排烟热回收型直燃机循环研究

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1、排烟热回收型直燃机循环研究孙贺江由世俊涂光备摘要：在天然气气源充足的地区，直接使用天然气为动力的直燃式吸收式制冷机取代中央空调的电动制冷机是目前普遍使用的一种方式。本文介绍了带排烟热回收发生器的吸收式制冷循环的原理，并对这一新型循环进行了模拟计算。计算结果表明，在一定范围内，新循环的性能系数COP随着排烟热回收产生蒸汽比例α的增大而增大，燃料消耗量随α的增大而减小。新型循环排烟温度可降低到120℃左右，有利于保护环境；而且它的推广能够实现燃气的冬夏负荷平衡，逐步形成合理的能源结构，实现资源的可持续发展。关键词：排烟热回收COP节能直燃机1前言我国溴化锂吸收式制冷机的发展自20世纪60年

2、代研制成功以来，已经得到了快速发展。直燃型吸收式制冷以其工质对臭氧层无破坏，节电，利于平衡冬夏燃气峰谷等特点得到日益推广。特别是随着近来“西气东输”工程的进展，以及近些年来“拉闸限电”问题6日益严重，在解决能源需求、环境保护、负荷平衡这些矛盾上，在天然气气源充足的地区，直接使用天然气为动力的直燃式吸收式制冷机取代中央空调的电动制冷机是目前普遍使用的一种方式。直燃型溴化锂吸收式制冷机的研究热点集中在直燃机的新型循环研究，如三效机、四效机循环的研究[1]，吸收式热泵研究[2,3]；吸收器和发生器中的表面活性剂强化传热传质研究、缓蚀剂研究[4]；燃烧效率研究等。目前，各厂家生产的主流直燃机均

3、是双效溶液循环形式，按溶液流程分为串联和并联，其中串联分正串联和反串联两种，并联分低温热交换器前分流和低温热交换器后分流两种。直燃机高压发生器内的发生温度，达到160℃左右。实际运行时，烟气排放温度一般在190～200℃以上，这么高的排烟温度不仅浪费能源，对环境也造成热污染。如何充分利用洁净能源，提高能源有效利用率，减少对环境的污染值得深入研究。在此背景下，本文提出了一种新型循环，将排烟热回收发生器与吸收循环结合起来并将其用于直燃型吸收式制冷机。新型循环的研究对提高直燃机的性能系数、降低运行费用、节能环保都有重要意义。26带排烟热回收发生器的吸收循环原理利用排烟热回收的吸收式制冷系统（

4、以低温溶液热交换器后分流为例），如图1所示，在传统的双效吸收循环的基础上加了一个排烟热回收发生器，整个循环相当于一个双效循环加一个单效循环，其基本原理为：从吸收器②出来的稀溶液经过低温溶液热交换器⑦后分为三路，一路经过高温溶液热交换器⑥去向高压发生器⑤、另两路分别进入低压发生器④和排烟热回收发生器⑧。溶液在发生器内受热浓缩，高压发生器⑤产生的蒸汽进入低压发生器④作为低温热源，加热其中的溶液后进入冷凝器③冷凝，低压发生器④产生的蒸汽直接进入冷凝器③冷凝，第三路溶液进入排烟热回收发生器⑧进一步回收烟气中的热量，产生的蒸汽也进入冷凝器③。最后，三路浓缩后的溶液在低温溶液热交换器⑦前汇合后经热

5、交换器进入吸收器②吸收来自蒸发器①冷剂蒸汽被稀释后开始新一轮的循环。图1带排烟热回收发生器的吸收循环原理图3循环模拟根据质量平衡和能量平衡原理[4]及溴化锂溶液的物性方程，可进行热力计算，对循环的运行状态进行计算机模拟分析。模拟条件见表1。表1　设计工况6冷却水进出口（℃）冷冻水进出口（℃）蒸发温度（℃）冷凝温度（℃）32/37.512/7540.3整个循环的模拟分两个阶段进行，设总共产生冷剂蒸汽为D，排烟热回收发生器产生的冷剂蒸汽量为αD，双效侧循环中产生的冷剂蒸气为（1-α）D，系数α定义为由于热回收产生的蒸汽占整个循环冷剂蒸汽量的比例。在已知制冷量的条件下，先假定高压发生器和低压

6、发生器的放气范围Δξ1，Δξ2，再假定高压发生器在双效侧循环中产生的冷剂蒸汽比例y，以质量平衡和能量平衡为判据进行循环计算，直到满足精度要求。在此基础上，以排烟热为输入热量进行单效侧的模拟，用排烟温度最后决定α的大小。循环性能系数由下式确定：（1）其中Q0是循环制冷量，Qg是高压发生器负荷。根据以上步骤即可进行循环的模拟，求得不同α值时循环状态参数及性能系数。4计算结果分析表2给出了当α=0和α=1.5％时各部件热负荷及循环性能系数的计算结果。当α＝0时，所得各参数即为目前市场上主流直燃机产品循环状态的参数。根据计算结果，当α＝1.5％时，排烟温度从α＝0时的187.2℃降到122.1

7、℃，性能系数提高了0.05。表3　机组各部件负荷αQ0（kW）Qa（kW）Qg1（kW）Qg2（kW）Qg3（kW）Qh1（kW）Qh2（kW）Qk（kW）COP0.01163146689667503076205931.2971.5%1163142886365422.51834006021.346其中：Q0:蒸发器负荷；Qa：吸收器负荷；Qg1：高压发生器负荷；Qg2：低压发生器负荷；Qg3：排烟热回收发生器负荷；Qh1：高温溶液热交换器负荷；