Показатели работы абсорбционных холодильных машин

Схема и принцип действия идеальной абсорбционной холодильной установки

Схема такой установки приведена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема идеальной абсорбционной холодильной машины:

1 – абсорбер; 2 – генератор; 3 – конденсатор; 4 – испаритель; 5, 6 – гидромоторы (детандеры); 7 – насос; 8 – охладитель абсорбента.

В испарителе 4 к рабочему агенту подводится теплота q _н низкого потенциала. Под воздействием этой теплоты хладагент кипит при Т _н и Р _н (низшие значения температуры и давления цикла). Пары ХА попадают в абсорбер и смешиваются с абсорбентом, который поступает из охладителя 8 через детандер 6.

При поглощении ХА абсорбентом выделяется теплота абсорбции q _а, которую отводят при температуре Т _с (Т _с> Т _н) охлаждающей средой. Полученный в абсорбере крепкий раствор, находящийся под давлением Р _н, перекачивают насосом 7 через охладитель абсорбента 8 в генератор (кипятильник) 2, находящийся под более высоким давлением Р _в. В теплообменнике 8 крепкий раствор подогревается.

В генераторе из раствора выпаривается ХА за счет подведенной извне теплоты q _в. с температурой Т _в (Т _в> Т _с). Если температуры кипения ХА и абсорбента существенно отличаются (на 200-300 °C), то пар состоит из практически чистого хладагента. Пар ХА направляется в конденсатор 3, где он конденсируется. Теплота конденсации q_с отводится в окружающую среду водой или воздухом при температуре Т _с.

Горячий абсорбент (слабый раствор) проходит теплообменник 8, где он охлаждается, и поступает в абсорбер.

В идеальном случае работа насоса 7 равна сумме работ детандеров 5 и 6, т.к. равны перепады давлений и производительность насоса равна сумме расходов через детандеры.

Характерными источниками необратимых потерь в абсорбционной машине являются следующие:

- невозможность произвольного повышения температуры кипения раствора в генераторе вследствие равенства давлений в нем и в конденсаторе;

- неполнота процесса поглощения пара в абсорбере вследствие конечного времени контакта пара и раствора и конечной поверхности теплообмена;

- необходимость ректификации пара для повышения его концентрации перед подачей его в конденсатор.

Последнее замечание относится к машинам, работающим на бинарных растворах, в которых невелика разность между нормальными температурами кипения хладагента и абсорбента (например, на водоаммиачном растворе).

1. Энергетическая эффективность циклов абсорбционных ХМ оценивается по аналогии с компрессорными ХМ:

а) тепловым коэффициентом (то, что в компрессорных ХМ считается холодильным коэффициентом)

, (7.2)

где Q ₀, – холодопроизводительность абсорбционной ХМ, кВт; Q _г – расход тепла в генераторе (теплота греющей среды), кВт; Q _нэ – тепловой эквивалент затрат энергии в насосах, кВт.

Так как обычно Q _нэ«Q _г, то считают Q _нэ=0. Тогда

- (7.3)

- это количество единиц получаемого холода на единицу затраченной тепловой энергии в генераторе;

б) удельным расходом затраченной тепловой энергии

- (7.4)

- это количество единиц затраченной тепловой энергии на единицу полученного холода.

2. Термодинамическая эффективность абсорбционной ХМ оценивается эксергетическим КПД установки:

, (7.5)

где - удельный расход энергии в реальной абсорбционной ХМ; - удельный расход тепла в идеальной абсорбционной ХМ, работающей в тех же внешних условиях что и реальная ХМ.

Здесь Q _в – расход теплоты высокого потенциала (в генераторе); Q _н - расход теплоты в испарителе (холодопроизводительность).

Чтобы получить формулу для расчета воспользуемся уравнением теплового баланса для идеальной абсорбционной холодильной машины:

, (7.6)

где Q _н и Q _в – количество подведенной теплоты в испарителе и генераторе; Q _а и Q _к – количество тепла отведенного в абсорбере и конденсаторе.

Для идеальной ХМ по аналогии можно записать и эксергетический баланс (для реальной машины такого баланса не существует):

Е _н+ Е_в = Е _а+ Е _к (7.7)

Выразим эксергии через коэффициенты работоспособности тепловых потоков

, (7.8)

где коэффициент работоспособности любого i -го теплового потока определяется соотношением (см. формулу 1.2):

. (7.9)

Подставляя соотношения (7.9) в равенство (7.8) получим

. (7.10)

Так как Т _о.с @ Т _с, то, практически, сомножитель .

Учитывая, что , то из (7.10) можно получить:

. (7.11)

Эта формула позволяет анализировать качественное влияние значений температур Т _н, Т _с и Т _в на экономичность абсорбционной установки.

На рис. 7.4 приведены в качестве иллюстрации зависимости удельного расхода энергии от внешних условий работы.

Зависимости удельного расхода энергии в форме тепла для идеальной абсорбционной холодильной установки (штриховые линии) и для действительной одноступенчатой аммиачной абсорбционной холодильной установки с регенерацией тепла (рис.7.2) (сплошные линии) на рис.7.4,а получены при трех значениях температур t ₀=4, –10 и –30 °C. Под температурой генерации t _г понимается температура слабого раствора на выходе из генератора. Все кривые относятся к одной и той же температуре конденсации и абсорбции t _к = t _аб = 30 °C.

На рис.7.4,б приведены зависимости удельного расхода тепла от температуры охлаждения t _с при тех же температурах испарения t ₀=4, –10 и –30 °C и температуре генерации t _г=120 °C.

Все зависимости имеют форму гипербол.

Как видно из рис. 7.4,а, при повышении температуры генерации t _г удельный расход энергии сначала сильно снижается, затем это снижение слабеет и зависимость переходит в почти горизонтальную прямую.

Таким образом все поле режимов можно условно разделить на две области: сильных зависимостей э^а= f ₁(t _г) и э^а= f ₂(t _c) и слабых зависимостей тех же величин. Линию a-b можно считать границей устойчивой работы установки. При сильных зависимостях режимы неустойчивы, т.к. малые изменения температур t _г и t _с влекут за собой сильное изменение удельного расхода.

Рис. 7.4. Зависимость удельного расхода теплоты в абсорбционных водоаммиачных холодильных идеальных (штриховые линии) и реальных (сплошные линии) установках от температур:

а) генерации t _г и испарения t ₀, при температуре охлаждения t _с= t _к= t _аб=30 °C;

б) охлаждения t _с и испарения t ₀, при температуре генерации t _г=120 °C.

При устойчивом режиме изменение указанных температур не сказывается существенно на производительности и удельном расходе энергии установки.

Расчетные параметры следует выбирать у линии a-b в области устойчивой работы установки.

Дата добавления: 2014-01-20