tǒng)，成為2 l 世紀(jì)電力工業(yè)的發(fā)展方向。 這就是說(shuō)，世界電力工業(yè)已經(jīng)開始向傳統(tǒng)電力工業(yè)的模式告別，走向依靠大型發(fā)電站和小型分布式 供電廣泛結(jié)合的過(guò)渡的“分散式”電力系統(tǒng)，從而大大改善供電效率、供電品質(zhì)和減輕當(dāng)今電力行 業(yè)對(duì)環(huán)境影響形成的負(fù)擔(dān)，減少興建和改善輸配電線路。 我國(guó)的節(jié)能法中明確規(guī)定國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展冷熱電聯(lián)供技術(shù)。冷熱電聯(lián)供是指熱電聯(lián)供系統(tǒng)配 置吸收式制冷機(jī)或吸收式熱泵，將鍋爐產(chǎn)生的具有較高品位的蒸汽首先通過(guò)汽輪機(jī)發(fā)電，利用汽輪 機(jī)的抽汽或背壓排汽，冬季向用戶供熱，夏季利用吸收式制冷機(jī)向用戶供冷。利用吸收式制冷機(jī)對(duì) 熱源參數(shù)要求低，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)( 0 1m p a 以卜的低壓蒸汽和8 0 以上的熱水均可作為它的驅(qū)動(dòng)熱 源) ，使其在生產(chǎn)供應(yīng)電能和熱能的同時(shí)也生產(chǎn)供給7 1 3 的冷水，用于空調(diào)及：【= 藝?yán)鋮s。 冷熱電聯(lián)供由于在熱電聯(lián)供系統(tǒng)巾加入吸收式制冷裝置，從而填補(bǔ)了夏季熱負(fù)荷的低谷，提高 了設(shè)備的利用率，均衡了冬夏的用汽負(fù)荷。這樣熱電機(jī)組既發(fā)電，又供熱，還能制冷，不儀充分發(fā) 揮了它的優(yōu)勢(shì)，還減少了夏季制冷的用電負(fù)荷，大大緩解了當(dāng)?shù)氐挠秒娋o張，縮小了用電峰谷差， 同時(shí)達(dá)到了節(jié)能又節(jié)電的雙重功效，提高了全年的綜合經(jīng)濟(jì)效益。在天然氣資源較為充足的地方， 可以采取以小型或微犁燃?xì)廨啓C(jī)組，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組為熱源的冷熱電三聯(lián)供。2 0 0 0 年圍家計(jì)委、經(jīng)貿(mào) 委、建設(shè)部和環(huán)保總局聯(lián)合頒布的發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定中進(jìn)一步制定了國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展小犁燃?xì)饫錈?電聯(lián)供的行政規(guī)章。國(guó)家計(jì)委已在北京上海等地丌展冷熱電三聯(lián)供試點(diǎn)工作。小型燃?xì)饫錈犭娐?lián)供 東南大學(xué)碩。f ：學(xué)位論文 是提高資源利用率、環(huán)境保護(hù)和降低投資成本的最佳方案，由十靠近冷熱負(fù)荷區(qū)， 利用余熱制冷，減少守調(diào)的電力需求，平衡電網(wǎng)供電峰谷問題。 可以預(yù)見：c c h p 將以其能量資源的合理利用、優(yōu)良的環(huán)保性能和靈活的冷、 等優(yōu)勢(shì)成為我們朱米生活小可缺少的能量利用系統(tǒng)。 可以傘年運(yùn)行， 熱、電負(fù)荷分配 冷熱電聯(lián)產(chǎn)提高了低品位熱能的利用率，更重要的是提高了能源綜合利用率。在常規(guī)的集中供 電方式中能量形式相對(duì)單一，當(dāng)用戶不儀僅需要電力，而且需要其它能量形式，如冷能和熱能的供 應(yīng)時(shí)，僅通過(guò)電力來(lái)滿足上述需要時(shí)難以實(shí)現(xiàn)能量的綜合梯級(jí)利用。而分布式供電方式以其規(guī)模小， 靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)不同循環(huán)的有機(jī)整合可以在滿足用戶需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量的綜合梯級(jí)利用， 并且克服了冷能和熱能無(wú)法遠(yuǎn)距離傳輸?shù)拈e難。 1 2 冷熱電三聯(lián)供( c c h p ) 1 2 1 冷熱電三聯(lián)供( c c h p ) 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 在全球資源與環(huán)境問題的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)下，目前全世界都在推動(dòng)第二代能源系統(tǒng)的建設(shè)，積極開展 基礎(chǔ)與應(yīng)用研究和試點(diǎn)工程。天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)( c c h p ) 是一種建立在能量綜合梯級(jí)利用概 念基礎(chǔ)上的新型用能系統(tǒng)，是合理利用天然氣資源的有效手段1 2 j 。世界各國(guó)把冷熱電三聯(lián)供作為節(jié) 約能源、改善環(huán)境的重要措施p j 。 2 0 世紀(jì)6 0 年代年美國(guó)在h a r f o r dc i t y , c o n n e c t i c u t 建成了世界上最早的區(qū)域供冷系統(tǒng)，并可同時(shí) 供應(yīng)蒸汽。美國(guó)從1 9 7 8 年開始提倡分布式能源系統(tǒng)，目前美國(guó)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)( c c h p ) 系統(tǒng)已逾6 0 0 0 座。英國(guó)目前的分布式能源站也超過(guò)l0 0 0 座 4 1 。另外，分布式能源技術(shù)在西歐、北歐、東南亞等地 也在推廣應(yīng)用，前景看好嘲。 截至2 0 0 1 年底，我國(guó)6 m w 及以卜供熱機(jī)組1 6 0 6 臺(tái)，總?cè)萘繛? 2 2 4g w l 6 1 。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委 ( 2 0 1 0 年熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃及2 0 2 0 年遠(yuǎn)景發(fā)展目標(biāo)，2 0 2 0 年，傘國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)總裝機(jī)容量將達(dá)2 0 0 g w ，熱電聯(lián)產(chǎn)占發(fā)電總裝機(jī)容量的2 2 。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的c c h p 發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，分布式 能源的發(fā)展也還未成規(guī)模。但近年米，北京、上海、廣州等城市相繼實(shí)施了一些大型的c c h p 項(xiàng)目， 如卜海黃浦區(qū)中心醫(yī)院和浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)f j ，北京的燃?xì)饧瘓F(tuán)大樓和清華大學(xué)校園冷 熱電聯(lián)供系統(tǒng)等，c c h p 系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注和重視。除此之外，分布式系統(tǒng)還可以解決我 國(guó)不發(fā)達(dá)農(nóng)村、邊疆地區(qū)的電力短缺。在我國(guó)，由于地理?xiàng)l件的限制，許多農(nóng)村地區(qū)的供電問題還 沒有解決。通電、通自來(lái)水還是許多地區(qū)迫切的需要。在偏遠(yuǎn)地區(qū)布置長(zhǎng)輸電網(wǎng)，不儀造價(jià)巨大， 而且電網(wǎng)沿途損，大也較大，天然氣的運(yùn)輸則比較便捷。分布式系統(tǒng)直接布置在用戶處，對(duì)這些地區(qū) 來(lái)說(shuō)不失為一種更加可靠、可行的供應(yīng)方式例。 在目前，已商業(yè)化的、可大規(guī)模實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換的技術(shù)中，熱電聯(lián)產(chǎn)的能源利用效率是最高的， 可達(dá)6 0 7 0 ，如采用冷熱電系統(tǒng)，則其效率可達(dá)8 0 以上。因此，今后我們?nèi)砸獔?jiān)持積極發(fā)展熱 電聯(lián)產(chǎn)、冷熱電聯(lián)產(chǎn)的電力發(fā)展方針，這不僅是今后我國(guó)電力發(fā)展要“優(yōu)化發(fā)展煤電”方針中的一 個(gè)霞要優(yōu)化內(nèi)型吼1 0 j ，也是實(shí)施提高能源效率這一方針的重要舉措。同時(shí)，也是滿足全國(guó)小康社會(huì) 人民生活水平提高的季要方而之一。據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，到2 0 2 0 年集中供熱比例增到4 0 ，其中熱 電聯(lián)產(chǎn)供熱比例也增加到4 0 ，并按l 億平方米建筑面積供熱平均需3 0 0 萬(wàn)千瓦的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組 測(cè)算，則到2 0 2 0 年供生活采暖用的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組就要6 5 0 0 萬(wàn)千瓦左右，比2 0 0 1 年增加4 2 0 0 萬(wàn) 千瓦左右。工業(yè)生產(chǎn)用熱，目前熱電聯(lián)產(chǎn)供熱比例仍然很低，：i ：業(yè)用鍋爐平均容量不到3 噸時(shí)， 容量小、效率低，如果目前j l ：業(yè)用熱中的8 0 由熱電聯(lián)產(chǎn)代替，就需新增供熱機(jī)組約9 0 0 0 萬(wàn)千瓦， 比2 0 0 1 年已有的約1 6 0 0 萬(wàn)千瓦大約增加近7 0 0 0 萬(wàn)千瓦；到2 0 2 0 年，如果新增t 業(yè)用熱量的 8 0 由熱電聯(lián)產(chǎn)供應(yīng)，預(yù)測(cè)還需新增6 0 0 0 萬(wàn)千瓦左右。以上預(yù)測(cè)到2 0 2 0 年工業(yè)供熱用熱聯(lián)產(chǎn)約需 2 第。草緒論 增加裝機(jī)1 3 億千瓦。根據(jù)上述預(yù)測(cè)，到2 0 2 0 年全國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組容量將達(dá)到2 億千瓦左右， 比2 0 0 3 年增加約1 6 億千瓦以上，屆時(shí)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組將占全國(guó)火電容量的三分之一即3 0 以上， 比目前的水平提高l 倍以卜。從以一t ：粗略預(yù)測(cè)來(lái)看，我國(guó)冷熱電聯(lián)產(chǎn)的前景廣闊，建設(shè)規(guī)模很大， 在提高我國(guó)能源利用率、降低發(fā)電供熱和制冷能源上將承擔(dān)十分重要的角色。 采用分布式能源系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)1 6 j ： ( 1 ) 可使中國(guó)能源結(jié)構(gòu)更合理，改變大電網(wǎng)單一供電模式，提高用電的安全性： ( 2 ) 能量階梯利用機(jī)制的采用，可提高有效能源的利用率，節(jié)約大量的能源： ( 3 ) 可大大減輕電力供應(yīng)的壓力，降低季節(jié)性用電高峰的電力負(fù)荷； ( 4 ) 污染排放量明顯減小，從而對(duì)環(huán)境質(zhì)量提高起到顯著的促進(jìn)作用。 分布式供能系統(tǒng)被世人認(rèn)可和發(fā)展的一個(gè)重要原因，即其具有良好的環(huán)保效應(yīng)。環(huán)境保護(hù)是當(dāng) 前人類共同關(guān)注的重要議題，環(huán)境質(zhì)量直接影響到人類的生存和延續(xù)。與燃煤電廠相比，天然氣發(fā)電 對(duì)環(huán)境的影響要小得多，其s 0 2 和固體廢棄物排泄幾乎為零，溫室氣體c 0 2 減少5 0 以e ，n o x 減少8 0 ，t s p 減少9 5 。另外，從生態(tài)效益看，其占地面積與耗水量均減少6 0 以上。這些數(shù)據(jù) 充分表明，在日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下，天然氣發(fā)電對(duì)生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)是極其顯著的。 1 2 2 發(fā)展基于小型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) l 小型燃?xì)饫錈犭娙?lián)產(chǎn)可以更加有效配置資源，穩(wěn)定、持續(xù)地利用天然氣、煤層氣等資源， 減少燃?xì)獾恼{(diào)節(jié)，降低因燃?xì)庹{(diào)峰導(dǎo)致的儲(chǔ)采比下降，地下儲(chǔ)氣庫(kù)損失等不必要的資源浪費(fèi)，減少 燃?xì)夤芫W(wǎng)的建設(shè)投資，提高設(shè)備運(yùn)行效率，從而達(dá)到降低燃?xì)饫贸杀?，提高用氣企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。 2 小型冷熱電三聯(lián)產(chǎn)將采暖、熱水、電、冷、燃?xì)狻⑺Y源合理利用和環(huán)境污染治理統(tǒng)籌考慮， 以最小的資金、資源和環(huán)境代價(jià)，換取最高的投資效益、能源轉(zhuǎn)換效率和能源設(shè)施效能。而且小型 冷熱電三聯(lián)產(chǎn)可以減少因運(yùn)輸造成的能源損耗因?yàn)榄h(huán)境等多方面因素影響，冷、熱、電的供應(yīng)半徑 各不相同，電的供應(yīng)半徑為1 0 0 , - - 5 0 0 公里左右，熱的供應(yīng)半徑卻只有l(wèi) o 公里左右，冷的供應(yīng)半徑更 小只有1 0 0 米左右，如果電力、熱力、燃?xì)飧髯元?dú)立，勢(shì)必導(dǎo)致供應(yīng)距離與各自的供應(yīng)半徑不 一致，為了減少損耗，需要建設(shè)各自的能量中轉(zhuǎn)站，因此造成了能源設(shè)施的重復(fù)投資建設(shè)。如果采 用小型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，就町以把整個(gè)能源供應(yīng)建設(shè)在用戶周圍，使冷、熱、電的供應(yīng)都在其自 己的供應(yīng)半徑以內(nèi)，達(dá)到一致，因而減少了遠(yuǎn)距離輸送的電網(wǎng)及配變電、熱力管網(wǎng)及熱交換站、燃 氣管網(wǎng)及調(diào)峰系統(tǒng)、制冷設(shè)備、熱水供應(yīng)設(shè)施和環(huán)境污染治理等多項(xiàng)投資。 3 燃?xì)饫錈犭娐?lián)產(chǎn)將燃?xì)赓Y源的用戶端利用效率提高到，并將其中一部分能量轉(zhuǎn)換為高價(jià)值的 電能，有效節(jié)約了資源。同時(shí)小型的燃?xì)鉄犭娧b置，可以將冷、熱、電在輸送中的損耗降壘最低， 減少了能源的浪費(fèi)。 4 小型燃?xì)饫錈犭娐?lián)產(chǎn)體系可以實(shí)現(xiàn)一種能源設(shè)施的互聯(lián)網(wǎng)，它通過(guò)蜂窩狀的小型、微型供能 設(shè)施的互相連接，提高了城市的供能可靠性。此外，各廠家的設(shè)備都設(shè)計(jì)了自動(dòng)調(diào)頻并網(wǎng)系統(tǒng)，可 以保證電網(wǎng)的運(yùn)行安全。 5 小犁熱電聯(lián)產(chǎn)不僅自身污染小，而且對(duì)環(huán)境污染的治理效果也非常突出。由于客戶端的能源 利用效率高，真正減少二氧化碳等溫室效應(yīng)氣體的排放；取代了人量電空調(diào)，可有效的減少臭氧層 的破壞；一些小型熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備氮氧化物排放極低，對(duì)環(huán)境十分友好。 1 3 廢熱溴化鋰吸收式制冷熱泵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 溴化鐔吸收式制冷熱泵主要熱源有蒸汽、熱水、燃?xì)馊加汀U熱熱源以及太陽(yáng)能源。傳統(tǒng)的溴 化鋰制冷機(jī)主要以煤、油或煤氣燃燒產(chǎn)生的高溫高質(zhì)量熱是轉(zhuǎn)化為低溫低質(zhì)量的熱量再米驅(qū)動(dòng)溴化 鋰制冷機(jī)，在這過(guò)程中必然要產(chǎn)生可用能的損失，從能源利用角度來(lái)看很小合理。但是如果溴化鋰 3 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 吸收式制冷機(jī)的加熱源是余熱、廢熱或化學(xué)反應(yīng)熱，則從整體束看，大大提高了能源的利用率，所 以溴化鋰制冷機(jī)所用的熱量最好使用低溫廢熱。文獻(xiàn)【lh l r t ；較了幾種形式的制冷設(shè)備，結(jié)果如表1 1 所示。從比較的結(jié)果也可看出，盡管廢熱驅(qū)動(dòng)的溴化鋰制冷機(jī)初始投資較大，但由于運(yùn)行費(fèi)用低， 因此很快能收回投資。 表卜l 制冷設(shè)備的比較 我國(guó)- r - 、j k 余熱資源的回收率僅3 3 5 ，即2 3 的余熱資源尚未被利用【1 2 】。工業(yè)余熱資源分布在 各工業(yè)行業(yè)，更為集中的是在鋼鐵、有色金屬、化工、建材、石化、輕紡與機(jī)械等七個(gè)工業(yè)部門的 企業(yè)中。近年來(lái)，由于生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高以及日益迫 切的改善勞動(dòng)條件的要求，同時(shí)，由于溴化鋰吸收式制冷機(jī)組性能的改善和町靠性與壽命的顯著提 高，某些工業(yè)企業(yè)已開始用溴化鋰吸收式制冷為車間的空調(diào)通風(fēng)或工藝過(guò)程提供冷量，收到了良好 的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。文獻(xiàn)【1 2 】論述了利用溴化鋰回收工業(yè)余熱的5 種原則性方案，基本是利用 工業(yè)廢熱產(chǎn)生蒸汽或熱水，然后作為蒸汽或熱水制冷機(jī)組發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)熱源。這樣就增加了諸如廢 熱鍋爐等中間換熱設(shè)備。 現(xiàn)階段我國(guó)應(yīng)用溴化鋰制冷機(jī)的情況如表1 2 所示，由表中可看出利用廢氣的溴化鋰吸收式制 冷機(jī)還未有定型產(chǎn)品，這主要是考慮到廢氣的強(qiáng)腐蝕性，不宜直接作發(fā)生器的熱源，如果增加一套 廢熱換熱設(shè)備不儀阻力降比較大，而且增加設(shè)備投資，經(jīng)濟(jì)性也不優(yōu)越。 表1 2 我國(guó)溴化鋰吸收式機(jī)組發(fā)展?fàn)顩r 4 第+ 章緒論 本義的c c h p 系統(tǒng)采用廢熱溴化鐔吸收式制冷熱泵結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)解決冷熱電聯(lián)供問題，燃?xì)廨?機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)為用戶提供所需生活用電，產(chǎn)生的廢煙氣作為驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式熱泵的熱源，本文主 要研究溴化鋰吸收式熱泵為用戶冷熱聯(lián)供這一課題，而忽略燃?xì)廨啓C(jī)為用戶供電這一課題( 超出本 專業(yè)研究范圍) 。為用戶夏天供冷，通常的方法是用循環(huán)冷卻水來(lái)冷卻，提供7 的冷水，這是沒有 問題的，但到了冬天，擬采用同套裝置實(shí)現(xiàn)第一類熱泉供熱，此時(shí)就必須提高冷凝溫度，但是冷凝 溫度的提高將會(huì)導(dǎo)致熱泵的性能系數(shù)下降，供熱量下降。為解決這一矛盾，必須提高蒸發(fā)溫度( 也 就是熱泵的吸熱溫度) ，采用地?zé)嵩淳湍軐?shí)現(xiàn)這一定性的要求，本文就是在這一定性分析能實(shí)現(xiàn)制冷 與熱泵的情況下開展定量分析的，即通過(guò)模擬計(jì)算得出定量分析的數(shù)據(jù)與結(jié)論。 1 4 研究的目的和意義 1 ) 建立利用燃?xì)廨啓C(jī)余熱的制冷供熱集成c c h p 方案，結(jié)合地源、熱管技術(shù)使能源利用更加合 理： 2 ) 開發(fā)溴化鋰雙效吸收式制冷與供熱機(jī)組運(yùn)行模擬軟件，為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬以及運(yùn)行仿真奠定基 礎(chǔ)，研究變工況條件下雙效溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組的冷熱負(fù)荷運(yùn)行特性。 1 5 研究?jī)?nèi)容 1 ) 建立以燃?xì)廨啓C(jī)為中心，高效利用燃?xì)廨啓C(jī)余熱的先進(jìn)制冷和供熱的集成c c h p 方案； 2 ) 研究回收煙氣余熱的熱管形式，與現(xiàn)有吸收式熱泵系統(tǒng)相匹配，以解決煙氣回收余熱難題； 3 ) v b 語(yǔ)言開發(fā)熱管廢熱雙效溴化鋰吸收式地源熱泵機(jī)組運(yùn)行模擬程序軟件，軟件共分為六大 模塊，包括工質(zhì)熱物性模塊、熱管溴化鋰廢熱發(fā)牛器設(shè)計(jì)模塊、單雙效熱管廢熱溴化鋰制冷機(jī)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)模塊、地埋管結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)模塊、各狀態(tài)點(diǎn)熱力學(xué)參數(shù)模塊、熱力學(xué)分析模塊等。利用軟件進(jìn) 行多參數(shù)的設(shè)計(jì)比較，根據(jù)不i 一的設(shè)計(jì)要求，選擇不同的設(shè)計(jì)方案，滿足個(gè)性化設(shè)計(jì)的要求。同時(shí) 為熱管廢熱溴化鋰吸收式制冷熱泵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬及運(yùn)行仿真奠定基礎(chǔ)； 4 ) 通過(guò)軟件分析變工況條件下余熱驅(qū)動(dòng)雙效溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組冷熱負(fù)荷運(yùn)行特性，分析地 熱源工況對(duì)系統(tǒng)的影響，建立負(fù)荷匹配特性曲線，以適應(yīng)冷熱電聯(lián)供負(fù)荷的需要。通過(guò)對(duì)用戶冷熱 電配比需求，分析本c c h p 方案系統(tǒng)整體性能，合理配置，冷熱電協(xié)調(diào)。 5 第二章燃?xì)怛?qū)動(dòng)的c c h p 系統(tǒng) 第二章燃?xì)怛?qū)動(dòng)的c c h p 系統(tǒng) 在進(jìn)行本燃?xì)怛?qū)動(dòng)的c c h p 系統(tǒng)模擬之前，本章節(jié)的內(nèi)容主要介紹系統(tǒng)組成部分：溴化鋰吸收 式熱泵、熱管廢熱溴化鋰發(fā)生器和地埋管結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，以及小型燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行原理。 2 1 吸收式工質(zhì)對(duì)及其熱物性數(shù)學(xué)模型 、 2 1 1 吸收式工質(zhì)對(duì) 本系統(tǒng)中由于有大量的廢煙氣余熱可以被吸收式機(jī)組利用，因此采用水溴化鋰作為吸收式制冷 _ t 質(zhì)對(duì)比氨水系統(tǒng)有著非常明顯的優(yōu)越性：首先，它采用熱能驅(qū)動(dòng)，能夠節(jié)省電能；其次，做為制 冷劑的水具有較大的蒸發(fā)潛熱而且沒有毒性；第三，水溴化鋰具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性；第四，由于 水- 溴化鋰在真空條件下工作，因此沒有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。 國(guó)內(nèi)外對(duì)于水- 溴化鋰吸收式制冷工質(zhì)的性能研究集中在改進(jìn)其特性，主要有以下幾個(gè)方面：( 1 ) 提高溴化鋰的溶解度，在較高濃度、較低溫度、和較低壓力的條件下，避免溴化鋰結(jié)晶的析出，以 便采用空冷；( 2 ) 在提高溴化鋰溶解度的同時(shí)，進(jìn)一步提高溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的性能系數(shù)；( 3 ) 減輕溴化鋰溶液對(duì)金屬材料的腐蝕作用；( 4 ) 采用輔助制冷劑，進(jìn)一步提高吸收式制冷循環(huán)的性能 系數(shù)；( 5 ) 采用表面活性劑，減少吸收界面的傳質(zhì)阻力，改善吸收過(guò)程，減少吸收面積，提高氣液 兩相界面的傳質(zhì)系數(shù)。 2 1 2 吸收式工質(zhì)對(duì)熱物性數(shù)學(xué)模型及其發(fā)展 在吸收式制冷的工程計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)和過(guò)程模擬過(guò)程中，必須取得工質(zhì)的熱物性，如果用傳統(tǒng) 的人工查圖表的方法，顯然過(guò)程比較復(fù)雜，計(jì)算工作量大，計(jì)算周期長(zhǎng)，精度不高。因此需要建立 工質(zhì)熱物理性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，并將它編制成子程序，供程序計(jì)算時(shí)調(diào)用。對(duì)于廢熱溴化鋰制冷機(jī)而 言，需要建立水、水蒸汽、溴化鋰水溶液等的熱物性數(shù)學(xué)模型。 1 9 6 7 年國(guó)際公式化委員會(huì)通過(guò)了i f c - 6 7 水和水蒸汽熱力性質(zhì)計(jì)算公式1 1 3 j 后，該公式迅速得到 認(rèn)可和廣泛使用，并先后被科研和工程技術(shù)人員編制成計(jì)算機(jī)程序，如王顯等的0 u i c k b a s i c 程序【1 4 】、 王培紅等的t u r b o p a s c a l 程序【i5 】以及楊宇等的基于f o r t r a n 語(yǔ)言的水和水蒸汽熱力性質(zhì)參數(shù)運(yùn)算的 動(dòng)態(tài)連接庫(kù)【l6 j 。由于i f c 一6 7 公式較為繁復(fù)，在各個(gè)計(jì)算子區(qū)域間各公式的一致性不好，所以國(guó)際水 和水蒸汽性質(zhì)學(xué)會(huì)( i a p w s ) 于1 9 9 7 年通過(guò)了新的工業(yè)用公式，即i a p w s i f 9 7 ，蘇明旭【1 7 】、王培紅【1 8 】 等也先后把這些公式程序化，極大方便了水和水蒸汽熱物性的計(jì)算。 1 9 7 9 年，m c n e e l y 1 9 】給出了常用范圍內(nèi)的溴化鋰水溶液熱力學(xué)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我國(guó)復(fù)旦大學(xué) 也曾進(jìn)行過(guò)國(guó)產(chǎn)溴化鋰溶液的熱物性測(cè)試【2 0 1 ，張緒源【2 1 1 等根據(jù)m c n e e l y 的方程式形式和國(guó)產(chǎn)溴化鋰 的熱物性數(shù)據(jù)開發(fā)了程序包，徐國(guó)平等【2 2 】綜合了這些資料，概括了溴化鋰水溶液的熱物性，并對(duì)不 同的研究者進(jìn)行了比較，近來(lái)王磊等又通過(guò)分析認(rèn)為由于國(guó)內(nèi)外物性值的差別是由于對(duì)物件的基準(zhǔn) 點(diǎn)認(rèn)定不同造成的，從而提出了國(guó)內(nèi)外焓值的轉(zhuǎn)換公式1 2 3 1 ，井編制了可視化程序，方便地利用了 國(guó)外溴化鋰溶液物性的測(cè)試數(shù)據(jù)，擴(kuò)展了國(guó)內(nèi)溴化鋰溶液的計(jì)算范圍。 2 2 溴化鋰吸收式制冷熱泵 2 2 1 吸收式制冷熱泵t 作原理 本文中涉及的是第一類吸收式熱泵。第一類吸收式熱泵以消耗高溫?zé)崮転榇鷥r(jià)，通過(guò)向熱泵輸 入高溫?zé)崮?，從低溫?zé)嵩粗形諢崮?，提高其晶味后以中溫的形式供給用戶第一類吸收式熱泵可以 用于夏季制冷，冬季制熱。圖2 - 1 為以溴化鋰一水為工質(zhì)對(duì)的第一類吸收式熱泵的系統(tǒng)圖，系統(tǒng)按照 雙效循環(huán)工作。高壓發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)熱源可以是燃料或蒸汽。該系統(tǒng)由高壓發(fā)生器、低壓發(fā)生器、冷 6 東南大學(xué)碩：l 學(xué)位論文 凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器、泵等組成。 這種熱泵的工作過(guò)程是：由吸收器出來(lái)的稀溶液，經(jīng)過(guò)低溫和高溫溶液熱交換器，溫度升高后 進(jìn)入高壓發(fā)生器，被驅(qū)動(dòng)熱源加熱，產(chǎn)生高溫水蒸氣，溴化鋰溶液濃度升高，由高壓發(fā)生器排出， 經(jīng)高溫溶液熱交換器降溫后，進(jìn)入低壓發(fā)生器。 高壓發(fā)生器中產(chǎn)生的高溫水蒸氣，進(jìn)入低壓發(fā)生器中加熱其中的溴化鋰溶液，而高溫水蒸氣放 出潛熱后冷凝成水，節(jié)流后與低壓發(fā)生器產(chǎn)生的水蒸氣一起進(jìn)入冷凝器，向管內(nèi)的熱水放出熱量而 凝結(jié)成水。該水節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器，由于蒸發(fā)器中的壓力較低，節(jié)流后的水在蒸發(fā)器中吸收低溫?zé)?源的熱量而汽化。 由低壓發(fā)生器出【j 的濃溶液，經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器降溫后進(jìn)入吸收器，吸收來(lái)自蒸發(fā)器中的水蒸氣， 并向回水管中的熱水放出熱量。吸收終了的稀溶液再由溶液泵送往高壓發(fā)牛器，這樣便完成了一個(gè) 循環(huán)。 制冷時(shí)，第一類吸收式熱泵主要是利用蒸發(fā)過(guò)程的吸熱量；供熱時(shí)，第一類吸收式熱泵j 卜要是 利用冷凝和吸收過(guò)程的放熱量。 圖2 1 第一類溴化鋰吸收式熱象 l 低雎發(fā)生器2 一冷凝器3 - 吸收器4 一蒸發(fā)器5 - 水泵6 溶液泵 7 低溫溶液熱交換器8 高溫溶液熱交換器9 高壓發(fā)生器 2 2 2 溴化鋰吸收式制冷機(jī)熱泵的發(fā)展 溴化鋰制冷機(jī)根據(jù)系統(tǒng)可分為單效型、多效犁；根據(jù)結(jié)構(gòu)型式可分為單筒、雙筒和三筒型；根 據(jù)熱源可以分為直燃犁、蒸汽型、熱水型；根據(jù)泵可以分為三泵、兩泵和無(wú)泵系統(tǒng)等。 目前國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的澳化鋰吸收式制冷機(jī)主要有二二大類。一類為被廣泛采用的蒸汽雙效機(jī)組， 該機(jī)型利剛品位較低的0 2 o 6 m p a 的蒸汽作為制冷熱源，具有效率高、運(yùn)行可靠、易維護(hù)保養(yǎng)等 特點(diǎn)；另一類為熱水型機(jī)組，它以9 0 1 3 0 。c 左右的工_ k 余熱水為制冷熱源，因此該機(jī)型的節(jié)能性 是最顯而易見的；再一類是直燃型機(jī)組，該機(jī)型帶有燃油型燃燒器，它的特點(diǎn)是無(wú)需另外配置制冷 熱源設(shè)備，而且還另具供應(yīng)生活熱水的能力。 7 第二章燃?xì)怛?qū)動(dòng)的c c h p 系統(tǒng) 在我國(guó)，蒸汽型溴化鈍制冷機(jī)組很早就得到應(yīng)用，根據(jù)1 作蒸汽的品位高低，可以選用雙效和 單效型。1 9 7 8 年卜海第一冷凍機(jī)廠在試驗(yàn)、分析、消化、吸收國(guó)外樣機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，試制成功了 1 7 4 4 k w 單效溴化鐔吸收式冷水機(jī)組。1 9 8 2 年，我國(guó)第一臺(tái)正式鑒定的蒸汽雙效機(jī)組，由上海7 0 4 研 究所、合肥通用機(jī)械研究所聯(lián)合設(shè)計(jì)，開封通用機(jī)械廠試制成功。 國(guó)內(nèi)熱水型溴化鋰制冷機(jī)組的開發(fā)較晚，到1 9 8 9 年，上海第一冷凍機(jī)廠生產(chǎn)出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái) 利用9 0 工作熱水制取1 0 c 冷水的低溫?zé)崴蜋C(jī)組。開封通用機(jī)械廠、江陰溴化鋰制冷機(jī)j 也相 繼生產(chǎn)出了同類型的機(jī)組。1 9 9 3 年彬州空調(diào)設(shè)備總廠推出了系列化以9 5 t 作熱水制取7 冷水 的熱水型溴化鋰制冷機(jī)組。1 9 9 2 年上海交通大學(xué)、山東濰坊制冷空調(diào)設(shè)備廠生產(chǎn)出了單雙效合一的 以0 6 m p f i 蒸汽和1 0 7 熱水并用的余熱型溴化鋰制冷機(jī)組。1 9 8 7 年廣州能源研究所開發(fā)了8 0 - - 8 6 熱水的雙級(jí)溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組。在熱水型機(jī)組的基礎(chǔ)研究方面，上海機(jī)械學(xué)院、上海交通大學(xué)、 華南理工大學(xué)、重慶大學(xué)、廣州能源研究所等十余所科研院校取得了許多研究成果。如上海交通大 學(xué)的無(wú)泵溴化鋰吸收式制冷機(jī)機(jī)理研究；熱水加熱的降膜式發(fā)牛器的實(shí)驗(yàn)研究；上海機(jī)械學(xué)院的溴 化鋰制冷機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及重慶大學(xué)溴化鋰多元溶液的沸騰換熱試驗(yàn)。而華南理工大學(xué)、廣州能源研 究所在高效傳熱管的應(yīng)用、噴淋式發(fā)生器的試驗(yàn)研究方面獨(dú)樹一幟【”】。 近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)直燃型吸收式冷熱水機(jī)組發(fā)展很快，自1 9 9 2 年由上海7 0 4 所、開封通用機(jī)械廠、 開封鍋爐廠在吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上研制了3 4 9 k w 燃?xì)怆p效溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組并進(jìn)行鑒定以來(lái)， 1 9 9 3 年長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大空調(diào)實(shí)業(yè)公司進(jìn)行了3 4 9 k w 燃油型吸收式冷熱水機(jī)組的鑒定。1 9 9 4 年上海華源前 進(jìn)制冷空調(diào)公司試制成功了制冷量3 4 9 k w 燃?xì)庑臀帐嚼錈崴畽C(jī)組并通過(guò)鑒定。同年江陰雙良集團(tuán) 公司試制成功了3 4 9 、5 8 1 、1 1 6 3 k w 燃油吸收式冷熱水機(jī)組并通過(guò)鑒定。 在民用領(lǐng)域，吸收式熱泵技術(shù)主要以吸收式制冷機(jī)為主，這方面的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，溴化鋰制 冷機(jī)、溴化鋰中央空調(diào)等產(chǎn)品已經(jīng)在生產(chǎn)生活中發(fā)揮了巨大的作用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，國(guó)內(nèi)也有大 量成功的工程應(yīng)用實(shí)例。如1 9 9 5 年上海第一冷凍廠承擔(dān)興建的北京西客站3 5 0 0 k w 蒸氣型雙效溴化鋰 吸收式冷水機(jī)組，以及鐵路上海站空調(diào)使用面積為2 8 0 0 m 2 的吸收式空調(diào)工程：華北制藥集團(tuán)向江蘇 雙良集團(tuán)采購(gòu)2 5 臺(tái)1 1 6 0 k w 熱水型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組用于工藝過(guò)程供冷：上海太平洋化工集團(tuán)焦 化總廠節(jié)能改造后，采用了浙江聯(lián)豐集團(tuán)的溴化鋰吸收制冷工藝提供工藝用冷：1 9 9 4 年青島同和空 調(diào)設(shè)備公司利用溴冷機(jī)組為蚌埠卷煙廠提供工藝?yán)渌簱P(yáng)子石化公司化工廠利用余熱蒸汽驅(qū)動(dòng)溴冷 機(jī)組實(shí)現(xiàn)本廠局部集中供冷：北京展覽館中央空調(diào)系統(tǒng)選用長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大空調(diào)有限公司生產(chǎn)的直燃型溴 化鋰吸收式冷水機(jī)等等1 2 0 l 。 吸收式熱泵主要應(yīng)用在紡織、釀造、紙漿、木材、奶制品、食品加j 、石油化工、冶金、影印、 城市污水處理、海水淡化，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。 2 2 3 溴化鋰雙效吸收式制冷機(jī)熱泵工作循環(huán)【2 7 】 對(duì)于較高品位的熱源，一般采用雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)熱泵，這樣可以把系統(tǒng)的c o p 提高 到1 2 左右，雙效機(jī)組是在單效機(jī)組的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)高壓發(fā)生器和一個(gè)溶液熱交換器，熱源供 給高壓發(fā)牛器，高壓發(fā)生器的冷劑蒸汽進(jìn)入低壓發(fā)生器加熱其中的溴化鋰溶液，與單效機(jī)相比，雙 效機(jī)組的加熱量可減少1 3 ，冷凝器的冷卻負(fù)荷可減少1 2 ，因此用雙效機(jī)組的效率更高。相對(duì)于 單效機(jī)組，它的循環(huán)流程要復(fù)雜的多，如圖2 2 所示。 8 東南大學(xué)碩i ：學(xué)位論文 圖2 2 串聯(lián)流程的雙效溴化鋰吸收式冷水機(jī)組工作原理 1 高壓發(fā)生器2 低壓發(fā)生器3 冷凝器4 冷卻塔5 冷卻盤管6 - 蒸發(fā)器 7 吸收器8 低溫溶液熱交換器9 高溫溶液熱交換器 2 2 4 溴化鋰吸收式制冷機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算以及動(dòng)態(tài)仿真模型的發(fā)展 溴化鋰吸收式制冷機(jī)熱力參數(shù)很多，手工設(shè)計(jì)工作量異常繁復(fù)，靈活性差，且精度不高。針對(duì) 這種情況，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研制了多套用于溴化鋰制冷機(jī)設(shè)計(jì)的軟件。周健等p u 開發(fā)了w l b a r 系統(tǒng) 模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，建立了一套完整的溴化鋰吸收式制冷機(jī)的設(shè)計(jì)模型，張衛(wèi)華等1 3 2 1 編制了熱管廢 熱單效溴化鋰制冷機(jī)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算程序，但以上兩種模型僅僅針對(duì)的是單效機(jī)組：袁秀玲 等1 3 3 曾經(jīng)開發(fā)了雙效機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序，其熱物性是采用m c n e e l y 的國(guó)外溴化鋰溶液擬合公式。文獻(xiàn) 【3 4 論述了溴化鋰吸收式制冷機(jī)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，其特色是考慮了在垂直恒溫平板上流動(dòng)的溴化鋰水溶液 對(duì)水蒸汽非等溫吸收模型。文獻(xiàn)【3 5 】建立了蒸汽溴化鋰兩效吸收式制冷機(jī)的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用溴化鋰水 溶液的物性軟件，編制程序，進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。 溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)部件較多，工作過(guò)程是一個(gè)傳熱和傳質(zhì)同時(shí)存在，相互耦合的過(guò)程。系 統(tǒng)的仿真模型從是否考慮時(shí)間維可以分為動(dòng)態(tài)模型與靜態(tài)模型，從是否考慮空間維可以分為分布參 數(shù)模型與集中參數(shù)模型。目前所建立的仿真模型大都以部件模型為基礎(chǔ)，將部件模型連接后作為系 統(tǒng)模型【3 6 】。 k h a l i d l 3 7 1 基于物質(zhì)和能量守恒建立了單效溴化鋰制冷機(jī)的穩(wěn)態(tài)仿真模型，與一般的只考慮吸收 器中的傳熱的模型不同的是，新模型既考慮了吸收器中的傳熱也考慮了傳質(zhì)。v l i e t l 3 8 1 建立了雙效溴 化鐔制冷機(jī)變工況性能的數(shù)學(xué)模型，探討了不| 一j 的設(shè)計(jì)和操作參數(shù)對(duì)制冷機(jī)制冷量和熱力系數(shù)的影 響。g r o s s m a n l 3 9 1 曾經(jīng)建立了低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)的單級(jí)熱泵變上況性能的計(jì)算機(jī)模型，考慮了廢熱溫度、 冷卻水溫度和稀溶液循環(huán)量對(duì)機(jī)組的影響。 由存o r n l i ：作的以色列i ：科大學(xué)g r o s s m a n 教授開發(fā)了吸收式循環(huán)模擬的a b s i m 軟件 4 0 1 ， 可以用來(lái)研究各種循環(huán)結(jié)構(gòu)，計(jì)算廊用各種：【：質(zhì)的循環(huán)運(yùn)行參數(shù)和性能系數(shù)，并進(jìn)行分析比較，并 且o r n l 正在根據(jù)p h i l l i p s 的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)開發(fā)g a x 循環(huán)的吸收器模型，最終目標(biāo)是在各個(gè)部件模型的 基礎(chǔ)上得到整個(gè)g a x 系統(tǒng)的模型。 國(guó)內(nèi)姚壽廣1 也建立了單、雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)了設(shè)計(jì)和變工況性 能的模擬優(yōu)化程序。陸震等1 4 2 j 曾開發(fā)一種利用酒精乍產(chǎn)中余熱制取工藝： j f 稗中所需低溫冷水溴化鋰 制冷系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)運(yùn)用流程模擬的方法進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。郭開華等1 4 3 j 對(duì)五種類型的雙溫升吸 9 第二章燃?xì)怛?qū)動(dòng)的c c h p 系統(tǒng) 收式熱變換器進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬研究，分析比較了五種變換器的循環(huán)特點(diǎn)，制熱性能及經(jīng)濟(jì)性，研 究了外部熱源條件及換熱器傳熱性能對(duì)熱變換器的制熱性能的影響，并指出了各變換器的制熱工作 范圍。 2 3 廢熱發(fā)生器 2 3 1 熱管廢熱發(fā)生器 熱箭是一種商效傳熱元件，它利用相變傳熱，內(nèi)熱阻極小，具有很好的傳熱性能。由各獨(dú)立熱 管元件組成的熱管換熱器與其它形式的換熱器比較具有傳熱性能好，匯源分隔，溫度展平，熱流變 換，熱控制，單向?qū)?