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吸收式制冷系统开机和停机过程研究的现状

来源:中国冷凝器网发布日期:2017-10-21

  引亩吸收式制冷机组是以热能为动力,水为制冷剂的制冷设备。它只采用少量电能,不破坏臭氧层,故在环境保护日益重视的今天得到了迅速的发展。吸收式制冷系统传热设备较多,流动和传热传质状况复杂,系统中的溶液量和制冷剂量多,热容量大,使得系统的动态过程要经历一段较长的时间才能再次达到稳定运行。系统的动态过程主要为开机、停机及变工况运行。目前制冷系统的开机和停机时间都较长。一般大型制冷系统运行时,开机时间约需30~40分钟,停机时间需20分钟左右。系统的开机时间长,一方面浪费了能源;另一方面用户必须提前开机才能使用到冷量,给用户带来了不便;此外开机过程影响到系统的稳定运行工况。系统在停机过程中,为了防止机组出现结晶现象,要有一段较长的稀释过程,直到机内溶液充分混合,才能停止溶液泵和冷剂泵的运转。目前常见的开机和停机过程,都是按照不同的时间延迟,依次打开或关闭各运行设备。设备的运行方式以及延迟时间一般都按照经验值,对于新机型的开机和停机控制,带有一定的盲目性。研究系统的开机和停机运行状况,充分了解开机和停机过程中机组的内部变化特性,有助于实现良好的开机和停机控制,缩短开机和停机时间,减少能源耗费,是一个受到人们关注的研究课题。以及各流量在不同的时间延迟后变化至某一数值。

  停机过程可视为:各部件的初始状态为稳定运行值,然后发生器的加热量,以及各流量在不同的时间延迟后变化为零。各状态量的变化方式,各状态变化的先后顺序,以及状态变化的不同时间延迟值,构成了不同的开机和停机方式。

  目前国内常用的开机方式为程序开机:接通主电流;启动冷热水泵,冷却水泵,冷却塔风机,检测冷却水温度,以防温度过低发生结晶;安全保护装置工作,对系统进行自动检测;启动溶液泵;当发生器液面处于正常位置,打开热源;当蒸发器液位达到正常高度或延迟后,启动冷剂泵。停机方式为程序停机:切断热源;溶液泵,冷剂泵继续运转;稀释时间或温度达到设定时间或延迟后,停溶液泵,冷却泵;关闭冷水泵,冷却水泵和冷却塔风机;切断总电源。这种开机和停机方式对于常用的机型以及额定工况来说,操作简单,可在控制系统中设置程序来完成,其中的时间延迟值以及液面位置可根据经验情况进行设定。但当工况条件发生变化时,缺乏调节措施,故一般在设置时间延迟值及液面位置时,考虑了较多的安全余量,也必然带来了能量损耗。对于新的机型来说,由于缺乏经验值,故在设定开机和停机控制时,带有一定的盲目性。在开机过程中,为了防止发生器中温差过大而沸腾剧烈,可以采用加热量线性增加的方法。

  在启动前冷却水和冷水温度的初始状态与室温相等,吸收溶液浓度为52%,温度与室温相等。开机时,冷却水和冷水流量在系统开始运行时就达到至额定值。

  在机器运行约90s后,加热热源的热水流量线性增加,至200s时达到稳定值。溶液泵和冷剂泵也在90s后启动。这种加热量线性增加的方式可有效的避免发生器中的溶液过度沸腾现象,但只适于热水或蒸汽型机组。对于直燃型机组,由于油量线性调节比较复杂而难以采用。以吸收式热变换器为对象,研究了其开机和停机方式。此系统的工质对为TFE-Pyi.在开机时,先打开加热蒸汽阀及冷却水泵,在整个系统被加热后,打开溶液泵,将溶液从发生器打入吸收器。在发生器中有冷剂蒸汽产生,且在冷凝器中冷凝成冷剂液后,再打开制冷剂泵,将冷剂液体打入蒸发器。停机时,先关闭冷剂泵和蒸汽阀,在输出温度降低后,再关闭其他设备。此热变换器以余热作为热源,TFE -Pyr工质对无结晶的忧患,故开机时可先对系统加热而不打开溶液泵。这样的有利之处于在于可集中加热发生器的溶液,使之较快产生冷剂蒸汽。但以溴化锂-水为工质对的系统,由于溴化锂溶液有结晶的危险,且以高温情况下,溴化锂溶液的腐蚀性将迅速上升。故在开机时,若采用热源先于溶液泵打开的方式,必须密切观察发生器中的发生情况,适时打开溶液泵进行溶液循环。的研究对象也为热变换器,但工质对为NaOH-H20.系统的初始状态为溶液储存于吸收和发生器中。此系统的不同之处在于蒸发器和吸收器之间有一阀门。开机时首先对系统加热,但蒸发器的蒸汽出口阀门处于关闭状态,吸收器中无吸收,冷剂液体存于冷凝器中。直到溶液浓度达到设定值时再打开这一蒸汽阀门。停机时,停止热量供应,并关'闭蒸发器与吸收器的阀门。

  为了防止发生器中的进一步发生,发生器与冷凝器间的阀也关闭,将冷凝器中的冷凝液打回发生器。这种开机方,初始阶段吸收器中无吸收,使得整个系统中溶液浓度较快上升,发生器中的溶液能较快的被浓缩,与的开机方式有类似之处,但只适用于蒸发器与吸收器分别处在两个筒体中的机组。将冷凝液打回发生器的停机做法,可加快发生器中溶液的稀释,有利于缩短停机时间。但当机器再次启动时,必将耗费更多的时间于加热浓缩。故这种方式只适于机器将有较长时间不再使用,也即长期停机状况。

  开机和停机过程阶段分析开机和停机过程的研究方法主要为。对于一种小容量直燃型机组的模拟结果为开机运行约50分钟时系统进入稳定阶段。的研究结果为吸收式机组产生冷量的时间延迟值与发生器中产生的蒸汽量和冷凝器中形成的冷凝液量有关,与冷凝器表面的液膜厚度关系最大。这里各所研究的机组大小不同,但开机和停机运行进行稳定工况的时间都是几十分钟的数量级。

  停机过程输出温度与输出热量随时间的变化输入与输出温度及制冷量变化种指数规律上升,在6.5分钟时稳定。冷水温度以指数规律下降,在20分钟时稳定。从系统的制冷量来看,如所示,机组刚启动时,由于热源温度与吸收溶液温差较大,故初期系统得热量迅速上升,在约4分钟时达到最大值,为稳定时的2.25倍,随着溶液温度的上升,得热量逐步下降,在10分钟时趋向稳定。

  开机过程中的制冷能力与蒸发器中原来所滞留的冷剂量有关。在蒸发器中的冷剂量达到一定数量时,才有冷量开始产生。由于开始时冷却水入口温度低,冷水入口温度高,吸收器中的溶液吸收能力较强,制冷量急剧增加,在1.5分钟时最大,约为稳定时的2倍。

  然后随着冷却水温度的上升,吸收溶液浓度的变化,制冷量回落,在10分钟左右开始稳定这一研究结果中冷水温、冷却水温度的变化趋势与相同,输入热量与制冷量的变化趋势与分析了一种双效机组溶液浓度的变化。

  认为在开机过程中中间浓度溶液会经历浓度下降、上升与再下降的振荡过程。如所示。在溶液浓度最高时,有可能发生结晶现象。与认为中间溶液以指数规律上升的研究结果有区别。关于浓度第一个下降过程产生的原因未仔细说明。对于后两个变化过程的分析是合理的。在溶液泵开始运转后,对于正串联机组,首先是高压发生器中的浓溶液流入低压发生器使得中间溶液浓度急剧上升。然后,吸收器中的稀溶液流入发生器,浓度下降。

  时间t/s开机过程中间溶液浓度变化关于系统压力,高压发生器中压力变化为:随着高压蒸汽的产生,高压发生器中的压力急剧上升,蒸汽未进入低压发生器。在高低压达到一定压差时,有蒸汽进入低压发生器,此时压力稍有下降然后稳定。

  低压发生器中的压力变化为:开机初期,溶液泵开始运转前,发生器中蒸汽的产生导致发生器压力上升。

  然后,溶液泵开启,吸收溶液流入吸收器,蒸汽被吸收,低发压力下降。如所示。

  时间t/s开机过程中低压发生器压力变化研究展望吸收式机组的开机和停机过程作为系统运行的重要组成部分受到人们的关注。但对这方面的工作还是比较缺乏,特别是国内更需开展这方面的工作。

  从而有利于降低能耗,改善机组的运行特性。今后的研究可从这几个方面进行。

  (1)不同开机和停机方式对机组性能的影响。

  目前虽有各种不同的开机和停机方式,开机方式仍大都遵循冷却水泵、冷水泵、溶液泵和冷剂泵的依次开启过程,区别在于热源,泵流量的开启式方为一下子开大至额定值还是逐步开大。不同的开机和停机方式适用于不同的机组。但对同一机组改变开机和停机方式后的性能变化研究得很少3如何更好的在开机和停机过程中控制机组的运行是一个重要的研究课题。

  仿真研究的快速性和稳定性对。对于开机和停机过程的大扰动特性,阶段模型的运用对于仿真计算是非常有效的,但如何保持阶段连接之间的数据光滑尚未涉及。

  浓度与压力参数的研究。作为动态变化过程,由于在线测量比较困难,尤其是浓度测量,故对它们的实验研究有更多的工作要做。停机过程的目的是稀释溶液,避免机组发生结晶现象。一般认为在机组中最容易发生结晶的部位在低温溶液热交换器出口,但以此浓度作为机组停机信号的研究尚未见报道。在系统参数变化中,压力变化是最为快速的,一般领先于温度与浓度的变化。在进行开机和停机控制时,若以压力作为控制信号,将对系统的控制更为敏感。但对这方面研究很少。许多学者认为浓度与压力变化对系统有较大的影响,但缺乏详细分析。因此,这也是一个在理论和实验方面值得研究的重要方面。

  畚考戴水庆等,溴化锂吸收式制冷技术及应用,丨996年,机械工业出版社周锦生,直燃型吸收式制冷机动态特性的研究,上海交通大学博士学位论文,1999年6月1开机和停机方式吸收式机组部件较多,在系统运行时,有多种设备需要进行控制。主要为溶液泵,冷剂泵,冷水泵,冷却水泵,燃烧器等。开机和停机控制方式应在不发生溶液结晶的前提下,开机时能使系统在较短的时间内进入稳定工作状况,停机时能较快的将溶液稀释。

  开机过程可视为:加热量,冷水流量、冷却水流量、溶液流量的初始状态为零,然后发生器的加热量,

(完)

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