毕业设计（论文）-溴化锂吸收式制冷系统在火力发电厂中的应用.doc

摘要摘要 当今能源与环保问题已经成为全世界所关注的，因为社会对于资源、环境 问题和可持续发展有了更高的要求和关注。如怎样提高能源利用率，充更好的 利用工业生产过程中产生的大量低温余热，减少 CFC 对臭氧层的破坏，减缓温 室效应，已经是个迫不及待要解决的问题。溴化锂吸收式制冷系统则是一种节 能环保的制冷方式，回收余热和提高能源利用率的意义已经迫在眉睫。本文就 是开展了如何使用溴化锂吸收式制冷机组在火电厂中进行热电冷联产的应用。 这篇文章就是指出了热电冷三联产的用途、工作原理及其优势。这里也分 析了吸收式制冷的原理，利用液态制冷剂在低温、低压条件下，蒸发、汽化吸 收载冷剂的热负荷，产生制冷效应。通过对比就可以比较出溴化锂的几种机组 的优缺点，这里就采用了两极吸收式溴化锂制冷机组作为制冷装置。应用的能 量调节系统，从而性能就会得到提高溴化锂吸收式制冷机组。 按照热力学综合效率最佳的原则，在使制冷工况下，对系统的主要部件进 行了有关的计算。并且总结国内外的一些采用溴化锂吸收式制冷技术的例子基 础上，在根据其电厂的实际情况及应用溴化锂吸收式制冷系统的可行性，做出 以用汽轮机废汽为热源的热电冷三联产系统综合设计方案。 结果表明，这个系统采取了两级吸收式制冷机组全部以废热作为驱动热源， 从而这样使运行成本降低，这样一来一般投资两年左右就可取得收益，这种方 法就是较理想制冷方式，应用于热电冷三联产的制冷方式。 关键词：火电厂 ，余热回收，两级吸收式，节能，吸收式制冷，溴化锂 Abstract In the current energy shortages and the context of envirAonmental protection, people to community resources, environmental issues and sustainable development strategies attention. How to improve energy efficiency, make full use of industrial production process of a large number of low-temperature waste heat to reduce the CFC on the ozone layer and slow down the greenhouse effect, more and more attention. Lithium bromide absorption refrigeration energy saving and environmental protection as a means of cooling for waste heat recovery and energy efficiency become more and more important significance. This paper carried out using lithium bromide absorption refrigeration unit in thermal power plants in the study of thermoelectric power of cold. This article first pointed out that the development of CCHP significance, principles and advantages. Analysis of the absorption refrigeration principle: the use of liquid refrigerant in low temperature, low pressure conditions, evaporation, evaporation cooling agent contained in the absorption heat load, resulting in cooling effect. LiBr comprehensive comparison of the advantages and disadvantages of several units, select the polarization of lithium bromide absorption refrigeration unit as a refrigeration device. In this paper, the application of energy-conditioning systems, to further improve the lithium bromide absorption refrigeration unit performance. In accordance with the cooling conditions so that the best thermodynamic efficiency of the principle of integrated, on the main Department of To carry out the relevant pieces of the calculation. In conclusion, the use of foreign LiBr absorption refrigeration technology based on the actual situation in power and application of lithium bromide absorption refrigeration system, the feasibility of a given waste with steam to heat the steam CCHP system design program. Comprehensive results show that the system uses a two-stage absorption refrigeration unit completely to waste as a drive source, and its running costs very low, generally about two years in the investment can be recovered, is an ideal application of CCHP cooling way. Keywords: energy conservation; waste heat recovery; absorption refrigeration; LiBr; absorption levels; Thermal Power Plant 目录 摘要1 Abstract.2 1 绪论5 1.1 课题的研究意义.5 1.1.1 能源现状.5 1.1.2 发展热电冷三联产.6 1.1.3 热电冷三联产原理及优势.7 1.2 吸收式制冷系统.8 1.2.1 吸收式制冷系统的原理.9 1.2.2 吸收式制冷循环的性能指标.9 1.3 方案论证.11 1.3.1 溴化锂吸收式制冷机的特点.11 1.3.2 方案论证.11 2 溴化锂水溶液.12 2.1 水、溴化锂.12 3 溴化锂吸收式制冷.18 3.1 溴化锂吸收式制冷的原理.18 3.1.1 溴化锂溶液的 p-t 图.18 3.1.2 对比溴化锂吸收式制冷循环和压缩式制冷循环.19 3.2 两级发生溴化锂吸收式冷水机组.20 3.2.2 水和溴化锂溶液的具体循环流程.22 4 溴化锂机组的计算24 4.1 溴化锂溶液的 h- 图.24 4.2 相关设计运算.26 4.2.1 热力计算.26 4.2.2 传热面积的计算.32 5 溴化锂吸收式机组中的控制系统35 5.1 冷水机组自动控制器功能分析.35 5.1.1 安全保护系统功能.35 5.1.2 能量调节功能.36 5.1.3 机组运行控制功能.38 5.1.4 管理、显示、设置功能.39 5.2 冷水机组控制器下位机总体设计.39 5.2.1 总体设计路.39 5.2.2 下位机总体设计方案.40 5.3 硬件电路设计.42 5.3.1 温度信号采集硬件电路.42 5.3.2 故障信号采集硬件电路.42 5.3.3 液位、阀位信号采集模块.43 5.4 软件设计.44 6 溴化锂吸收式冷水机组在火电厂中的应用.45 6.1 火电厂的生产过程.45 46 6.3 热电冷三联产设备配置模式.47 总结与展望48 致 谢49 参考文献50 1 绪论 1.11.1 课题的研究意义课题的研究意义 1.1.1 能源现状 当进入 21 世纪之后，人类面临更为严峻的挑战那就是环境和社会的发展。 2002 年 8 月 26 日在南非约翰内斯堡召开的可持续发展世界首脑会议（World Summit on Sustainble Development.WSSD）,揭开了人类进入新世纪如何解决环 境与发展问题的序幕。在现代文明高速发展的今天，能源已成为左右可持续发 展进程的关键因素之一。一方面，能源不仅可以改善人类生活而且可以促进经 济发展，随着现代工业的迅速发展，人们对能源的需求和依赖性越来越大；再 一方面，能源的消耗越来越快，但也导致了空气污染、地球变暖等环境问题。 当今，世界上使用的主要能源是煤、石油、天然气等一次性能源，可占能 源总消费量的 90%左右。现在所拥有的能源供应和目前的消费模式显然称不上 “可持续” 。据预测在未来的 10 年内世界能源消耗量仍将以平均每年 2%的速度 上升，按现在的使用速度，世界上的石油存储量只够开采 50 年左右，煤炭也可 能开采不到 200 年。如何以可持续发展的方式满足不断增长的能源需求，给世 界各国提出了巨大的挑战。那么改善和调整能源结构，提高能源利用率，开发 利用新能源和无污染的可再生能源已成为能源、经济、环境和社会可持续发展 的必由之路。 中国目前是世界第二大能源消费国，能源产量以平均每年 4%5%的速度增 长，然而国民经济发展则以 8%的速度增长，能源的增长量远远不能满足国民经 济发展的增长，供需矛盾十分突出。当到了 2020 年，我国就将超过美国成为世 界第一大能耗国。90 年代以来，我国的煤炭生产一直稳居世界第一，但用于发 电的一次能源中的煤炭比例高达 77%。我国以煤炭为主要能源国家，在能源的 生产和消费中，煤炭的比例占了 70%以上，这是我国能源结构中一个很不利的 因素。以煤炭为主要能源，造成了我国严重的大气污染。联合国公布的数字表 明，从 1965 到 1998 年，全球二氧化碳的排放量翻了一倍。燃烧矿物产生的温 室气体，是全球温室气体的最主要的来源，所占份额达到 75%。而在煤炭发电 的过程中，就会产生大量的粉尘、CO2、SO2，造成严重的大气污染，不仅加剧 了大气的温室效应而且产生大面积的酸雨，对我国的生态环境产生严重威胁。 所以，面临即将到来的能源危机，我们必须采取开源节流的措施，既要开发新 的能源，又要大力节约已有能源，对已有的资源进行再利用。 1.1.2 发展热电冷三联产 到现在为止世界各国在能源的利用上有着很大的区别，而能源利用率最高 的国家是日本（57%） ，其次是美国（51%） ，再者是欧盟（40%以上） 。在世界 范围内，即使工业发达国家也约有 43%60%的能源转为废热而排掉了。我国目 前能源利用率和发达国家的差距还很远，据统计可能只有 30%左右得到利用， 而每一美元 GDP 的能耗是世界平均水平的三倍。剩下的基本变为废热排放到环 境中，这即浪费了大量能源，又对环境造成了热污染。所以，余热回收、废热 利用就是节能的重要环节之一，这样一来不仅可以减少污染，从而提高利用率， 降低产品成本，提高经济效益。 一、热电联产 在过去的火力发电厂特别是大型凝汽式发电厂中，也采用了各种方式提高 效率，想充分利用发电厂的抽气余热，就采用热电联产系统，先将较高参数的 蒸汽用来做功发电，然后抽气或排气供热，既避免了热电分产时，有用能的大 量损耗，也避免了大量的冷源损失，具有热力学优势。但由于热电联产的热经 济性与热负荷的性质、热负荷的密度、采暖期的长短等诸多因素紧密有关，当 热电厂热负荷不足时其经济性很低，热电联产的节能效果就发挥不出来。比如， 由于冬天取暖，热负荷充裕，发电量高，这时热电联产的优势很明显；但是， 夏季热负荷降低，有大量使用空调制冷，对于抽气凝汽式机组，在发电功率不 变的情况下，热负荷减少使得机组热化发电量减少，凝汽流发电量增加。在供 热机组的流通部分存在着调整热负荷量和参数的调节机构，使凝汽流的发电耗 煤量比同容量、同参数的凝汽式机组发电煤耗量大，造成发电煤耗量的增加。 同时因背压式机组偏离设计工况，机组耗煤量还将明显增大，这时热电联产优 势就显示不出来了啊。 二、热电冷三联产 热电冷三联产（简称三联产）是热电联产的基础上发展起来的以热电厂为 能源中心对外供应热、电、冷三种能量产品的一种新的能量生产系统。它的特 点是锅炉产生的蒸汽先通过蒸汽轮机发电作功，排气除满足各种热负荷以外， 还可以做溴化锂吸收式制冷机的工作蒸汽。这样不仅节约了地位热能；而且增 加了热电联产供热机组的热负荷。对于背压式蒸汽轮机来说可以增大机组的负 荷率，使机组的热效率提高，在增加发电量的同时，也降低了发电煤耗。对于 抽气式供热机组来说，在增加制冷负荷后，无论是维持发电量不变，还是保持 进气量不变，都会减少机组的凝汽量，降低发电煤耗量，增加燃料的节省量。 这样整个系统的热负荷平衡，能够提高夏季热电厂的发电量与供热量，使系统 能高效运行。由于热电冷三联产一般采用的是溴化锂吸收式制冷机，与 CFCS 为工质的压缩式制冷机不同，这样一来可以保护大气臭氧层，还可以减轻温室 效应。溴化锂制冷剂以低压蒸汽、热水为动力，利用余热、废热等低为能源， 有利于环境的保护，能源的利用率就会提高，优化能源消费结构，今后将会有 很大的发展空间。 1.1.3 热电冷三联产原理及优势 一、热电冷三联产的工作原理 热电冷三联产系统通常是由热源、一级管网、冷暖站、二级管网和用户设 备组成（原理图如图 1.1 所示） 。在冬季可以用汽轮机抽汽加热采暖用水（或蒸 汽） ，也可以采用它们驱动吸附式热泵，热水或蒸汽经管网到用户；而在夏季利 用锅炉余热或汽轮机抽气驱动吸收式或吸附式制冷系统，用冷水经管网提供给 用户。 过滤器 给 水泵 凝结水泵 图 1.1 热电冷三联产原理图 其中：热源包括锅炉余热或汽轮机抽汽； 锅 炉 凝 汽 器 冷暖 站 用 户 发 电 机 汽 轮 机 一级管网包括蒸汽或热水管道； 二级管网包括冷水或热水管道；冷暖站包括吸收式制冷系统； 用户包括楼宇、冷库或用冷设备等。 二、热电冷三联产的优势 （1） 节省能源，减少 CO2的排放量。 吸收式制冷用于三联产系统，与消耗高品位电能的压缩式制冷相比，吸收 式制冷可利用低品位的热量或联产的余热，充分利用燃料的能源，从而达到节 能的目的。 （2） 提高热电厂的设备利用率，相应提高热电厂的经济效益。 推广吸收式空调制冷，增加热电厂的夏季热负荷，平衡冬季和夏季热负荷 的峰谷差，就可以提高热电厂的设备利用率，相应提高热电厂的经济效益。 （3） 产生节电、增电效益，缓和夏季电力供需矛盾。 发展吸收式空调制冷，一方面替代电力空调，节约大量电力；另一方面增 加热电厂的热负荷，可以使热电厂的发电量增加。 （4） 有利于环境保护。 电力空调以氟利昂（CFCS）为制冷剂，CFCS 会引起臭氧层破坏并产生温 室效应，国际蒙特利尔协定限制使用。替代物氢氯氟烃虽然对臭氧层破坏能力 较低，但温室效应很强，对环境不利。溴化锂吸收式空调机以溴化锂为吸收剂， 对人体无毒，对环境无害。因此，用热电厂发展溴化锂吸收式空调替代电力空 调，有利于环境保护。 1.21.2 吸收式制冷系统吸收式制冷系统 实践证明，热量总是自发地由高温物体（或空间）流向低温物体（或空间） ， 制冷的就是使某一物体（或某一空间）的温度低于周围环境的温度，这样就要 有一冷源吸收该物体（或空间）的热量。冷源有两种制取方法：一种是利用天 然冷源，如天然冰和地下水；另一种方法是通过制冷的方法制取人工冷源。 液体蒸发法、气体膨胀法是主要的机械制冷法。液体蒸发法是利用低沸点 的液体吸收环境介质的热量而蒸发，致使环境介质降温。这种低沸点的液体被 称为“制冷剂” 。例如：炎热的天气，把水洒在地上会有凉爽的感觉。为了使制 冷过程不断进行那制冷剂必须在一个封闭的体系中循环。完成制冷剂在封闭体 系内循环的方式有许多种，如“电能”或“机械能”驱动的压缩式制冷方式 （活塞式、离心式、螺杆式、漩涡式压缩机、及热电制冷等）,也可以是热能驱 动的吸收式或蒸汽喷射式制冷方式。 1.2.1 吸收式制冷系统的原理吸收式制冷系统的原理 吸收式制冷与蒸汽压缩制冷的原理相同，都是利用液态制冷剂在低温、低 压条件下，蒸发、汽化吸收载冷剂的热负荷，产生制冷效应。不同的是，吸收 式制冷是利用制冷剂与吸收剂组成的二元溶液为工质对完成制冷循环的。 图 1.2 表示了吸收式制冷的工作原理。吸收式制冷由发生器 2、冷凝器 1、 蒸发器 6、吸收器 5、溶液泵 3、节流阀 4 等部件组成。工作介质除制取冷量的 制冷剂外，还有吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。在发生器中工 质对被加热介质加热，解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却凝结成液 体，然后经节流阀降压，进入蒸发器吸热蒸发，产生制冷效应。蒸发产生的冷 剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的工质对吸收，再由溶液泵加压送入发生器。 如此循环不息制取冷量。由于它是利用吸收剂的质量分数变化，完成制冷剂的 循环，因而被称为吸收式制冷。 目前常用的吸收式制冷有氨水吸收式与溴化锂水吸收式两种。氨水 吸收式以氨为制冷剂，水为吸收剂，可以制取 0以下的温度，但因氨具有刺 激性臭味，且热效率低、质量较重、体积庞大，一般很少用。目前应用最广泛 的是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机组。 1.2.2 吸收式制冷循环的性能指标 在吸收式制冷循环中，工质对在发生器中从高温热源获得热量，在蒸发器 中从低温热源获得热量，在吸收器和冷凝器中向外界环境放出热量，而溶液泵 中只是提供输送溶液时克服管路阻力和重力位差所需的动力，消耗的机械功很 小。对于一理想的吸收式制冷循环，如忽略溶液泵的机械功和其他热损失，则 由热力学第一定律得到如下热平衡关系式: kag QQQQ 0 （1-1） 即加入机组中的热量等于机组向外放出的热量。 式中 Q0 蒸发器的热负荷，即制冷量 Qg 发生器的热负荷 Qa 吸收器的热负荷 Qk 冷凝器的热负荷 由此，可定义吸收式制冷循环的热力系数 如下： （1- g Q Q0 2） 热力系数表示消耗单位热量所能制取的冷量，是衡量吸收式机组的主要性 能指标。在给定条件下，热力系数越大，循环的经济性越好。需要注意的是， 热力系数指表明吸收式机组工作时，制冷量与所消耗的加热量的比值，与通常 所说的机械设备的效率不同，其值可以小于 1，等于 1，或大于 1。 如定义高温热源的温度为 Tg，低温热源的温度为 T0，外界环境温度为 Tk， 并或率吸收式循环中各过程的不可逆损失，则可认为发生器中的温度就等于高 温热源温度 Tg，蒸发器中的蒸发温度就等于低温热源 T0，冷凝器中的冷凝温度 和吸收器中的冷却温度就等与外界环境温度 Tk，根据热力学第二定律有下式成 立： （1- k k k a g g T Q T Q T Q T Q 0 0 3） 联立式（1-1） 、 （1-2） 、 （1-3） ，可以得到理想吸收式循环的热力系数 （1- 0 0 max TT T T TT kg kg 4） 式中 工作在高温热源温度 Tg环境温度 Tk间正卡诺循环的热效率， ； g kg T TT 工作在低温热源温度 T0和环境温度 Tk间逆卡诺循环的制冷系数， 。 0 0 TT T k 由此可见，理想吸收式制冷循环可看作式工作在高温热源温度 Tg和环境温 度 Tk的正卡诺循环与工作在低温热源温度 T0和环境温度 Tk间的逆卡诺循环的 联 合，其热力系数 max是吸收制冷循环在理论上所能达到的热力系数的最大值。 这 一最大热力系数的数值只取决于三个热源的温度，而与其它因素无关。 在实际过程中，由于各种不可逆损失的存在，吸收式制冷循环的热力系数 必 然低于相同热源温度下理想吸收式循环的热力系数，两者之间被称作吸收式制 冷 循环的热力完善度，用 表示。 （1- max 4） 热力完善度越大，表明循环中的不可逆损失越小，循环越接近理想循环。 1.31.3 方案论证方案论证 1.3.1 溴化锂吸收式制冷机的特点 （1） 主要优点 1 1、 利用热能为动力，能源利用范围广; 2、 整个机组除功率较小的屏蔽泵外，无其他运动部件，运转安静 3、 以溴化理水溶液为工质，无臭、无毒，有利于满足环保要求 4、 制冷机在高真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠 5、 制冷量调节范围广，在10%'100%的负荷内可进行冷量的无级调节 ， 并且随着负荷的变化调节溶液循环量，有着良好的调节特性 6、 对外界条件变化的适应性强，可在加热蒸气压力0.2 -0.8Mpa(表 ) ， 冷却水温度20-35 'C冷媒水出水温度515的范围内稳定运转 7、 对安装基础的要求低，无需特殊的机座，可安装在室内、室外，甚至 地下室顶上 8、 腐蚀性强 9、 气密性要求高 (2)主要缺点 1、腐蚀性强。溴化锂水溶液对普通碳钢有较强的腐蚀性，不仅影响到机组 的性能与正常运行，而且影响到机组的寿命。因此对所有材料有较高的抗腐蚀 性要求。 2、对气密性的要求高。实践证明，即使漏如微量的空气也会影响到机组的 性能。这就对制造有严格要求。国外以原子能工业中的技术用于这用机器的制 造工艺，对其密闭性的严格要求可想而知。 1.3.2 方案论证 单效流程、双效流程(包括双效串联流程、双效反串联流程、双效并联流程)、 两级流程是溴化锂吸收式制冷系统中常见的流程。单效流程中通常采用 0.03- 0.15MPa (表)的饱和蒸气（或85-150）的热水为驱动热源；而双效流程要求 的驱动热源比单效流程要高很多，它大多采用0.25-0.8MPa(表)的饱和蒸气（或 150以上）的高温热水。但对于较低品位的热源，即低于0.03MPa(表)的饱和 蒸气或85 以下的热水单效流程和双效流程的应用受到限制。为利用这些低位 热源，在单效流程的基础上发展出来了两级流程。 两级流程是一种比较新的节能型的流程，70-80的热水可以是驱动热源， 其节能特性比较显著。工业废热、太阳能、地热等较低品位的热源对于在工业 领域和自然界广泛存在的，足以用来驱动两级流程溴化锂吸收式制冷系统。所 以两级流程的出现无疑对低品位热能的利用具有重大的意义。 （一）、两级与单效溴化锂吸收式制冷流程的比较 两级流程是利用低温热源这在单效里是无法利用的。在应用范围上，两级 流程的适用范围明显大于单效流程:对于可用于单效溴化锂吸收式制冷系统的热 源，也可用于两级溴化锂吸收式制冷系统，并能使其正常工作；而且对于一些 低于单效溴化锂吸收式制冷系统要求温度的热级源，两溴化锂吸收式制冷系统 仍能适用。 而在单效吸收式制冷系统中，发生压力是冷凝压力决定的，冷凝压力的确 定则取决于冷却水的温度，所以对于单效流程，发生压力的变化不大。在一定 的发生压力下，随着温度的提高，浓溶液浓度也将不断的增加，直至结晶，从 而破坏循环。当低品位的热能被应用在单效系统中，由于热源温度较低，导致 发生终了状态的浓溶液浓度降低，使得浓溶液的吸收能力降低，影响到对来自 蒸发器的冷剂蒸气的吸收，使单效循环无法正常工作。 （二）、两级与双效溴化锂吸收式制冷流程的比较 双级 流 程 与双效流程是两种截然不同的流程，它们的提出是基于不同的 考虑:双级流程是为了利用较低温度的余热，而双效流程是为了利用较高温度的 热源。双级流程采用了两级发生、两级吸收的方式来适应较低温度的热源。它 利用低压循环发生的制冷剂蒸汽，提高高压循环的吸收压力，使高压循环吸收 低压循环发生的冷剂蒸汽，高压循环发生的制冷剂蒸汽送入蒸发器产生冷量， 并被低压循环吸收。而双效流程采用两效发生，一级吸收的方式利用高温余热。 流程的高压发生器由高温的驱动热源加热，产生的冷剂蒸汽用来提供低压发生 器所需的热量，高低压发生器发生的制冷剂蒸汽都将进入蒸发器产生冷量，并 一起在吸收器别被浓溶液吸收。 双级流程所采用的热源温度很低，但它的热力系数低，冷却水消耗量大，设 备庞大、复杂，所以它的主要作用在于回收低品位的余热。而双效流程恰巧与 它相反，双效流程所要求的热源温度较高，流程的热力系数高，冷却水消耗量 小，换热器体积小，它的主要作用在于回收较高品位的余热。双级流程与双效 流程所适用的范围是不同的，在设计中应根据给定的设计条件合理的选用合适 的流程。 2 溴化锂水溶液 2.12.1 水、溴化锂水、溴化锂 一、溴化锂 溴化锂是一种稳定的物质，在大气中不变质、不分解、不挥发、极易溶于 水，常温下是无色粒状晶体，无臭、无毒、有咸苦味。 主要特性： （1）溴化锂是由碱金属元素锂（Li）和卤族元素（Br）两种元素组成，其 一般性质与食盐大体类似，有咸味，呈无色粒状晶体，熔点为 549，其分子 式为 LiBr； （2）沸点很高（沸点为 1265） ，在常温或以般高温下可以认为不挥发； （3）极易溶于水； （4）性质稳定，在大气中不变质，不挥发； （5）它由 92.01%的溴和 7.99%的锂组成，相对分子质量为 86.856，密度 为 3464 kg/ m3（25时） 。 2.2 溴化锂水溶液 2.2.1 溴化锂溶液的技术要求 用作溴化锂吸收式机组工质对的溴化锂溶液，应符合机械工业部 JB/T7247-94 标准中对溴化锂所规定的技术要求（表 2.1） 表 2.1 溴化锂溶液的技术要求 成分%M 系列C 系列成分%M 系列C 系列 LiBr50555055SO4-20.02 Li2MoO40.050.25Cl-10.05 Li2CrO40.010.30Ba0.001 NH30.0001Fe 0.0001 Ca0.001Cu 0.0001 Mg0.001BrO3无反应 2.2.2 溴化锂溶液的特性 （1）无色液体，有咸味，无毒，加入铬酸锂后溶液呈淡黄色。 （2）溶解度 饱和溶液的质量分数来反映物质的溶解度。溴化锂极易溶于水，在 20是 食盐的溶解度只有 35.9g，而溴化锂的溶解度是其 3 倍左右。物质的溶解度通 常用在某一温度下 100g 溶剂中所能溶解的该物质的最大质量来表示。此时，溶 液处于饱和状态，被称为饱和溶液。 溶解度的大小除与溶质和溶剂的特性有关外，还与温度有关。一般固体的 溶解度随温度的升高而增加，但气体的溶解度却随温度的升高而减小。一定温 度下的溴化锂饱和水溶液，当温度降低时，由于溴化锂在水中溶解度的减小， 溶液中多余的溴化锂就会与水结合称含有 1、2、3 或 5 个水分子的溴化锂水合 物晶体析出，形成结晶现象，如图 2.1 所示。如对已含有溴化锂水合物晶体的 溶液加热升温，在某一温度下，溶液中的晶体会全部溶解消失，这一温度即为 该质量分数下溴化锂溶液的结晶温度。测定各质量分数下溴化锂溶液的结晶温 度，可绘制成图 2.2 的结晶温度曲线，该图表示了在溴化锂吸收式机组工作的 范围内的结晶温度。当溶液的状态点位于结晶温度曲线上或自在结晶温度曲线 下边，即溶液温度低于结晶温度，溶液中就会有晶体析出。 图 2.1 溴化锂在水中的溶解度 图 2.2 溴化锂水溶液的结晶温 度 由图 2.2 可知，溴化锂溶液的结晶温度与质量分数关系很大，质量分数略 有变化时，结晶温度相差很大。当质量分数在 65%以上时，这种情况尤为突出。 这点在机组设计和运行管理上都应十分重视。 （3）密度 溴化锂溶液的密度与温度、质量分数有关。图 2.3 是溴化锂溶液的密度曲 线。由图 2.3 可知，溴化锂溶液的密度比水大，当温度一定时，随着质量分数 增大，其密度增大；如质量分数一定，则随着温度的升高，其密度减小。在实 际应用中，用密度计和温度计测得溴化锂溶液的密度和温度，即可由图中查得 溶液的质量分数，这比通过化学分析求溴化锂溶液的质量分数要简单得多。 图 2.3 溴化锂溶液的密度 （4）质量定压热容 质量定压热容就是在压力不变的条件下，单位质量溶液温度升高（或降低） 1时所吸收（或放出）的热量。溴化锂溶液的质量定压热容曲线如图 2.4 所示。 由图 2.4 可知，溴化锂溶液的质量定压热容随温度的升高而增大，随质量分数 的增大而减小。在溴化锂吸收式机组实际使用的质量分数范围内，溴化锂溶液 的质量定压热容仅为 1.682.51 kJ/（kg·K）0.40.6kcal/（kg·），比水 小得多。这一点有利于提高吸收式机组的效率。因为溶液的质量定压热容小， 在发生过程中加热溶液到沸点所需的热量就较小，在吸收过程中冷却溶液所放 出的热量也较小。 图 2.4 溴化锂溶液的质量定压热容曲线 （5）水蒸气压 由于溴化锂溶液中水的沸点远高于水的沸点，因此，在与溶液达到相平衡 的气相中没有溴化锂存在，全部都是水蒸气，所以，溴化锂溶液的蒸气压也被 称作溴化锂溶液的水蒸气压。 图 2.5 溴化锂溶液的水蒸气压 溴化锂溶液的水蒸气压很低，它比同温度下纯水的饱和蒸气压力低得多， 因而有强烈的吸湿性。液体与蒸气之间的平衡属于动平衡，此时分子穿过液体 表面到蒸气中去的速率等于分子从蒸气中回到液体内的速率。因为溴化锂溶液 中的溴化锂分子对水分子的吸引力比水分子之间的吸引力强，也因为在单位液 体容积内溴化锂分子的存在而使水分子数目减小，所以在相同温度的条件下， 液面上单位蒸气容积内水分子的数目比纯水表面上水分子数目少。由于溴化锂 的沸点很高，在所采用的温度范围内不会挥发，因此和溶液处于平衡状态的蒸 气的总压力就等于水蒸气的压力，从而可知温度相等时，溴化锂溶液液面上的 水蒸气分压力小于纯水的饱和蒸气压力，且质量分数越高或温度越低时水蒸气 的压力越低。图 5 是用等压法和沸腾法测定的溴化锂溶液的水蒸气压曲线图。 由图 2.5 可知，溴化锂溶液的水蒸气压随着质量分数的增大而降低，并远低于 同温度下水的饱和蒸汽压。例如，在 25时，质量分数为 50%的溴化锂溶液的 水蒸气压仅为 0.8kPa，而水在此时的饱和蒸汽压约为 3.16kPa。这表明溴化锂 溶液的吸湿性很强，因为只要水蒸气压力大于 0.8kPa，如 0.93kPa（水的饱和 温度为 6）就会被 25、50%的溴化锂溶液所吸收，亦即溴化锂溶液具有吸收 比其温度低得多的水蒸气的能力。这也正是溴化锂溶液可作为吸收式机组工质 对的原因。 （6）表面张力 用毛细管升高发测定的溴化锂溶液的表面张力。可绘制成图 2.6 所示的表 面张力曲线图。 图 2.6 溴化锂溶液的表面张力曲线 由图 2.6 可知，溴化锂溶液的表面张力与溶液温度和溴化锂溶液的质量分 数有关：质量分数不变时，随温度的升高而降低；温度不变时，随质量分数的 增大而增大。在溴化锂吸收式机组中，吸收器与发生器往往采用喷淋式结构， 为了增大传质和传热效果，希望溶液在管壁表面呈薄膜状的扩张，这就要求表 面张力越小越好。 （7）粘度 粘度是表征流体粘性大小的物理参数，有动力粘度和运动粘度之分，动力 粘度除以该流体密度便是运动粘度。在一定温度下，随着质量分数的增大，粘 度急剧增大；在一定质量分数下，随着温度升高，粘度下降。溴化锂溶液的粘 度与同温度的水相比要高得多，如质量分数为 50%、温度为 20的溴化锂溶液 的粘度为 3.7mPa·s,而 20的水的粘度只有 1.02mPa·s。粘度的大小对溶液 在吸收式机组中的流动状态和传热有较大影响，在设计中应予以充分考虑。 （8）热导率 热导率是进行传热计算时要用到的一个重要物理参数之一。实验表明溴化 锂溶液的热导率在一定温度下，随质量分数的增大而减小；在一定质量分数下， 随温度的增大而增高。 3 溴化锂吸收式制冷 3.13.1 溴化锂吸收式制冷的原理溴化锂吸收式制冷的原理 3.1.1 溴化锂溶液的 p-t 图 图 3.1 溴化锂溶液的 p-t 图 图 3.1 是溴化锂溶液的 p-t 图，它是根据同一质量分数下处于相平衡的溴 化锂溶液的水蒸气压随温度变化的关系绘制的，是溴化锂溶液最基本的热力图 表之一。在溴化锂溶液的 p-t 图上有三个状态参数：温度、质量分数和水蒸气 压，只要直到其中任何两个，另一个就可根据溴化锂溶液的 p-t 图确定。除此 之外，溴化锂溶液的 p-t 图可以用来描述溴化锂溶液热力状态的变化情况以及 溴化锂吸收式机组的工作循环过程。 图中的 ABCD 就表示了最基本的溴化锂吸收机组中溶液的工作循环。溴化锂 溶液在 A 点的质量分数为 58。从 A 点到 B 点溶液在 9.3kpa 的压力下等压加 热。随着温度的升高，溶液中的水分被蒸发出来，溴化锂的质量分数不断增大。 当温度升到 95时，到达状态点 B，此时质量分数为 62。过程线 AB 表示的 是等压加热浓缩的过程，在溴化锂吸收式机组中通常称为发生过程。点 C 状态 代表温度 47、质量分数 62的溴化锂溶液。从 C 点到 D 点，溶液在 0.8kpa 的压力下进行等压冷却。随着温度的下降，溶液的水蒸气压降低（低于水的蒸 气压） ，其具有吸收水蒸气的能力，不断吸收水蒸气，质量分数也随着降低。当 温度降低到 38时，溶液的质量分数为 58，达到状态点 D。过程线 CD 表示 的是等压冷却稀释的过程，在溴化锂吸收机组中通常称作吸收过程。过程线 BC 和 DA 则表示液相的冷却和加热的过程。在整个的过程中溶液的质量分数是不变 的。 3.1.23.1.2 对比溴化锂吸收式制冷循环和压缩式制冷循环对比溴化锂吸收式制冷循环和压缩式制冷循环 （a）压缩式制冷机 (b) 吸收式制冷机 图 3.2 吸收式与压缩式的对比 为了更明确的说明溴化锂吸收式制冷机的工作原理，可以较溴化锂吸收式 制冷机与压缩式制冷机进行对比。压缩式制冷机的整个循环过程包括以下四个 过程：制冷剂在蒸发器中向低温热源吸热蒸发的过程；在压缩机中被压缩，压 力、温度升高的压缩过程；在冷凝器中向高温热源放热的冷凝过程；通过节流 阀使压力、温度降低的节流过程。制冷效应是在蒸发过程中产生的，而压缩机 的作用是，一方面将不断地完成了吸热过程而汽化的制冷剂蒸气从蒸发器中抽 吸出来，使蒸发器维持低压状态，便于蒸发吸热过程能继续不断地进行下去； 另一方面，通过压缩作用提高制冷剂蒸汽的压力和温度，产生将制冷蒸气的热 量向外界（冷却水或空气）转移的条件。 图 3.2 表示溴化锂吸收式制冷机与压缩式制冷机的对比。由图可以看出， 吸收式制冷机也有蒸发器和冷凝器（虚线右侧的部组成分与压缩式制冷机基本 相同） 。从产生制冷效应的方法来说，它和压缩式制冷机一样，也是使制冷剂 （水）在蒸发器中吸热蒸发。高压、高温的制冷剂蒸汽的放热凝结也是在冷凝 器中完成的。但是，把蒸发器中生成的冷剂蒸汽抽吸出来并提高其压力和温度 的过程，则和压缩机不同。吸收式制冷机没有压缩机，而是用吸收器和发生器 替代压缩机（虚线左侧） 。吸收器起着相当于压缩机吸气行程的作用，将蒸发器 中生成的冷剂蒸汽不断抽吸出来，以维持蒸发器内的低压。发生器则起着相当 于压缩机压缩行程的作用，产生高压、高温冷剂蒸