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• 本文标题：210kW溴化锂吸收式制冷系统设计.doc
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• 内容摘要：210kW溴化锂吸收式制冷系统设计 学院， 专业， 姓名， 指导老师， 工业自动化学院 能源与动力工程 学号， 职称， 160407103309 宋侃 高级工程师 中国珠海 二二年五月诚信承诺书 本人郑重承诺， 本人签名，______________ 日期，年月日210kW溴化锂吸收式制冷系统设计 摘要 随着国家经济的不断发展，工业生产和生活消费带来的环境污染越来越严重，人们也逐渐意识到环境破坏带来的影响是十分恶劣的，要保护环境的意识也逐渐增强，大家都在寻找可以替代以往对环境不利的物质材料的新型材料和方法。例如人们在制冷方面积极的寻求取代CFC制冷剂的对策，而在替代使用CFC制冷剂的电动式制冷机组方案中，溴化锂吸收式制冷机组并不需要CFC制冷剂，以其可利用各种余热废热耗电少运行时无噪音维护操作方便对大气臭氧层无破坏等的优势，逐渐成为制冷方面的主流发展方向，减少甚至替代CFC制冷机组的生产利用。由此看，研究溴化锂吸收式制冷系统具有重大意义，且溴化锂吸收式制冷有广阔的发展前景。本文主要根据课内所学内容和课程设计操作为基础，以溴化锂吸收式制冷系统的工作原理和特点为依据，设计制冷量为210kW的溴化锂吸收式制冷系统，主要设计步骤有热力计算各个设备的热负荷计算和设计传热计算等，最后根据溴化锂吸收式制冷的优缺点进行分析，得出其具体的节能措施和主要用途。 关键词，溴化锂，吸收式，制冷，设计 Designof210kWlithiumbromideabsorptionrefrigerationsystem Abstract Theawarenessofprotectingtheenvironmenthasgraduallyincreasedpeoplearelookingfoewmaterialsandmethodsthatcanreplacethematerialsthathavebeenharmfultotheenvironment。ForexamplepeopleactivelyseektoreplaceCFCrefrigerantsintherefrigerationfieldandinthealteativestoCFCelectricchillelithiumbromideabsorptionchilledonotneedCFCrefrigerantswithitsadvantagesofutilizingvariouswasteheatlowpowercoumptionnonoiseduringoperationconvenientmaintenanceandoperationandnodamagetotheozonelayerintheatmosphereithasgraduallybecomethemaitreamdevelopmentdirectioninrefrigerationreduceorevenreplacetheproductionandutilizationofCFCrefrigerationunits。ThereforetheresearchonLiBrabsorptionrefrigerationsystemisofgreatsignificanceandLiBrabsorptionrefrigerationhasabroaddevelopmentprospect。Basedonthecouecontentsandcouedesignoperationthispaperdesiga210kWLiBrabsorptionrefrigeratingsystemwitharefrigeratingcapacityof210kWaccordingtotheworkingprincipleandcharacteristicsofLiBrabsorptionrefrigeratingsystemthemaindesignstepsarethermalcalculationheatloadcalculationanddesignofeachequipmentheattrafercalculationetc。FinallyaccordingtotheadvantagesanddisadvantagesofLiBrabsorptionrefrigerationthespecificenergysavingmeasuresandmainusesareanalyzed。 Keywords:LithiumbromideAbsorptionRefrigerationdesign。  目录 1引言 1 1。1换热器设计的目的及意义 1 1。2国内外溴化锂吸收式制冷的发展概况 1 1。3溴化锂制冷系统的设计步骤和方法 2 1。3。1设计步骤 2 1。3。2设计过程 3 1。4溴化锂吸收式制冷的优缺点 3 2溴化锂制冷系统的设计及计算过程 4 2。1吸收式制冷系统介绍及工作原理 4 2。1。1吸收式制冷机组的分类 4 2。1。2溴化锂吸收式制冷系统的工作原理 5 2。2制冷系统设计过程 6 2。2。1热力计算 6 2。2。2循环各点的参数值 8 2。2。3设备热负荷计算 1 2。2。4装置的热平衡性能系数及热力完善度 2 2。2。5工作蒸汽的消耗量和各类泵的流量计算 2 2。3结构计算 4 2。3。1冷凝器的设计 4 2。3。2蒸发器的设计 6 2。3。3吸收器的设计 7 2。3。4溶液热交换器的设计 8 2。3。5发生器的选取 12 2。3。6其他元件的选取 12 3制冷系统的性能分析和传热效率的提高方法 14 3。1相关分析 14 3。1。1性能影响因素分析 14 3。1。2效率分析 16 3。1。3污染分析 16 3。2提高换热器的传热效率的方法 16 4结论 18 参考文献 19 致谢 20 附录文献翻译 21 1引言 随着制冷技术的不断发展与探索人们发现，在以往的各种不同的制冷剂中，像CFCHFCHCFC制冷剂对大气臭氧层或温室效应会有一定的影响，对人类生活的环境有破坏作用，不利于人类生活的长久发展。总的来说，以往大多数常用的制冷剂如果长期使用，对我们生活的环境和气候是十分不利的，积极寻求替代含有氟氯烃化合物制冷剂的方案刻不容缓。而溴化锂吸收式制冷以其对臭氧层无破坏和省电的优点，成为替代方案中公认的发展方向。 1。1换热器设计的目的及意义 氟氯烃化合物在最开始作为制冷剂的时候它的制冷效果理想能满足人们生活和工业工艺生产所需的冷量需求，但随着专家对它的深入探究，它的问题也开始呈现在人们眼前，人们通过研究发现CFC它对于大气臭氧层有破坏作用，还有可能导致温室效应加剧全球变暖，其危害之大不容忽视。因此人们开始寻找能够替代CFC的制冷剂和别的更环保对环境友好的制冷方案。特别是在蒙特利尔议定书签订后，国际上开始禁用含有氟氯烃化合物的制冷剂，想要继续使用电动压缩式制冷机组，寻找代用工质变得十分迫切。 而除了开发研究别的对环保的大气臭氧层无破坏的制冷剂外，因为溴化锂吸收式制冷机组的产物对大气臭氧层无破坏作用，驱动能源为热能，可以缓解工业生产发展导致的用电紧张等的优点，且国际上对含氟氯烃破坏大气臭氧层的制冷剂的限制而导致电动压缩式制冷机也越来越少使用，人们对不含氟氯烃化合物的溴化锂吸收式制冷机的发展也越来越重视。在此次设计过程论述中，我也进一步了解到溴化锂吸收式制冷机组的发展和前景，在论述中除了设计步骤外，也会对溴化锂吸收式制冷系统的性能进行相应的分析。 1。2国内外溴化锂吸收式制冷的发展概况 吸收式制冷技术如今能够迅速发展，主要是与现在能源的紧缺和环境问题的出现有关，因为能源和环境这两个方面是推动如今经济和技术发展的基础。在最开始溴化锂吸收式制冷机的发展历程中，法国在1860年便制作出世界上第一台吸收式制冷机，其制冷剂为氨，可以制取0以下的低温。 世界上第一台吸收式制冷机是氨吸收式制冷机，但它并不适用于人们的日常生活中，因为它的体积比较庞大，相对来说溴化锂吸收式制冷机组更适合使用在人们的日常生活中。世界上第一台溴化锂吸收式制冷机是出自美国，其以燃气为热源用以驱动，是由美国Carrier公司所生产出来的。而除了Carrier公司外在吸收式制冷技术方面有优秀成绩外，美国别的公司人员也不甘示弱，紧接着研制出一台双效溴化锂吸收式制冷机。由此可见在溴化锂吸收式制冷技术的研制方面美国的起步虽不及法国早，但相对来说也是比较早的，但因为美国的电费比较便宜，相对于要花钱更换空调机组使用溴化锂吸收式制冷机组，他们更喜欢用直接用电源驱动的简便快捷的传统的电动压缩式制冷机，因此美国溴化锂吸收式制冷技术总的发展并不快。 但对溴化锂吸收式制冷技术的发展速度方面而言，日本才是发展最快的。一开始他们的技术是从美国那引进的，他们的起步没有美国早，但起步后的发展相对于美国来说是非常迅速的。相对于美国早在1930年便有燃气空调机售卖而言，日本第一台吸收式制冷机是在1959年才生产出来的，起步晚了很多。但在该机组生产研制成功后他们对吸收制冷技术不断展开研究和试验，后面他们在这项技术上取得的成果也非常优秀。像他们只比美国在1961年生产的双效溴化锂吸收式制冷机晚了3年，便生产出了以蒸汽为驱动热源的溴化锂机组，还是双效型的，以燃气直燃为驱动热源的吸收式制冷机则在1968年生产出来，而日本第一台吸收式热泵机组也在1971年成功研制出来等，发展十分迅速，现在日本的产品也反过来向美国输出。 而在我国，改革开放以来，工业生产的不断发展导致人们在用电高峰期出现用电紧张现象，而以热能作为驱动能源的溴化锂吸收式制冷技术也开始在国内飞速发展和应用。特别是在经历1973年的中东石油危机后，国家越来越重视能源的利用问题，而溴化锂吸收式制冷以其可以利用废热余热等低品位热能的优点，在国内得到了进一步的发展研和究，在研制国内第一台单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组成功后他们并没有懈怠，对不同类型机组的研制和设计制造方面进做了大量工作，也在不断地对溴化锂水溶液的物性腐蚀和传热等进行基础性研究。相对来说，国内研制溴化锂吸收式制冷机组的历史不短，但发展并不快，直到80年代末，随着蒙特利尔议定书的签订和改革开放的趋势才得到迅速的发展，其研究也有一部分原因是为了缓解工业发展带来的用电紧张问题，与国外先进水平相比还有一定差距。 虽然溴化锂吸收式制冷存在许多优点，但它也有不少缺点，如一次性能源浪费大热力系数低综合能耗高等，可知这个设备省电却并不节能，这会成为限制它的发展的主要原因。 1。3溴化锂制冷系统的设计步骤和方法 1。3。1设计步骤 溴化锂吸收式制冷机组相对于传统的压缩式制冷机组而言，传统的压缩式制冷机组需要用压缩机提供动力来维持制冷循环运转，而溴化锂吸收式制冷机组不需要压缩机提供动力，它的驱动能源为热能其具体步骤如下: 根据已知的参数和需求选定设计参数求出对应状态点的部分状态参数根据LiBrH2O溶液的hω图查出该状态点剩余对应的状态参数或根据以算得的数据计算未知的参数从而可以在hω图中标画出循环图，再以其为基础，通过热平衡质平衡和溴化锂平衡三个方面的计算判断最开始选取的设计参数是否合理。确认合理后设计计算出各个循环状态点的物性参数值，根据相关的公式求出与设计冷量对应的溶液循环量冷剂循环量以及各个设备的热负荷，后根据所求的结果，计算出加冷剂水热蒸汽和溴化锂水溶液的通路面积泵的流量等数据，而后根据换热量及各个计算数据确定各个换热设备所需的传热面积，最后再设计选定出换热器的结构和尺寸。 1。3。2设计过程 主要计算内容有， 1 根据给定条件计算各个状态点的状态参数 2 根据状态点对应的状态参数计算溶液热交换器冷凝器吸收器发生器和蒸发器的热负荷 3 根据所求的设备热负荷计算系统的热平衡性能系数以及热力完善度 4 根据对应热负荷和状态参数计算各类泵的流量和加热蒸汽的消耗量 5 计算各个换热设备的传热面积 6 对各个换热设备进行结构计算 1。4溴化锂吸收式制冷的优缺点 溴化锂吸收式制冷相对于CFC制冷有许多优点，主要在环保节能方面，如， ，1，它作为氟氯烃化合物制冷的替代技术，可以避免使用CFC，且其本身对人体环境无害，对保护环境有一定的帮助， ，2，溴化锂吸收式制冷技术以热能为动力，运作时所需电功率小，比起利用电能驱动的压缩式制冷能明显节约电耗，具有省电效应，可以缓解用电紧张的局面， ，3，其驱动能源可以是低品位热能，如工业生产的余热废热排热等，可以实现能源的阶梯利用，提高能源利用率，节约能耗， ，4，溴化锂吸收式制冷技术相对于传统的压缩式制冷技术，整个机组除了各类泵外没有其他的运动部件，运作比较安静，且没有高压爆炸危险，比较安全可靠，因为其在真空状态下运行的， ，5，制冷量可以进行无级调节，而且溶液循环量也可跟着负荷的变化而做出相应改变，有良好的调节特性，其范围在20%~100%的负荷内。 虽然溴化锂吸收式制冷有着许多优点，但它也有一些不容忽视的缺点，主要有， ，1，它以水作为制冷剂，其蒸发压力低，蒸汽的比体积较大，且只能制取0以上的冷水， ，2，有较强的腐蚀性，在对机组各个设备的材料进行选择时要慎重，可能会影响机组的性能和寿命，增加设备的制作成本， ，3，不凝性气体对机组的性能影响很大，漏入微量的气体也会对机组的性能产生严重影响，因此设备的制造要求严格。 总的来说，溴化锂吸收式制冷机组在作为空调设备方面还是很有发展前景的，它可以制取0以上的冷水，可以满足人们在日常生活中对冷量的需求，对人体环境无害，其驱动能源是热能，在工业生产中可以有效利用工业生产所产生的废热，电动部件很少，相对于传统的空调设备有省电效果，可以在夏季用电高峰时期缓解用电紧张，只是设备制作方面要求比较严格，在如今大家环保意识日渐增强的时代，人们对环境问题越来越重视，其发展前景还是非常广阔的。 2溴化锂制冷系统的设计及计算过程 在经济不断的发展中，人们开始享受生活，想让自己的生活环境变得更为舒适，想在炎热的夏天可以置身于清凉舒适的环境中，也想在严寒的冬季感受到温和舒适的暖风，因此发展出如今的空调设备。而冷和热的概念是相对的，是与之相比较而言的，想要凉爽的室内环境，便把室内的温度降至低于周围的环境温度，即把热量从室内传到室外，但室外的温度要比室内的温度高，这种情况不会自然发生而需要人为去改变。想要实现这种效果，把温度相对较低的环境的热量转移到温度相对较高的环境中，需要有一个搬运热量的介质，以其作为冷源去吸收室内较低温度的热量，再通过管道运输把热量传到室外温度较高的空间进行换热把热量放出去，这便是制冷的意义，用人工的方法，通过冷源搬运热量，使某一物体或空间的温度低于环境温度，并保持在稳定的温度状态。 本设计便是设计一个满足210kW冷量需求的溴化锂吸收式制冷系统，结构比较简单，以溴化锂水溶液作为吸收剂，水作为制冷剂，制取0以上的冷水以满足其冷量需求。 2。1吸收式制冷系统介绍及工作原理 2。1。1吸收式制冷机组的分类 吸收式制冷机组可以根据机组以高温蒸汽驱动热水驱动或以太阳能驱动等不同的驱动来源进行分类，或者根据不同的条件需求，其循环形式的差别，可以划分为只供冷水而只有制冷循环的冷水机组，冷热两用的具有制冷制热循环的冷热水机组，和一种依靠驱动能源将低势热能转变为高势热能的热泵循环型。而我所设计的210kW溴化锂吸收式制冷系统由于给定的驱动热源为热蒸汽，属于蒸汽制冷循环型。 根据其制冷剂的不同吸收式制冷机组也可以分为不同的类型，不同的制冷剂也会有不同的制冷效果。制冷剂的不同，制冷剂的沸点也不一样，也会对机组的工作范围会有所影响。像氨水吸收式制冷系统以氨作为制冷剂可以制取0以下的低温，而溴化锂吸收式制冷系统以水做制冷剂则会在0以下结冰，因此溴化锂机组不能制取0以下的低温。但氨需要有刺激性气味，安装精馏设备，体积庞大，热效率较低，不太适用于生活中的空调设备，一般多用于工业工艺过程。因此我设计的是冷量需求为210kW的溴化锂吸收式制冷系统，用于人们的日常生活中。 2。1。2溴化锂吸收式制冷系统的工作原理 溴化锂制冷系统所能制取的最低温度不能在0以下，因为溴化锂吸收式制冷系统以溴化锂水溶液作为吸收剂，水作为制冷剂。其具体的制冷原理为，热能为驱动能源，加热发生器中的稀溶液使沸点低的水分蒸发，蒸发后的水蒸气在冷凝器中被冷却水冷却，而系统工作在低压真空环境下，在这种环境下蒸发器中经过节流后的过冷水会吸收流经蒸发器的冷媒水的热量作为气化潜热而蒸发，达到制冷效果，而在吸收器中的浓溶液，会吸收因为压差作用而不断从蒸发器中输送来的水蒸气，使吸收器内溶液的浓度不断降低，降低到一定浓度时通过溶液循环把稀溶液输送至发生器，使制冷剂在封闭的系统中不断循环。 其工作过程可分为两路看，一是溶液的循环过程，二是制冷剂水的循环过程，详细如下， ，1，溶液的循环过程， 溶液循环只发生在发生器溶液热交换器和吸收器中。在高温蒸汽加热发生器后，水分会在高温环境下吸收加热蒸汽的热量而蒸发成水蒸气而溴化锂分子还是保持溶液状态，因为水的沸点比溴化锂的沸点低得多，而剩余溶液的浓度会不断增大变成浓溶液，而浓溶液通过发生器底部的管道运输至吸收器过程中，会经过一个溶液热交换器在里面放出热量，而来自吸收器的稀溶液则在里面吸收热量，一般吸收器中的吸收剂是浓溶液与稀溶液混合而成的，这样虽然吸收剂的浓度会有所下降，但它的流量会增大，输送到吸收器上方在喷淋装置的作用下喷淋的量和面积也会增大，能更充分的吸收来自蒸发器的水蒸气，有利于提高吸收器的吸收能力，而吸收剂在吸收水分在后浓度会降低再形成稀溶液。稀溶液在泵的作用下输送到发生器被高温蒸汽所加热从而形成一个封闭的溶液循环系统，另稀溶液在被加热前也会在溶液热交换器中吸收部分来自浓溶液的热量。 ，2，制冷剂的循环过程， 其制冷过程主要包括蒸发过程冷凝过程发生过程节流过程和吸收过程。发生器中在高温蒸汽加热作用下产生的水蒸气为了保持发生器压力与冷凝器压力相同，会随着管道进入冷凝器，在冷凝器中放出热量冷凝成液体，冷凝所放出的热量则被冷却水带走，冷凝后的液态水在经过节流装置的节流降压后，会有一部分液体闪蒸，但绝大部分还是以液态形式降压后进入到蒸发器内上方的喷淋装置中喷淋而下，与冷媒水回水进行换热，液态水吸收冷媒水放出的热量作为汽化潜热而不断蒸发成水蒸汽，从而使冷媒水回水的温度降低，当温度达到系统设定的要求时，冷媒水便送往各个风口，而蒸发器中的水蒸汽则会在压差的作用下进入吸收器，被喷淋的中间溶液吸收形成稀溶液，而后通过溶液循环过程不断的发生，组成一个完整的制冷循环系统，达到稳定的制冷效果。 图1溴化锂吸收式制冷原理图 2。2制冷系统设计过程 2。2。1热力计算 表1系统设计的已知条件 设计所需制冷量Ф0 210kW 冷却水进口温度Tw0 32 冷却水出口温度Tw2 40 冷媒水进口温度Tx 12 冷媒水出口温度Tx 7 加热的工作蒸气的蒸汽温度Th 104。78 加热的工作蒸气的蒸汽压力Ph 0。12MPa，表， ，1，吸收器出口冷却水温度Tw1 br...
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