溴化鋰吸收式制冷機(jī)的原理及應(yīng)用

1、收稿日期:1996年10月10日修回日期:1997年3月15日溴化鋰吸收式制冷機(jī)的原理及應(yīng)用楊東進(jìn)(萊蕪鋼鐵總廠(chǎng)第二煉鐵廠(chǎng)摘要溴化鋰吸收式制冷機(jī)循環(huán)與卡諾制冷機(jī)循環(huán)相同,其主機(jī)耗電量小,主要消耗低品位熱能。在冶金行業(yè)應(yīng)用時(shí),可充分利用余熱資源,其中100m 3級(jí)高爐的汽化冷卻余熱可滿(mǎn)足410×106kJ h 的制冷機(jī)使用,節(jié)能效果顯著。關(guān)鍵詞溴化鋰,吸收式制冷機(jī),余熱The Pr i nc iple and Appl ica tion of L ith iu m Bro m ideAbsorb i ng Type Refr igera torYang Dongjin(N o .1Ir

2、on W o rk s of L ai w u Iron and Steel GeneralW o rk s Abstract T he cycle of lith ium brom ide abso rbing type refrigerato r is si m ilar w ith the cycle of Carno t re 2frigerato r and its m ain m ach ine has s m all pow er consump ti on and its consump ti on m ainly is low quality heat energy .T h

3、 is refrigerato r can be full used of rem aining heat resource p roduced in the m etallurgical in 2dustry ,the rem aining heat resource of gasificati on coo ling of 100m 3blast furnace can m eet the needs of 4.0×106kJ h refrigerato r and it has good result .Keywords lith ium brom ide ,abso rbin

4、g type refrigerato r ,rem aining heat溴化鋰吸收式制冷機(jī)的主要能耗為低品位熱能(00.4M Pa 的蒸汽或大于65的熱水,在有大量余熱資源可供利用的冶金行業(yè),其節(jié)能效果十分顯著。萊蕪鋼鐵總廠(chǎng)第一鐵廠(chǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)萊鋼一鐵于1994年安裝投運(yùn)了一臺(tái)溴化鋰吸收式制冷機(jī),使用效果良好。1吸收式制冷機(jī)的工作原理111蒸汽壓縮式制冷機(jī)的工作原理圖1為蒸汽壓縮式制冷機(jī)的理論循環(huán),制冷工質(zhì)在1處為干蒸汽,進(jìn)入壓縮機(jī)A 壓縮后壓力升高,然后通過(guò)冷卻器B 冷凝為液態(tài),再通過(guò)節(jié)流器C 節(jié)流膨脹,在蒸發(fā)器D 中吸收制冷對(duì)象的熱量后蒸發(fā)為干蒸汽回到1處完成制冷循環(huán)。在一個(gè)循環(huán)中,制冷工質(zhì)經(jīng)

5、歷壓縮、放熱、膨脹、吸熱四個(gè)熱力過(guò)程。大多數(shù)冰箱、小型空調(diào)以及部分冷庫(kù)、中央空調(diào)中采用該制冷循環(huán)。112吸收式制冷機(jī)的制冷原理吸收式制冷,就是利用制冷工質(zhì)在較低溫度下被吸收劑吸收形成二元溶液,加熱升溫后制冷工質(zhì)又從溶液中逸出的特性,通過(guò)對(duì)溶液加熱來(lái)完成制冷工質(zhì)的壓縮過(guò)程。其特點(diǎn)是液體壓縮(液泵代替氣體壓縮,因而大大節(jié)省機(jī)械能(按可逆過(guò)程考慮,單位質(zhì)量流體流過(guò)熱工設(shè)備第19卷第6期1997年12月山東冶金Shandong YejinV o l 119,NO 16D ecem ber 1997 圖1蒸汽壓縮式制冷機(jī)理論循環(huán)圖2蒸汽壓縮式制冷機(jī)的溫熵圖時(shí)所消耗的軸功是vdp ,在遠(yuǎn)離臨界點(diǎn)情況下,液

6、體比容遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣體比容,所以液泵所需要的軸功遠(yuǎn)小于氣體壓縮機(jī)所需的軸功。目前原動(dòng)機(jī)都為電動(dòng)機(jī),節(jié)省機(jī)械能即節(jié)省電能。而其代價(jià)是消耗低品位熱能,吸收式制冷機(jī)的理論循環(huán)見(jiàn)圖3,其溫熵圖與圖2相同。以水為制冷工質(zhì),用溴化鋰的濃溶液作吸收劑,稱(chēng)為溴化鋰吸收式制冷機(jī),適用于大型中央空調(diào)等制冷工程。作為空調(diào)用制冷,一般要求蒸發(fā)溫度低于1015,而水在一個(gè)大氣壓下的蒸發(fā)溫度為100,所以應(yīng)使制冷機(jī)內(nèi)保持一定的真空度。從飽和水蒸汽表中查得,蒸發(fā)溫度為14時(shí),絕對(duì)壓力為159714Pa ;蒸發(fā)溫度為10時(shí),絕對(duì)壓力為122711Pa 。因?yàn)橹评涔べ|(zhì)為水,所以蒸發(fā)溫度不可能低于0,即無(wú)法制取低于0的低溫。如圖3所

7、示,制冷工質(zhì)循環(huán)過(guò)程從1處開(kāi)始為水蒸汽,進(jìn)入吸收器A 1后被溴化鋰濃溶液吸收,變成稀溶液,被液泵升壓后進(jìn)入發(fā)生器A 2,在發(fā)生器中被熱源加熱后水蒸汽從稀溶液中逸出到達(dá)2處進(jìn)入冷凝器B ,被冷卻水冷卻后冷凝成液態(tài)水到達(dá)3,通過(guò)節(jié)流器C 節(jié)流降壓后到達(dá)4處,為低溫冷劑水,然后進(jìn)入蒸發(fā)器D 吸收冷媒水帶來(lái)的熱量后蒸發(fā)成為蒸汽到達(dá)1處完成制冷循環(huán)。吸收劑循環(huán)過(guò)程為,吸收器A 1中溴化鋰濃溶液吸收來(lái)自蒸發(fā)器D 的水蒸汽變成稀溶液,經(jīng)液泵升壓后進(jìn)入發(fā)生器A 2,在發(fā)生器中接受熱源的加熱,逸出水蒸汽變成濃溶液,濃溶液經(jīng)節(jié)流降壓后進(jìn)入吸收器,經(jīng)過(guò)冷卻水降溫后吸收來(lái)自蒸發(fā)器的水蒸汽變成稀溶液完成工作循環(huán)。對(duì)于熱

8、水型溴化鋰吸收式制冷機(jī),當(dāng)熱水溫度高于90時(shí),采用上述循環(huán)結(jié)構(gòu)就可達(dá)到較好的性能指標(biāo),當(dāng)熱水溫度6580時(shí)需要采取雙級(jí)吸收才能滿(mǎn)足實(shí)用要求。2能耗分析及節(jié)電效果對(duì)于壓縮式制冷機(jī)的經(jīng)濟(jì)性用制冷系數(shù)衡量:=Q 2 (1式中Q 2制冷量;消耗功,一般等于耗電量。對(duì)于吸收式制冷機(jī),因其耗電量非常小(同等條件下約為壓縮式制冷機(jī)的5左右,而耗熱量卻很大,所以其制冷經(jīng)濟(jì)性用熱制冷系數(shù)衡量:=Q 2 Q(2式中Q 2制冷量;Q 耗熱量。由卡諾定理可知,同一制冷循環(huán)的制冷量及制冷系數(shù)取決于蒸發(fā)溫度T 1和冷凝溫度T 2,這個(gè)結(jié)論對(duì)于任何一種制冷方式都適用。這樣,比較各種制冷機(jī)的制冷效果應(yīng)在同一工況下進(jìn)行。冷凝溫

9、度為35,蒸發(fā)溫度為10時(shí),制冷量2110×106kJ h 的蒸汽壓縮式制冷和溴化鋰1997年12月山東冶金吸收式制冷的參數(shù)見(jiàn)表。蒸汽壓縮式制冷和溴化鋰吸收式制冷的參數(shù)對(duì)比項(xiàng)目蒸汽壓縮式制冷溴化鋰吸收式制冷主機(jī)耗電量,k W 905耗熱量,kJ h02110×106冷卻水循環(huán)量,m 3 h (進(jìn)口32,出口3880155冷卻泵耗電量,k W(按最近設(shè)置冷卻塔計(jì)算71515總能耗,kJh 3151×1052182×106從表中可以看出,盡管溴化鋰吸收式制冷機(jī)的總能耗遠(yuǎn)大于蒸汽壓縮式制冷機(jī),但其耗電量遠(yuǎn)小于蒸汽壓縮式制冷機(jī),代價(jià)是需要消耗大量低品位熱能。對(duì)于

10、集中空調(diào)用制冷,還需將冷量輸送出去,需設(shè)置冷媒水循環(huán)水泵。供熱系統(tǒng)也需要設(shè)置水泵,所以作為整個(gè)系統(tǒng)的耗電量往往遠(yuǎn)大于制冷機(jī)主機(jī)的耗電量?，F(xiàn)有的溴化鋰吸收式制冷機(jī)產(chǎn)品有直燃型、蒸汽型、熱水型。在有符合條件的余熱資源的地方,可利用0014M Pa 壓力的蒸汽和大于65的熱水,安裝蒸汽型或熱水型機(jī)組制冷,這樣相對(duì)于蒸汽壓縮式制冷機(jī)組每年可節(jié)電(按120d 供冷計(jì)算:(9715-20×120×24=223200(k W h ;節(jié)省電費(fèi):223200×0.5=111600(元另外,溴化鋰吸收式制冷機(jī)故障率低,維修工作量小,介質(zhì)無(wú)毒,不污染環(huán)境。3系統(tǒng)配置直燃型機(jī)組將熱源和制

11、冷機(jī)實(shí)現(xiàn)了一體化,結(jié)構(gòu)緊湊。并可提供冷水、熱水,實(shí)現(xiàn)冬夏兩用,但需燃油或燃?xì)?。利用高爐冷卻系統(tǒng)余熱的熱水型機(jī)組的配置見(jiàn)圖4。圖中熱源為高爐爐體或熱風(fēng)閥汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱,利用形式為熱水。不進(jìn)行余熱利用時(shí),熱量由水在冷卻壁中汽化產(chǎn)生的蒸汽帶走。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行余熱利用時(shí),由于高爐冷卻設(shè)備進(jìn)口水溫降低,熱源系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽量將減少,相應(yīng)減少了軟化水的消耗量,同時(shí)還增強(qiáng)了冷卻效果。其節(jié)水量計(jì)算為:V =Q r (3式中V 節(jié)水量,kg h ;Q 制冷機(jī)消耗的熱量,kJ h ;r 汽化冷卻系統(tǒng)工作壓力下的汽化潛熱,kJ kg 。該系統(tǒng)還可在冬季直接利用汽化冷卻系統(tǒng)的余熱進(jìn)行供熱 。圖3吸收式制冷機(jī)的理

12、論循環(huán)圖4利用高爐冷卻系統(tǒng)余熱的熱水型機(jī)組(下轉(zhuǎn)第58頁(yè)楊東進(jìn)溴化鋰吸收式制冷機(jī)的原理及應(yīng)用1997年12月山東冶金表6新工藝爐渣成分堿度%鋼種T Fe Si O2M nO P2O5S CaO M gO A l2O3C r2O3R s(1 45鋼氧化末期13140211402114001430117321409148515211531151還原中期31602211001450104011474519011190911001302108 40C r氧化末期9150191003105013801374015011120514801282113還原初期315820110012501040110105

13、215071902161還原中期3138191500115010302114501408148鋼包中31502014001170103011485217071322158注:R s=CaO Si O231215合金回收率提高從表5看,合金熔點(diǎn)高的、與氧親和力弱的,回收率高,相反則逐漸次之。數(shù)據(jù)主要來(lái)源于冶煉的40C r、35C r M o。在鋼水量、鉻鐵成分、加入量相同條件下,新工藝煉的含鉻鋼中鉻成分可達(dá)11091%,原工藝僅達(dá)0193%,鉻提高0116%。原工藝噸鋼加鉻量1618kg,新工藝僅需加入1413kg,得到的成分相當(dāng),噸鋼可降低215kg鉻鐵。31216爐齡在AD粉試煉中,對(duì)爐齡是

14、按整爐役試驗(yàn)的,新、老工藝比較提高16爐。證明應(yīng)用AD粉煉鋼,噸鋼加入215kg量,螢石減少,爐渣堿度高且穩(wěn)定、持久,有提高爐齡的趨勢(shì)。31217改善勞動(dòng)條件應(yīng)用AD粉煉鋼,是拉渣后向裸露鋼液面上加入,后加入石灰量減少,不加螢石,不攪拌,直接加入錳、鉻、硅鐵等,不需攪拌。31218質(zhì)量影響采用AD粉后,鋼中酸溶鋁含量增加,因此鋼材質(zhì)量應(yīng)當(dāng)提高。但本試驗(yàn)未做機(jī)械性能、低倍組織等測(cè)試。另外,AD粉中含N,但噸鋼加入量較少,則增N量微不足道。建議冶煉高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼有特殊要求時(shí)適當(dāng)考慮。4結(jié)語(yǔ)按照新、老兩工藝電耗,材料消耗等的比較,采用AD粉后噸鋼冶煉成本可節(jié)約47101元,按萊鋼年產(chǎn)7萬(wàn)t計(jì),則年直接效益約為329萬(wàn)元。萊鋼應(yīng)用AD粉的實(shí)踐證明,在電爐還原期采用AD粉煉鋼,具有明顯的化渣提溫效果,可促進(jìn)脫氧脫硫反應(yīng)的進(jìn)行,縮短還原期時(shí)間,改善爐渣流動(dòng)性,提高爐體壽命,并降低電耗、材料消耗、工人勞動(dòng)強(qiáng)度等。因此,采用AD粉進(jìn)行電爐煉鋼可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和冶金效果,極具推廣價(jià)值。(上接第43頁(yè)4應(yīng)用前景在冶金企業(yè)中,有大量余熱資源可供利用。一座100m3高爐的爐體冷卻壁和熱