浅议直燃型与蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机的性能系数.pdf

浅议直燃型与蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机 的性能系数 About the Coefficient of Performance of Direct-fired and Steam-driven Lithium Bromide Absorption Chiller/Heater 戴永庆 耿惠彬 中船重工集团公司上海研究所 200030 蔡小荣 毛洪财 江苏双良空调设备股份有限公司 214444 摘 要溴化锂吸收式制冷机在我国得到了飞速的发展特别是随着天然气能源在我国能源中的比例不 断增加燃气空调的不断发展溴化锂吸收式冷热水机的发展近年来更呈上升的势头在评论直燃 型溴化锂吸收式冷热水机组与蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的性能系数上存在一定的差异直燃型 与蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机中热源加热量的计算方法不一文中讨论了锅炉效率与热利用效 率阐述如何有效利用排热提高性能系数建议在计算蒸汽型机组时其加热源的总热量与计算 直燃型机组时加热源的总热量相同 其凝水温度的比焓应为环境温度下凝水的比焓即加入机组 的热量为加热蒸汽的潜热量与加热蒸汽凝水冷却至环境温度的显热量之和 关键词溴化锂吸收式制冷机 性能系数 COP 直燃型 蒸汽型 1 前言 溴化锂吸收式冷热水机由于利用热能为 驱动源其制冷剂水与吸收剂溴化锂水溶 液对大气层均无污染视为与环境亲善而作 为限制氟氯烃化合物使用的取代制冷机之一得 到了进一步的发展特别是随着天然气能源在我 国能源中的比例不断增加 燃气空调的不断发展 溴化锂吸收式冷热水机的发展近年来更呈上 升的势头 据中国冷冻空调协会统计 2004 年我国 蒸汽型溴化锂吸收式制冷机生产 1311 台套较 2003 年增加 24.5 直燃型溴化锂吸收式制冷 机生产 4234 台套较 2003 年增加 52 溴化锂吸收式冷热水机的主要性能指标 是性能系数根据我国 GB/T184312001蒸汽 和热水型溴化锂吸收式冷水机组,GB/T18362 2001直燃型溴化锂吸收式冷(温)水机组的标 准,以及日本工业标准 JISB86222002 吸收式冷 冻机,美国空调和制冷学会标准 ARI1560吸收 式冷热水机规定无论单效或双效多效溴化 锂吸收式制冷机性能系数定义为供给制冷机 的热源热量和产生的制冷能力 加热能力 的比 性能系数表示了制冷机能量消耗的程度因此是 衡量制冷机性能的主要参数其供给制冷机的热 源热量还包括冷剂泵溶液泵及其它耗电设备的 能量因为所占比例较小约在小数点后三位的 范围内暂略而不计但在评论直燃型溴化锂吸 收式冷热水机组与蒸汽型溴化锂吸收式冷水 机组的性能系数上存有一定的差异 2 问题的提出 2 . 1 热源加热量的计算方法 直燃型与蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机 中热源加热量的计算方法不一致 按标准 GB/T18431 —2001蒸汽和热水型溴 化锂吸收式冷水机组性能系数按下式计算 COP=Qc/(Qi+A) ……………………(1) 式中COP —性能系数Qc —制冷量kWQi — 加热源耗热量kWA—消耗电功率 在具有绝热措施时加热源耗热量对蒸汽型 溴化锂吸收式冷水机按下式计算 Qi=(1/3600)Ws(hs1-hs2)……………(2) 式中Ws —蒸汽流量kg/hhs1 —蒸汽比焓 kJ/kghs2—凝结水比焓kJ/kg 而在标准 GB/T183622001直燃型溴化锂 吸收式冷(温)水机中制冷时性能系数亦按式 计算 在具有绝热措施时对直燃型溴化锂吸收式 冷温水机加热源耗热量按下式计算 燃气 Qi=Wgqg/3600………………………(3) 式中 Wg —燃气流量 m3/h qg —燃气热值 kJ/m3 燃油 Qi=Woqo/3600………………………(4) 式中Wo —燃油流量kg/hqo —燃油热值 kJ/kg 可见在计算加热源耗热量时蒸汽型溴化 锂吸收式冷水机组计算的是加入机组的净加热 量即进机组加热蒸汽的比焓与出机组蒸汽凝水 的比焓差而直燃型溴化锂吸收式冷热水机 计算的是加入机组的燃料气或油的总有效发 热量其中除加入机组的净加热量外还包括排 出机组的烟气排热量显然二者比较的基点并不 一致 2 . 2 锅炉效率与热利用效率 在直燃型机组中高压发生器即相当于溶液锅 炉 高压发生器的热效率即为溶液锅炉的热效率 加入高压发生器的有效利用热量为加入机组燃料 气或油 的总有效发热量与锅炉热效率的乘积 因而以加入机组燃料气或油的总有效发热量 为基准是完全必要的但对蒸汽型机组而言与 燃料对应的加热源则是加热蒸汽加热蒸汽的总 有效发热量是加热蒸汽的比焓与环境温度下蒸汽 凝水的比焓差可见同样存在热利用效率在蒸 汽机组中也可看成是加热蒸汽的总有效发热量与 热利用效率的乘积该效率的大小取决于凝水出 口温度的高低 2 . 3 有效利用排热提高性能系数 在直燃型溴化锂吸收式冷热水机中充 分利用烟气的排热降低排烟气温度提高锅炉 效率无疑是提高机组性能系数的途径排烟气 温度每下降 20锅炉效率即可升高而在 蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组中充分利用蒸汽 凝水的排热虽可降低机组的加热蒸汽单耗但根 据上述的计算公式随着凝水热量的利用 加入机组的净加热量也增加机组性能系数反下 降因此在蒸汽型机组中衡量机组的性能指标 就不能单看性能系数 更主要的是加热源 蒸汽 的单耗 因为此指标与用户的经济效益直接挂钩 加热源的单耗降低就意味着加热源量降低和能 耗降低运转费用随之降低此种矛盾长期在蒸 汽型机组中存在以致不能完全用性能系数来评 价机组的性能指标 3 统一直燃型与蒸汽型溴化锂吸收 式冷热水机性能系数的设想 如上所述现行标准计算性能系数 COP 时 对直燃型与蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机采 用的热源耗量计算方法是有差异的造成了蒸汽 型机组性能系数 COP 高 蒸汽单耗亦高 笔者进 行了计算 以加热蒸汽压力 0.8 MPa(表)的饱和蒸 汽为加热源在冷却水进口温度 32 冷水出 口温度 7 浓度差 5.5 %为前提若不采用凝 水换热器即加热蒸汽出机组的凝水温度 174.5 此时 COP1.39 蒸汽单耗 3.54 kg/万 J (14.8 kg/ 万 kcal)而采用了凝水换热器凝水出机组的温 度降至 90 此时 COP1.32 蒸汽单耗 3.15 kg/ 万 J (13.2kg/万 kcal) 显然 后者具有较高的经济 性为用户节省了运转费用是各制冷机生产厂 家采用的方案 但其 COP 较低 性能系数与蒸汽 单耗的矛盾是不言而喻的 为何在蒸汽型机组中性能系数与加热源蒸 汽单耗不能统一可从下式说明若不考虑机组 中的耗电功率在具有绝热措施时加热源耗热 量也可按下式计算 Qi=Qr+Qt……………………………(5) 式中Qr 为加热蒸汽潜热变化时放出的热量 Qt 为蒸汽凝水显热变化时放出的热量 显然两种热量的品质是不一样的Qr 可视 为高品质热量, 而 Qt 为低品质热量 二者加在一 起作为比较的变量直燃型机组中当燃料流量一 定时此值为定量是欠妥当的 特别是 目前为提高空调制冷用设备的节能 已对房间空调器与风冷和水冷冷水机组制定了能 效分等标准其能效等级的考核标准是以性能系 数 COP(W/W)为基础分类的现水冷式冷水机组 中电动压缩式空调制冷设备包括活塞式涡 旋式螺杆式离心式均已制定了能效等级 而溴化锂吸收式冷热水机组的能效等级亦将 制定为此统一直燃型与蒸汽型溴化锂吸收式 冷 热 水机的性能系数计算方法是必要的前提 过去曾认为蒸汽型的凝水热量可由锅炉回 收不致产生浪费但实际的情况是回收凝水的 机组并不多回收凝水用热水泵的功耗较高若 锅炉与机房相距较远则更不合算 即使回收凝水 凝水温度也宜低于 90 因此建议 在计算蒸汽型机组 COP 时 其加热源的总 热量与计算直燃型机组 COP 时加热源的总热量 相同定义为 Qi=(1/3600)W(hs1—hs3) 式中hs3 为 90凝水温度的比焓kJ/kg其余 同前 这样 不管蒸汽机组中是否加有凝水换热器 或加有多大的凝水换热器该加热源的总热量 对于一定品质压力的加热蒸汽(hs1-hs3)是不 变的这就避免了蒸汽型机组中不采用凝水换热 器性能系数反上升的矛盾 从理论上分析hs3 应为环境温度下凝水 的比焓环境温度一般在 40 左右 本文采用 90 温度的原因 一是因为现在大多数制冷机生 产厂家生产的蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的凝 水排出温度均在 90 左右二是因为即使凝水 回锅炉循环使用,其凝水温度以低于 90 为宜 4 小结 在蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组中一直 存在性能系数与蒸汽单耗不能统一的矛盾即机 组不利用蒸汽凝水的性能系数高 但蒸汽单耗大 运转费用增加利用蒸汽凝水机组的蒸汽单耗 减小运转费用降低但性能系数也降低因此 长期以来在蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组中比 较习惯于以加热蒸汽的单耗来评价机组能耗的高 低而避免采用性能系数 COP 但在即将制订的 溴化锂吸收式冷水机组的能效等级标准中均以 性能系数 COP 作为衡量能效等级的指标因此, 求得性能系数 COP 与蒸汽单耗的统一是必要的 本文分析了产生这种矛盾的原因主要在于计算 其性能系数 COP 中的加热量时 采用的计算方法 直燃型与蒸汽型有差异而致 ( 2 ) 本文提出了统一直燃型与蒸汽型溴化锂吸收 式冷(热)水机计算性能系数 COP 的设想在国内 外现行标准中计算直燃型溴化锂吸收式冷热水 机性能系数 COP 时 加入机组的热量采用了热源 燃料的总发热值即包括被机组有效利用的 热量与未被机组利用的热量而在计算蒸汽型溴 化锂吸收式冷水机组性能系数 COP 时 加入机组 的热量采用了热源蒸汽的有效加热量不包 括未被机组利用排出机组的热量因而二者有 一定的差异 本文的设想是计算蒸汽型溴化锂吸收式冷水 机组性能系数时 加入机组的热量亦采用热源 蒸 汽的总发热值即为加热蒸汽的潜热量与加热 蒸汽凝水冷却至环境温度的显热量之和为与现 行生产厂家的产品保持一致可考虑总发热量为 加热蒸汽的潜热量与凝水冷却至 90温度的显 热量之和 。