Рабочие параметры одноконтурной АБХМ

Данная статья объясняет принцип работы АБХМ с научной точки зрения на примере одноконтурной машины.

Одноступенчатый абсорбционный цикл с использованием водного раствора бромида лития в качестве рабочего тела, является самым простым примером применения технологии абсорбционного теплового насоса. Схема цикла этой конфигурации представлена на рисунке 9, а схема оборудования представлена на рисунке 10. На этих рисунках обозначены как основные компоненты машины, так и ключевые точки, или точки термодинамического состояния абсорбционного цикла. Стрелками показаны направления передачи тепловой энергии к машине и от машины (Q), а также электроэнергия, потребляемая насосом (W). Схема цикла изображается таким образом, как если бы она была наложена на диаграмму Дюринга свойств рабочей жидкости, что показывают координаты «Давление – Температура» в левом нижнем углу рисунка 10.   На схеме компонентов машины (Рисунок 11) показаны компоненты с изменением фазового состояния и с обозначением ключевых точек температуры и давления рабочей жидкости внутри этих компонентов. Исключением из этого представления являются переохлажденные и перегретые состояния рабочей жидкости, которые нельзя точно представить на диаграмме Дюринга, отображающей только насыщенные состояния.

Схема      расположения     компонентов     машины      на      Рисунке     10, представляет дополнительную   информацию о некоторых ключевых допущениях, используемых при моделировании этого цикла. Конструкция машины состоит из двух цилиндрических оболочек, каждая из которых содержит два компонента, которые работают примерно при одном и том же давлении. Например, испаритель и абсорбер находятся в одной оболочке. Хотя поток из испарителя в абсорбер требует                некоторой разности давлений, наличие общего объема, в котором расположены эти компоненты, сводит эту разницу к минимуму.

Допущения,    принятые    для    анализа    рабочих    параметров одноступенчатого абсорбционного  цикла на базе H2O – LiBr :

1.      Десорбер и конденсатор, а также испаритель и абсорбер находятся под одинаковым давлением.

2.      Хладагент, выходящий из испарителя - насыщенный чистый водяной пар.

3.      Жидкий хладагент, выходящий из конденсатора, насыщенная вода.

4.      Из десорбера выходит концентрированный кипящий раствор.

5.      Пары хладагента, выходящие из десорбера, имеют равновесную температуру со слабым раствором при давлении в десорбере.

6.      Из абсорбера выходит слабый насыщенный раствор.

7.      Отсутствует унос жидкости из испарителя.

8.      Процессы в расширительных вентилях адиабатические.

9.      Процесс перекачки насосом жидкого рабочего тела изоэнтропийный.

10. Отсутствую тепловые потери через стенки компонентов и трубопроводов

11. Средняя логарифмическая разница температур адекватно оценивает скрытые изменения параметров цикла

Рабочие параметры в ключевых точках цикла, или точки термодинамического состояния, обозначенные на рисунках 9 и 10, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Рабочие параметры цикла одноступенчатой абсорбционной водоохлаждающей машины на базе H2O – LiBr

*) Качество пара определяется как отношение массы пара к общей массе раствора

Таблица 4

Краткое описание точек термодинамического состояния в абсорбционном цикле, подробно изложенных в Таблице 3.

Термодинамическое состояние раствора на выходе пара из десорбера (точка 7) определяется как перегретый водяной пар (пар хладагента). Это условие принимается исходя из того, что поток представляет собой чистую воду при температуре выше температуры насыщения при давлении десорбера. Однако это состояние также можно рассматривать как компонент двухфазной парожидкостной системы, где раствор в десорбере представляет собой жидкую фазу. С точки зрения этой бинарной смеси пар хладагента находится в состоянии насыщения.

В принципе можно обобщить предположение о состоянии выхода рабочей жидкости из каждого из компонентов машины. Как правило, для проведения анализа абсорбционного цикла предполагается, что на выходе каждого из четырех основных компонентов (десорбера, абсорбера, конденсатора и испарителя) рабочая жидкость находится в состоянии насыщенного раствора.

Состояние рабочей жидкости на выходе из расширительных вентилей определяются путем применения энергетического баланса расширительного вентиля, предполагая происходящий в нем процесс адиабатического расширения. Следует отметить, что термодинамические состояния этих точек (точки 6 и 9), перечисленных в Таблице 3, представляют собой общее двухфазную парожидкостную смесь. Таким образом, значения энтальпии, массовой доли и массового расхода в этих точках приведены для двухфазного потока. Для более точного определения термодинамического состояния в этих точках необходимо определение расчетным путем качества пара, что позволит определить количества пара, который выделяется при расширении.

Для перечисленных условий, полученные с использованием методов математического моделирования, значения качества пара представлены в Таблице 3. В точке 9 примерно 6,5% массового расхода превращается в пар. Из-за существенных изменений в объеме, которые происходят при таком низком давлении, мгновенно выделяемая паровая фракция значительно влияет на конструкцию расширительного устройства хладагента для конкретного применения машины. В этом примере количество пара, которое выделяется в точке 6, в результате значительного переохлаждения, которое происходит в теплообменнике раствора в точке 5 значительно меньше (всего 0,5%). Изменение производительности теплообменника раствора может вызвать более или менее мгновенное испарение в точке 6. Как и в точке 9, мгновенно испарившийся пар имеет очень высокий удельный объем. Это приводит к тому, что скорость двухфазного потока в точке 6 значительно превышает скорость потока в точке 5. При моделировании абсорбционного цикла эффекты, связанные с влиянием кинетической энергии потока на работу расширительных вентилей, не учитываются.

Падение температуры на каждом из расширительных устройств происходит из-за того, что пар имеет более высокую чем жидкость внутреннюю энергию. Таким образом, чтобы вызвать изменение фазового состояния, из жидкости должна быть извлечена некоторая энергия. Процесс дросселирования становится равновесным при температуре ниже начальной температуры. Величина падения температуры коррелирует с количеством испаряющейся паровой фазы.

Отображение рабочих параметров цикла одноступенчатой абсорбционной водоохлаждающей машины на диаграмме Дюринга (Dühring Plot).

Наибольшее рабочее давление в одноступенчатой абсорбционной машине на базе водного раствора бромида лития обычно составляет менее 10 кПа абсолютного давления. То есть, во внутренних полостях компонентов машины рабочее давление значительно ниже атмосферного. Эта особенность требует создания конструкции с высокой степенью герметичности, чтобы избежать проникновения внутрь атмосферного воздуха. Низкие значения рабочего давления также определяют конструкцию компонентов машины, поскольку их гидравлические сопротивления должны быть сведены к минимуму. Значения точек термодинамического состояния рабочей жидкости цикла абсорбции, представленные в Таблице 3, нанесены на график Дюринга H2O / LiBr, представленный на Рисунке 11. Насыщенные состояния рабочей жидкости

наносятся на график в точках 1, 4, 6–9 и 10. Переохлажденные состояния наносятся на график при соответствующих температурах и массовых долях. Значения рабочего давления для переохлажденных состояний приняты постоянными. Представление абсорбционного цикла в диаграмме Дюринга является очень наглядной визуализацией рабочих параметров. Настоятельно рекомендуется использовать данный подход как инструмент для понимания практически любых вариантов абсорбционных циклов. Помимо удобного представления одноступенчатого цикла, данный подход особенно важен и для более сложных циклов. Можно избежать ряда ошибок, проверив параметры цикла используя его графическое отображение. Одним из таких подводных камней является опасность приближение рабочей точки к линии кристаллизации раствора. Другие параметры дают понимание о максимальных и минимальных температурах, на основании которых выбираются обоснованные температурные уровни отвода теплоты, а также приемлемые давления и массовые доли для решения конкретных задач.

Возможность просмотра на одном графике всех параметров цикла позволяет разработчику быстро выполнить проверку их применимости. Если рабочие параметры нарушают проектные пределы, входные данные математической модели цикла абсорбции могут быть изменены, и вновь представлены на графике.

Температуры

Температурный глайд в десорбере охватывает диапазон 76,8 – 89,4°C. Это температурный диапазон, в котором должен происходить подвод теплоты. Температура источника теплоты должна быть выше температур внутри десорбера. Температура испарителя составляет 1,39°C, что довольно близко к температуре замерзания воды. Отсюда можно сделать вывод, что если данное состояние рабочих параметров по тем или иным причинам нарушается, то испаритель может быть подвергнут риску замерзания.

Отвод теплоты происходит как в абсорбере, так и в конденсаторе. Температура насыщения конденсатора составляет 40,1°C, а температурный глайд абсорбера составляет 45,0°C – 32,7°C. Для типичной расчетной температуры градирни в 30°C наименьшее значение разницы температур в теплообменнике получается довольно маленьким. Для определения работоспособности   такой   конструкции   необходим   термодинамический   анализ   всех теплопередающих устройств.

Массовые доли

Массовая доля бромида лития в растворе изменяется от 0,565 на входе в теплообменник раствора до 0,622 на выходе из теплообменника раствора и на входе в абсорбер. Из графика на Рис. 11 хорошо видно, что состояние на выходе из теплообменника раствора и на входе в абсорбер является наиболее близким к линии кристаллизации. Расчетные рабочие параметры цикла позволяют избежать кристаллизации, однако в данном случае запас «прочности» минимален.

При работе абсорбционной машины изменение любого параметра цикла, являющегося переменной величиной, приводит к изменениям всех других зависимых переменных, поскольку система стремится достичь нового равновесного режима работы. Эти особенности абсорбционного цикла должны учитываться всякий раз, когда при изменении одного из рабочих параметров будет происходить изменение всех остальных переменных.

Одноступенчатые абсорбционные системы на базе H2O-LiBr, производятся и продаются по всему миру, в основном для систем кондиционирования воздуха. Технология широко распространена, о чем свидетельствуют производственные предприятия в Японии, Южной Корее, Мексике, Индии и Китае.

Эта технология была впервые внедрена в Соединенных Штатах в 1940-х годах и стала широко применяться с 1950-х годов. Из-за особенностей экономики, характерной только для Восточной Азии, рынок абсорбционных машин различных типов составляет около 50% требуемой холодопроизводительности систем комфортного кондиционирования. Основными факторами, которые привели к этому устойчивому рынку абсорбционных водоохлаждающих машин в Восточной Азии, являются нормативные требования к энергосбережению.

 
Мы рады, если эта статья оказалась для Вас полезной. Обратившись в компанию CENTURY, Вы сможете получить консультацию по вопросам подбора, поставки, обслуживания и целесообразности применения абсорбционных чиллеров и абсорбционных тепловых насосов. Вы также сможете получить цену на АБХМ от производителя и купить абсорбционный чиллер на максимально выгодных для Вас условиях.
   
Связаться с нами можно по телефону +7(495)1087524 или отправить запрос на электронную почту info@century.com.ru.
 

Отправить заявку на подбор Заказать обратный звонок