小型直燃型吸收式機組的部分負荷運行

小型直燃型吸收式機組的部分負荷運行

直接燃料吸收裝置不采用cfc冷容量技術，以高熱值的燃料和氣體為電源，具有良好的隔熱性能，對環(huán)境無影響等優(yōu)點。隨著氣體資源的不斷開發(fā)，直接燃料吸收站具有廣闊的發(fā)展前景。在實際應用中，吸收站不總是滿負負荷。特別是在使用于空調系統(tǒng)的情況下，由于空調負荷隨季節(jié)和用戶需求而變化，系統(tǒng)通常會在部分負荷條件下運行。為確保裝置中的水溫和濕度基本上固定，當用戶終端負荷發(fā)生變化時，必須調整設備的運行條件。目前吸收式機組的部分負荷運行都采用能量調節(jié)的方法.Ogasawara對一蒸汽型的吸收式機組,進行加熱蒸汽量控制,使發(fā)生器的加熱量呈指數(shù)規(guī)律下降至穩(wěn)定值.Jeong對一太陽能驅動的熱水型機組,通過調節(jié)熱水流量來進行負荷調節(jié).JunSano等對一燃氣型機組的加熱量進行了正弦規(guī)律變化和階躍變化控制.他們都研究了系統(tǒng)的動態(tài)特性,但未能揭示動態(tài)過程中系統(tǒng)各部件間的相互耦合關系,以及部件中各種參數(shù)的變化規(guī)律.直燃型吸收式機組使用的加熱設備是燃燒器.在負荷變化時,應調節(jié)燃燒器的燃料耗量.在中型和大型機組中,一般配備有二級滑動式或比例調節(jié)式燃燒器,可進行燃料耗量的控制,因此機組可在25%～100%內進行能量調節(jié).而對于小型直燃型機組,燃燒器只帶有1個噴嘴,只能進行燃燒器間歇開?？刂?本文對一小型的直燃型溴化鋰吸收式機組,采用對燃燒器間歇開停控制的方式,控制燃燒器的點火和熄火,減少燃料耗量,實現(xiàn)部分負荷運行.1實驗系統(tǒng)運行工況和程序圖1所示為實驗裝置的系統(tǒng)簡圖.此系統(tǒng)為一雙效倒串聯(lián)溴化鋰直燃型機組.運用FLUKE數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),進行動態(tài)數(shù)據(jù)采集.溫度測量采用鉑電阻及熱電偶,壓力測量采用CPCA型電容式絕對壓力變送器,流量測量采用玻璃轉子流量計.由于溴化鋰吸收式機組有著易結晶的特性,故安全而經濟的運行是部分負荷運行的宗旨.在實驗過程中,先使系統(tǒng)在穩(wěn)定工況下運行.在計時3min后,輸入干擾信號,以20min為1周期,進行燃燒器間歇開?？刂?其中燃燒器熄火停機5min,點火運行15min,如圖2所示.當燃燒器燃油噴嘴穩(wěn)定工作時,燃油量穩(wěn)定.這種控制方式可實現(xiàn)約75%的能量調節(jié).實驗運行參數(shù):溶液循環(huán)量0.240m3/h,冷卻水流量9000kg/h,冷媒水流量4100kg/h,冷劑水噴淋量0.600m3/h.在穩(wěn)定運行過程中,燃油量2.500kg/h.2結果與分析2.1高壓發(fā)生器的特性圖3所示為高壓發(fā)生器的壓力隨時間的變化過程,圖4所示為高壓發(fā)生器的進出口溶液溫度變化過程.在穩(wěn)定運行時,高壓發(fā)生器的壓力約61.2kPa,溶液出口溫度約148°C.在過渡過程中,高壓發(fā)生器的壓力及溶液的出口溫度隨著機組的間歇運行發(fā)生周期變化.在3min后第1個干擾信號輸入,燃燒器熄火,高壓發(fā)生器的壓力迅速下降,時間延遲為零.壓力的最低谷值在39.5kPa.在壓力的下降過程中,又一個階躍信號輸入,燃燒器開始點火運行.無時間延遲,壓力就開始上升,但上升速率低于前述下降速率.在第一個運行周期結束時,機組達到的最高壓力峰值為56.8kPa,低于原穩(wěn)定工作值.存在于高壓發(fā)生器筒體中的大量溶液的熱容以及由此形成的熱慣性是形成壓力上升速率低于下降速率的原因.在穩(wěn)定工作時,高壓發(fā)生器中的溶液在高溫與高濃度狀態(tài)下工作,產生的蒸汽為相應平衡狀態(tài)下的高壓蒸汽.當熄火后無加熱量,蒸汽不再劇烈產生,但排向低壓發(fā)生器的蒸汽量仍持續(xù)較大,故筒體中的蒸汽量迅速減少導致壓力快速下降,且筒體中的溶液溫度與濃度也不斷降低,低于原穩(wěn)定工作值.當燃燒器再次開始運行時,只要當熱量輸入高壓發(fā)生器,即有蒸汽產生.但此時產生的蒸汽為相應較低溶液溫度和濃度平衡狀態(tài)下的低壓蒸汽,故筒體中壓力上升緩慢.只有隨著燃燒時間的延續(xù),整個筒體中溶液的溫度與濃度值均上升至原有的水平,壓力上升速度才能加快.故每個周期的壓力上升速度低于下降速度.高壓發(fā)生器溶液的溫度與濃度在周期變化中呈整體下降趨勢.從圖4中可發(fā)現(xiàn)在第1、2個周期中,峰、谷值均有所下降,從第3個周期起,其峰、谷值趨于穩(wěn)定.這說明了在前3個周期內,后1個周期中溶液的溫度與濃度均低于前1個周期溶液的溫度與濃度值,使壓力波動呈下降趨勢.從第4個周期起,溫度與濃度值開始在一定區(qū)間內穩(wěn)定變化,使壓力在34.6～49.3kPa等幅區(qū)間內波動.圖4中高壓發(fā)生器溶液的出口溫度變化與以上的分析一致.但溫度變化發(fā)生了時間延遲,延遲值為1min.這是由于筒體中較多的溶液量以及筒體本身的熱容的緣故.溶液進口溫度也有周期變化,但周期變化受到了液面波動的干擾.高壓發(fā)生器溶液的出口流量由高壓發(fā)生器與吸收器間的壓差所決定.在間歇運行過程中,壓力的不斷變化使得溶液的出口流量非常不穩(wěn)定.為了避免液面的劇烈波動,必須對流量閥進行頻繁操作.圖5所示為排煙溫度的變化情況.在原穩(wěn)定工作階段,排煙溫度在148°C左右.在過渡過程階段,排煙溫度有明顯的周期變化規(guī)律.溫度下降過程與上升過程均表現(xiàn)為慣性環(huán)節(jié).周期變化與壓力相同,無時間延遲.機組中高壓發(fā)生器是直接受到燃燒器影響的部件.與溶液相比,冷劑蒸汽與煙氣的熱容要小得多,故壓力與排煙溫度的變化領先于溶液溫度.壓力與排煙溫度的變化與燃燒器的開停變化同步,幾乎無相位差.在上述實驗條件下,從滿負荷穩(wěn)定過程過渡到部分負荷穩(wěn)定過程約需50min.2.2低壓發(fā)生器的壓力變化規(guī)律圖6、7分別表示低壓發(fā)生器壓力與溶液進出口溫度的變化情況.在穩(wěn)定工作中,低壓發(fā)生器壓力約為6.5kPa,其溶液出口溫度約為85°C.在接受到第1個干擾信號后,低壓發(fā)生器壓力變化的時間延遲為0.5min,低壓發(fā)生器溶液的出口溫度變化時間延遲為1.5min.與高壓發(fā)生器相比,壓力變化發(fā)生了時間延遲,壓力波動比較平緩.只在前幾個周期能觀察到峰、谷變化,后幾個周期壓力值趨于穩(wěn)定.溶液的出口溫度周期變化與其壓力基本一致,而進口溫度有較大波動.由于低壓發(fā)生器中的壓力變化取決于低壓發(fā)生器中產生的冷劑蒸汽量與蒸汽溫度,也即與來自高壓發(fā)生器的高壓蒸汽和筒體中的溶液有關.在倒串聯(lián)式的機組中,高壓發(fā)生器出口的濃溶液先進入吸收器,在吸收器中吸收后成為稀溶液,再進入低壓發(fā)生器,其中還分別途經高溫與低溫溶液熱交換器.雖然高壓蒸汽隨著燃燒器的燃燒情況發(fā)生周期變化,但在溶液流動回路中,由于溶液流經部件及管路的蓄熱與放熱作用,溫度與濃度的周期變化發(fā)生了衰減和延遲.在一定程度上減弱了低壓發(fā)生器的壓力周期變化.低壓發(fā)生器溶液進口溫度的不規(guī)則變化與高、低壓發(fā)生器中的液面波動有關.2.3機組正常運行相關過程中冷量的變化圖8所示為過渡過程中相對制冷量的變化情況.在原穩(wěn)定工作階段的相對制冷量為1.0.對燃燒器實行間歇控制后,相對制冷量發(fā)生上下波動,整體呈下降趨勢,約在50min后趨向穩(wěn)定.在整個動態(tài)過程期間,平均相對制冷量約為0.7,機組平均燃油量1.85kg/h,所消耗燃油量占原穩(wěn)定工作燃油量的74%.這里表明了相對制冷量與燃油量比例、燃燒器間歇開停時間基本一致.在機組運行過程中,雖然燃燒器的運行是間歇的,但由于液囊中冷劑的存在,故蒸發(fā)器的工作是一個連續(xù)過程.制冷量發(fā)生波動的原因是吸收器的吸收情況發(fā)生了變化,也即與吸收器中的溶液溫度與濃度有關.當機組間歇運行時,溶液溫度與濃度在一定的范圍內變化,故制冷量也有周期變化.在部分負荷工況穩(wěn)定運行時,雖然機組產生的冷劑量在發(fā)生間歇變化,但只要在一個周期中,產生的冷劑量與蒸發(fā)的冷劑量保持平衡時,部分負荷工況就可以連續(xù)穩(wěn)定運行.在間歇運行中,如何控制燃燒器開停的時間比較重要.若燃燒器停機時間過長,則在機組運行中,冷劑量會不斷減少,冷劑液囊中液面過低,冷劑泵有吸空的危險.若燃燒器開機時間過長,在用冷負荷降低后,機組中冷劑量會不斷增加,系統(tǒng)中溶液濃度不斷升高,機組面臨結晶的危險.這種對系統(tǒng)輸入連續(xù)階躍干擾信號的間歇開停控制,對系統(tǒng)的擾動比較大,使整個系統(tǒng)始終處于動態(tài)運行中,對調節(jié)較為不利.但對于小型的直燃型機組,為了降低生產成本,在不配備可調節(jié)型燃燒器時,可作為一種有效的調節(jié)方式.3實驗設計與設備(1)小型吸收式直燃型機組可采用燃燒器間歇開停的方式,實現(xiàn)部分負荷運行.部分負荷的冷量與燃燒器的間歇運行時間及燃油量有近似線性關系.它從一個穩(wěn)定工況過渡到部分負荷的穩(wěn)定工況需較長時間,在實驗范圍內,其穩(wěn)定時間超過燃燒器兩個開、停運行周期.(2)在吸收式系統(tǒng)中,高壓發(fā)生器