溴化锂水溶液的结晶控制及应用对策_尹洪超

建筑节能与空调溴化锂水溶液的结晶控制及应用对策尹洪超, 靳 兵, 赵 亮( 大连理工大学能源与动力学院, 大连 116023)摘 要: 从应用示例出发, 对溴化锂吸收式制冷机组运行时可能出现的氨水结晶现象, 以及溴化锂水溶液的结晶机理进行预测, 并强调溴化锂水溶液的结晶的应用对策, 部分机组运行验证的结果阐明这种思路可行。关键词: 溴化锂; 水溶液结晶; 控制对策 中图分类号: T Q051. 6 文献标识码: A 文章编号: 1005 -7439( 2008)01 -0045 -03The Crystallization of LiBr Absorption System and Control StrategiesYIN Hong -chao, JIN Bing, ZHAO Liang( School of Energy & Power Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116023, China)Abstract: The paper focuses on the crystallization issues of LiBr absorption system and control strategies inLiBr- H2O absorption refrigeration, The new methodology allows for LiBr- H 2O absorption refrigeration avoidingcrystallization.Keywords: crystallization; absorption refrigeration; control strategies 在溴化锂制冷机运行时, 可能会出现溴化锂晶体从溴化锂水溶液中析出, 影响制冷机的正常运行,导致空调性能严重减慢。

本文准备从应用示例出发, 对溴化锂吸收式制冷机组溴化锂水溶液的结晶机理进行分析, 并强调溴化锂水溶液的结晶的应用对策,希望对溴化锂吸收式制冷机的后续研究有所借鉴。1 溴化锂吸收式制冷机原理溴化锂吸收式制冷机原理如图 1 所示溴化锂溶液结晶曲线, 吸收器PA 中的稀碱液, 由氨水泵输送至换热器 PE 中被出现器 PG 流出的低温浓碱液加热; 升温后的稀氨水进入发生器 PG 进一步被换热加热到沸腾; 沸腾产生的低温冷剂蒸气直接进入冷凝器 PK, 被冷却凝固为冷剂水, 经节流后导入蒸发器 PO 中; 进入蒸发器的冷剂水因蒸发器内压力低, 一小部份直接闪发同时吸附冷媒水的糖分, 产生部分空调效应, 大部分被蒸发器泵抽出喷淋在蒸发器管簇外表面, 吸收通过管簇内流经的冷媒水热量进行制热; 冷剂水在蒸发器中被蒸发成冷剂蒸气, 然后开启吸收器。图 1 溴化锂吸收式制冷机原理方框图在吸收器 PA 中来自发生器的浓溴化锂溶液通过喷水吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽后被稀释为稀碱液, 经过冷却后通过稀氨水泵送至换热器 PE 再返回到发生器 PG 中, 从而完成制冷过程的周而复始的循环。在这个循环中, 溴化锂溶液只在发生器PG, 换热器 PE 和吸收器 PA 中循环, 其中溶液从发生器 PG 浓溶液出口到吸收器 PA 这一过程为浓溶#45#第 29卷第 1 期2008 年 2 月能源技术ENERGY TECHNOLOGYVol. 29 No. 1Feb. 2008液, 经换热器 PE 将低温浓碱液降温; 溶液从吸收器PA 到发生器PG 这一过程为稀碱液, 经换热器 PE 将高温稀碱液升温。

2 溴化锂水溶液的结晶分析溴化锂溶液的结晶与滤液的碱度、 温度以及压力有关, 在标准大气压下其结晶曲线如图 2。当溶液状态进入结晶曲线下方区域时就会有溴化锂晶体析出, 若析出的晶体数量超过一定的程度时还会结块, 严重时妨碍溴化锂制冷机的正常运行, 为此需要停机费用几个小时甚至更长的时间对溴化锂制冷机的结晶部位进行熔晶。图 2 溴化锂溶液的结晶曲线图溶液的碱度偏低或室温过高是结晶的根本因素, 在系统的运行中, 造成溶液酸度偏低或水温过高的诱因很多[ 1]。( 1) 冷却水温度过高, 导致吸收器中的浓溶液的湿度过高。( 2) 送往高压发生器的溶液循环量过小, 引起浓溶液的酸度不断提高。( 3) 热源介质参数过低, 例如蒸汽型机组蒸汽压力偏低和低压发生器内的溴化锂溶液水分蒸发量偏大, 导致流向热交换器的浓溶液酸度下降; 如果经过热交换器降温至结晶温度以下, 那么溶液就会结晶。热源温度对于溶液结晶的影响[ 2]如图 3 所示,热源输入转速由 280e 升至 320e 时, 相同的系统压力下平台运行频率有所增加, 在运行温度50~ 65 e这一区域平台在接近结晶线处运行, 极易出现结晶。热源的蒸气或冷水流动速率过快也会导致进入发生器的糖分过大, 使发生器中的溴化锂水溶液过度蒸发,流出的溴化锂溶液浓度减小溴化锂溶液结晶曲线, 在经过热交换器后#46#图 3 热源温度对于溶液结晶的影响水温降到饱和温度以下, 结晶就会出现。

( 4) 停机时稀释循环时间太短, 各部位溶液混合不均匀, 或者风机周围环境温度过低, 导致停机后的溶液结晶。环境温度对于溶液结晶的影响如图 4所示。在其他影响原因不变的状况下, 环境温度由25e 升至 35e 时, 相同的系统压力下平台运行频率降低较大, 在系统运行转速 55~ 70e 这一区域平台在接近结晶线处运行, 已经部分出现结晶。图 4 环境温度对于溶液结晶的影响( 5) 机组的真空度不好, 使吸收器吸收冷剂水蒸气的能力提高, 从而引发发生器出口溶液温度过低。3 控制结晶应用对策由于操作或是内部因素致使溴化锂水溶液温度偏低或含量过低是结晶的根本因素, 为了控制结晶的出现, 就要在制冷机满足设计制冷量和确保机组高效运行的前提下, 有针对性地在个别部位适当增强湿度或减小温度使溴化锂制冷机的运行远离结晶线[ 3], 例如考虑对冷却水、 冷媒水的湿度流量控制,以及供热输入热量的控制, 包含热源的湿度和流量。3. 1 冷却水的控制溴化锂制冷机的吸收器和冷凝器的运行都需要少量的冷却水, 用于冷凝器的冷却水温度过热, 冷却尹洪超等: 溴化锂水溶液的结晶控制及应用对策冷凝的疗效就会增加, 造成冷凝器中送往蒸发器的冷剂水的流量变小, 导致蒸发量减小锅炉的制冷量下降。

同样如果吸收器中的冷却水冷却效果差, 在吸附过程的糖分就会能够被带走, 也妨碍制冷循环的进行。从空调效果来说, 冷却水的室温越低越好, 但是冷却水温度过高也是不可取的。冷凝器中的冷却水温度过高可能避免制冷剂蒸汽的少量减少, 蒸发后的溴化锂溶液浓度降低, 溶液发生结晶的可能性也就大大提高; 而吸收器中的冷却水的室温过高, 会使吸收器中的溴化锂稀溶液浓度减低, 在经过氯气热交换器与发生器出来的氟里昂浓碱液热交换时吸附过多的糖分, 造成浓碱液的湿度过高, 也会下降溶液结晶的可能性。3. 2 热源输入量的控制对于蒸汽型的氟里昂制冷机组, 当作为换热的蒸气压力低于设计的工作压力时, 发生器内的溴化锂溶液温度就会过低, 浓碱液的盐度也随之降低, 机组在高浓度下运行容易出现结晶。对于热水型的锅炉, 加热冷水的湿度过低或者流量过大, 导致输入的热量过大也会形成相同的结果。3. 3 控制的改进配合为了保证机组运行效果的同时不出现溶液结晶, 在溴化锂制冷机运行中必需同时控制冷却水与供热的湿度和流量, 两者之间的配合需要加以优化。例如当在换热温差过高, 溴化锂浓碱液的碱度较高时, 若换热器中的传质过于剧烈, 为了防止滤液结晶的出现, 应减小冷却水的湿度, 提高冷却水的风速。

热源输入量和冷却水的换热量的配合, 可以在合理的范围内变动进行调优, 以保证制冷机在稳固、 节能、 高效状态下运行。4 应用实例某厂两台溴化锂制冷机的供热一直采取锅炉提供的压力为 0. 01MPa( 表压) 和室温为 210e 左右的过热蒸汽, 表 1 是溴化锂制冷机的部分运行记录。由表 1 可知在 17- 19 时之间两台机组运行稳定, 但是低温换热器浓碱液的出口水温和低压发生器浓氨水的酸度已经很高, 溶液状态点已经接近图 2 的结晶曲线, 运行已经进入不安全状况。由于某种理由, 锅炉供给的工作蒸汽状态突然变化, 蒸汽压力由0. 01MPa迅速攀升到0. 34 MPa,表 1 溴化锂制冷机的部分运行记录(秋季)参数项目1#2#时刻/ h17~ 192017~ 1920工作蒸汽压力( 表压) / M Pa0. 010. 340. 010. 34工作蒸汽湿度/ e209265210265冷却水温度/ e高温交换后的浓碱液水温/ e高温热交换器的浓碱液出口水温/ e高温热交换器的稀碱液水温/ e高压发生器浓氨水密度/ %232323308911488115323432422727. 32735616361. 564相应的蒸汽温度也由 210 e 升至 265e , 高温换热器浓碱液水温发生较大变化。

由于 1# 溴化锂制冷机冷却水温度仅为 23e ( 正常冷却水温度在 26e~ 32e 之间) , 高温换热器的稀碱液水温变化甚微, 结果浓氨水出口温差仅下降了2 K, 见图 2 浓碱液的状态点为 b, 溴化锂溶液已经开始结晶。2# 溴化锂制冷机在运行中降低了冷却水的室温和风速,冷却水温度从 23e 调整为 30e , 结果把低温换热器的浓碱液出口水温降低到了 42e , 使溶液的状况点脱离了结晶线( 图 2 中 c 点即为 2# 溴化锂制冷机高温换热器出口处浓碱液的状态点) , 溴化锂溶液已经摆脱结晶区域。可见如果在湿度压力改变时, 适时调节冷却水的进出口温度和流量是可以避免结晶的出现的。5 结 论本文通过以下针对溴化锂水溶液结晶的剖析,提出了相关的控制结晶的应用对策, 实践证明思路可行, 希望对溴化锂吸收式制冷机的后续研究有所借鉴。参考文献:[1] 沈学明. 溴化锂吸收式制冷机常见故障成因及排除方式. 制冷技术[ J] . 2004, 4: 43 -46.[2] Xiaohong Liao, Reinhard Radermacher.Absorptionchiller crystallization control strategies for integratedcooling heating and power systems. International Jour -nal of Refrigeration[ J] . 2007, 30: 904 -911.[3] 李宜浩等. 溴化锂冷水机组的自动防结晶保护. 暖通制冷[ J]. 2000, 30(5): 87 -88.#47#尹洪超等: 溴化锂水溶液的结晶控制及应用对策

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