氨水吸收式制冷系統(tǒng)及其濃度主動調(diào)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)及其濃度主動調(diào)控方法，涉及中低溫余熱或太陽能利用【技術(shù)領(lǐng)域】。該系統(tǒng)包括溶液泵、溶液換熱器、精餾塔、冷凝器、液氨分流器、過冷器、氨節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、濃溶液儲罐、稀溶液分流器、稀溶液節(jié)流閥、液氨儲罐、液氨流量閥、放氣閥、稀溶液儲罐和稀溶液流量閥，通過監(jiān)測吸收器壓力、冷卻介質(zhì)溫度，來控制各個分流器和流量閥的開關(guān)，以主動調(diào)控機組內(nèi)濃溶液的濃度，使其能夠隨著冷卻介質(zhì)溫度變化而變化，達到了提高系統(tǒng)性能的目的。本發(fā)明提供的系統(tǒng)及方法可以使機組全年處于最優(yōu)工況下運行，年節(jié)能率可達6.6％。
【專利說明】氨水吸收式制冷系統(tǒng)及其濃度主動調(diào)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及吸收式制冷【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)及其濃度主動調(diào)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氨水吸收式制冷技術(shù)是一種可以利用低溫余熱資源或太陽能、地?zé)岬鹊蜏乜稍偕茉打?qū)動的制冷技術(shù)，其制冷溫度范圍廣，約為10°c?-60°c，廣泛用于冷庫、石油冶煉及其他化工過程中。低溫余熱驅(qū)動發(fā)生過程和精餾過程，將濃溶液分離成高純度的氨蒸氣和低濃度的稀氨水溶液，氨蒸氣在冷凝器中冷凝為液氨，液氨經(jīng)過過冷、節(jié)流降壓后進入蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷，蒸發(fā)后的氨蒸氣進入吸收器被來自精餾塔塔釜的稀溶液吸收，最終轉(zhuǎn)變成濃溶液，預(yù)熱后進入發(fā)生器，完成一個循環(huán)。
[0003]現(xiàn)有氨水吸收式制冷機組的灌充溶液濃度一般是恒定的，設(shè)計時為了保證機組一年中都能穩(wěn)定工作，往往按照夏季工況(比如環(huán)境溫度30°C左右)來確定其灌充溶液濃度。隨著環(huán)境的溫度降低，吸收器出口濃溶液容易出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，實際運行中需要采取一定的措施來避免或減小過冷現(xiàn)象。對于風(fēng)冷機組，可以通過降低吸收器空氣流量和流速來降低吸收器換熱量。對于水冷機組，若冷卻水是并聯(lián)進入冷凝器和吸收器的，則可通過減少進入吸收器冷卻水量的方式來避免濃溶液的過冷；若冷卻水是串聯(lián)進入冷凝器和吸收器的，則需要對冷卻水量進行優(yōu)化選擇，因為若減少流量，則冷凝器中壓力會升高，若不減少流量，則吸收器出口溶液會過冷，二者都會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生不利影響。
[0004]環(huán)境溫度降低時，若系統(tǒng)采用更高濃度的溶液，則更有利于機組性能提高?，F(xiàn)有機組中工質(zhì)濃度恒定，不能充分利用環(huán)境溫度降低所能帶來的好處，使機組未能處于該環(huán)境溫度下的最優(yōu)狀態(tài)運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]為了克服現(xiàn)有氨水吸收式制冷機組的這個缺點，本發(fā)明提供一種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)及其濃度主動調(diào)控方法，能夠根據(jù)環(huán)境溫度的變化來主動調(diào)節(jié)濃溶液濃度，以使其始終處于該環(huán)境溫度下的最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)全年工況下的性能。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:溶液泵1、溶液換熱器2、精餾塔3、冷凝器4、液氨分流器5、過冷器6、氨節(jié)流閥7、蒸發(fā)器8、吸收器9、濃溶液儲罐10、稀溶液分流器11、稀溶液節(jié)流閥12、液氨儲罐13、液氨流量閥14、放氣閥15、稀溶液儲罐16和稀溶液流量閥17 ;其中:
[0009]濃溶液儲罐10與溶液泵I相連接，溶液泵I與溶液換熱器2相連接，溶液換熱器2與精餾塔3相連接，精餾塔3的頂部通過冷凝器4連接于液氨分流器5 ;液氨分流器5有兩個出口，第一出口依次通過過冷器6和氨節(jié)流閥7連接于蒸發(fā)器8，第二出口與液氨儲罐13相連接；液氨儲罐13底部與液氨流量閥14相連接，液氨儲罐13頂部與放氣閥15相連接；精餾塔3的塔釜再沸器通過溶液換熱器2連接于稀溶液分流器11，稀溶液分流器11有兩個出口，第一出口與稀溶液節(jié)流閥12相連接，第二出口通過稀溶液儲罐16連接于稀溶液流量閥17 ;過冷器6、稀溶液節(jié)流閥12、液氨流量閥14和放氣閥15均與吸收器9相連接，吸收器9與濃溶液儲罐10相連接。
[0010]上述方案中，所述溶液泵I是液體加壓設(shè)備，用于提高液體壓力；該泵是變頻泵，能夠根據(jù)機組循環(huán)溶液量的需要調(diào)節(jié)吸入溶液量，同時其揚程能夠根據(jù)冷卻水等因素的變化來自動調(diào)節(jié)；其入口與濃溶液儲罐10出口相連接，出口與溶液換熱器2冷側(cè)入口相連接。
[0011]上述方案中，所述溶液換熱器2是換熱設(shè)備，用于實現(xiàn)冷、熱物流間的熱量交換；其熱側(cè)進口與精餾塔3塔釜再沸器稀溶液出口相連接，出口與稀溶液分流器11入口相連接；其冷側(cè)入口與溶液泵I的出口相連接，冷側(cè)出口與精餾塔3進料入口相連接。
[0012]上述方案中，所述精餾塔3用于將加壓預(yù)熱之后的氨水濃溶液進行精餾分離，以制得高純度的氨和低濃度的稀溶液；其塔頂分凝器冷側(cè)為冷卻介質(zhì)，頂部出口與冷凝器4入口相連接；塔釜再沸器熱側(cè)為外熱源。
[0013]上述方案中，所述冷凝器4是蒸氣冷凝設(shè)備，用于將精餾分離所得的濃氨蒸氣冷凝作為制冷工質(zhì)；其熱側(cè)出口與液氨分流器5入口相連接，冷側(cè)為冷卻介質(zhì)。
[0014]上述方案中，所述液氨分流器5和稀溶液分流器11是液體分流設(shè)備，液氨分流器5用于對液氨進行分流，稀溶液分流器11用于對稀溶液進行分流；其中液氨分流器5第一出口與過冷器6熱側(cè)入口相連接，第二出口與液氨儲罐13入口相連接；稀溶液分流器11第一出口與溶液節(jié)流閥12相連接，第二出口通過稀溶液儲罐16與稀溶液流量閥17相連接。
[0015]上述方案中，所述過冷器6是換熱設(shè)備，利用來自蒸發(fā)器8的低溫制冷工質(zhì)冷卻來自液氨分流器5的液氨；其熱側(cè)入口與液氨分流器5出口相連接，熱側(cè)出口與氨節(jié)流閥7入口相連接，冷側(cè)進口連接于蒸發(fā)器8冷側(cè)出口，冷側(cè)出口連接于吸收器9入口。
[0016]上述方案中，所述氨節(jié)流閥7和稀溶液節(jié)流閥12是液體節(jié)流降壓裝置，氨節(jié)流閥7用于液氨的降壓，稀溶液節(jié)流閥12用于稀溶液的降壓；其中氨節(jié)流閥7出口與蒸發(fā)器8冷側(cè)入口相連接，稀溶液節(jié)流閥12出口與吸收器9相連接。
[0017]上述方案中，所述蒸發(fā)器8用于將制冷工質(zhì)在其中吸熱蒸發(fā)，實現(xiàn)冷量輸出，其進口連接于氨節(jié)流閥7出口，其出口連接于過冷器6冷側(cè)入口。
[0018]上述方案中，所述吸收器9是汽液混合吸收設(shè)備，其熱側(cè)包括來自過冷器6的氨蒸氣和來自稀溶液節(jié)流閥12的稀溶液，冷側(cè)為冷卻介質(zhì)。
[0019]上述方案中，所述濃溶液儲罐10、液氨儲罐13和稀溶液儲罐16是液體儲存裝置，分別用于存放濃溶液、液氨和稀溶液；三個儲罐上分別帶有液位計，用于在濃度調(diào)節(jié)時觀察液位；其中濃溶液儲罐10的入口與吸收器9出口相連接，底部出口與溶液泵I入口相連接；液氨儲罐13的入口與液氨分流器5第二出口相連接，底部液體出口與液氨流量閥14入口相連接，頂部氣體出口與放氣閥15入口相連接；稀溶液儲罐16的入口與稀溶液分流器11的第二出口相連接，底部液體出口與稀溶液流量閥17的入口相連接。
[0020]上述方案中，所述液氨流量閥14和稀溶液流量閥17是液體流量控制閥門，通過調(diào)節(jié)閥門開度進而控制流量；其中液氨流量閥14出口與吸收器9相連接；稀溶液流量閥17出口與稀溶液節(jié)流閥12的出口管路相連接。[0021]上述方案中，所述放氣閥15用于將液氨儲罐13中的部分氨蒸氣釋放到吸收器9中，以降低液氨儲罐13內(nèi)壓力，保證冷凝器4和液氨儲罐13有一定壓差，使液氨分流器5分流出的液氨能夠順利進入液氨儲罐13 ;其入口與液氨儲罐13頂部放氣口相連接，出口與吸收器9相連接。
[0022]為達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)的濃度主動調(diào)控方法，該方法包括:
[0023]當(dāng)機組在一個穩(wěn)定的冷卻介質(zhì)溫度下運行時，兩個分流器分流率均為0，來自冷凝器的液氨全部經(jīng)過冷、節(jié)流后進入蒸發(fā)器制冷，來自溶液換熱器的稀溶液全部經(jīng)節(jié)流后進入吸收器，液氨流量閥、稀溶液流量閥和放氣閥全部關(guān)閉，此時機組處于該溫度下的穩(wěn)定工況；其中液氨分流率=S16/S5，稀溶液分流率=S17/S12，SI至S17表示循環(huán)工質(zhì)；
[0024]當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度降低時，假設(shè)冷卻介質(zhì)的流量不變，則此時吸收器出口溶液溫度也隨之降低，并處于此溫度、壓力下的未飽和狀態(tài)，此時開啟液氨流量閥，向吸收器中釋放一定量的純氨，以使吸收器出口溶液到盡可能接近本溫度、壓力下的飽和狀態(tài)，同時通過稀溶液分流器分流一定量的稀溶液進入稀溶液儲罐，以免機組內(nèi)因循環(huán)溶液量過大影響運行，然后關(guān)閉液氨流量閥和稀溶液分流器第二出口 ；
[0025]當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度升高時，假設(shè)冷卻介質(zhì)的流量不變，則吸收器內(nèi)由于吸收不完會導(dǎo)致壓力升高，此時開啟液氨分流器第二出口，從機組中分流出一定量的液氨進入液氨儲罐，以減少進入吸收器的氨蒸氣，進而使吸收器內(nèi)壓力恢復(fù)正常，防止吸收器中由于有吸收不完的氨蒸氣而導(dǎo)致吸收器和蒸發(fā)器壓力升高，進而影響蒸發(fā)器中制冷溫度；向液氨儲罐加入液氨的同時需打開液氨儲罐頂部的放氣閥，以適當(dāng)降低液氨儲罐內(nèi)壓力，保證冷凝器和液氨儲罐之間有一定的壓差，使分流的液氨順利進入液氨儲罐，同時需打開稀溶液流量閥向機組中釋放一定量的稀溶液，以避免機組中因循環(huán)溶液量過少影響運行，然后關(guān)閉液氨分流器第二出口和稀溶液流量閥；
[0026]在不同冷卻水溫度和濃溶液濃度條件下，溶液泵能夠通過變頻運行實現(xiàn)對循環(huán)溶液量和揚程的控制，以滿足機組運行需要。
[0027]上述方案中，該方法具體包括:來自濃溶液儲罐10的濃溶液SI先經(jīng)溶液泵I加壓、溶液換熱器2預(yù)熱后形成高溫高壓濃溶液S3，進入精餾塔3進行精餾分離，精餾過程中塔釜再沸器所需熱量來自于外熱源，塔頂采出為高純度的氨蒸氣S4，進入冷凝器4中冷凝成液氨后進入液氨分流器5，液氨分流器5第一出口液氨先后經(jīng)過過冷器6過冷、氨節(jié)流閥7降壓后進入蒸發(fā)器8蒸發(fā)制冷，形成低溫低壓氨蒸氣S10，經(jīng)過過冷器6將液氨過冷后進入吸收器9 ;精餾塔3塔釜再沸器產(chǎn)出為高溫高壓稀氨水溶液S11，經(jīng)溶液換熱器2回收熱量后進入稀溶液分流器11，稀溶液分流器11第一出口的稀溶液經(jīng)稀溶液節(jié)流閥12降壓后進入吸收器9，吸收制冷工質(zhì)氨蒸氣形成濃溶液S15，進入濃溶液儲罐10，完成一個循環(huán)。
[0028](三)有益效果
[0029]從上述技術(shù)方案看，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0030]1、本發(fā)明提供的這種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)及其濃度主動調(diào)控方法，以中低品位熱為熱源，既可以是工業(yè)余熱，也可以是太陽能、地?zé)岬戎械蜏氐目稍偕茉?，以達到節(jié)能減排的目的。
[0031]2、本發(fā)明提供的這種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)及其濃度主動調(diào)控方法，利用濃度調(diào)節(jié)裝置來對機組內(nèi)溶液濃度進行主動調(diào)控，使系統(tǒng)內(nèi)濃溶液濃度始終處于最優(yōu)狀態(tài)，即吸收器出口濃溶液濃度盡可能接近該環(huán)境溫度下的飽和狀態(tài)，使系統(tǒng)性能隨著冷卻水溫度的降低改善幅度增大。
[0032]3、本發(fā)明提供的這種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)及其濃度主動調(diào)控方法，通過液氨儲罐和稀溶液儲罐的相互調(diào)節(jié)作用，使機組在進行濃度調(diào)節(jié)的同時，機組內(nèi)的循環(huán)溶液量始終處于正常狀態(tài)，避免由于濃度調(diào)節(jié)對系統(tǒng)運行造成不利影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是依照本發(fā)明實施例的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0035]如圖1所示，圖1是依照本發(fā)明實施例的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)的示意圖。其中SI至S17表示循環(huán)工質(zhì)。該系統(tǒng)包括:溶液泵1、溶液換熱器2、精餾塔3、冷凝器4、液氨分流器5、過冷器6、氨節(jié)流閥7、蒸發(fā)器8、吸收器9、濃溶液儲罐10、稀溶液分流器11、稀溶液節(jié)流閥12、液氨儲罐13、液氨流量閥14、放氣閥15、稀溶液儲罐16和稀溶液流量閥17。其中:濃溶液儲罐10與溶液泵I相連接，溶液泵I與溶液換熱器2相連接，溶液換熱器2與精餾塔3相連接，精餾塔3的頂部通過冷凝器4連接于液氨分流器5 ;液氨分流器5有兩個出口，第一出口依次通過過冷器6和氨節(jié)流閥7連接于蒸發(fā)器8，第二出口與液氨儲罐13相連接；液氨儲罐13底部與液氨流量閥14相連接，液氨儲罐13頂部與放氣閥15相連接；精餾塔3的塔釜再沸器通過溶液換熱器2連接于稀溶液分流器11，稀溶液分流器11有兩個出口，第一出口與稀溶液節(jié)流閥12相連接，第二出口通過稀溶液儲罐16連接于稀溶液流量閥17 ;過冷器6、稀溶液節(jié)流閥12、液氨流量閥14和放氣閥15均與吸收器9相連接，吸收器9與濃溶液儲罐10相連接。
[0036]其中，所述溶液泵I是液體加壓設(shè)備，用于提高液體壓力；該泵是變頻泵，能夠根據(jù)機組循環(huán)溶液量的需要調(diào)節(jié)吸入溶液量，同時其揚程能夠根據(jù)冷卻水等因素的變化來自動調(diào)節(jié)；其入口與濃溶液儲罐10出口相連接，出口與溶液換熱器2冷側(cè)入口相連接。
[0037]所述溶液換熱器2是換熱設(shè)備，用于實現(xiàn)冷、熱物流間的熱量交換；其熱側(cè)進口與精餾塔3塔釜再沸器稀溶液出口相連接，出口與稀溶液分流器11入口相連接；其冷側(cè)入口與溶液泵I的出口相連接，冷側(cè)出口與精餾塔3進料入口相連接。
[0038]所述精餾塔3用于將加壓預(yù)熱之后的氨水濃溶液進行精餾分離，以制得高純度的氨和低濃度的稀溶液；其塔頂分凝器冷側(cè)為冷卻介質(zhì)，頂部出口與冷凝器4入口相連接；塔釜再沸器熱側(cè)為外熱源。
[0039]所述冷凝器4是蒸氣冷凝設(shè)備，用于將精餾分離所得的濃氨蒸氣冷凝作為制冷工質(zhì)；其熱側(cè)出口與液氨分流器5入口相連接，冷側(cè)為冷卻介質(zhì)。
[0040]所述液氨分流器5和稀溶液分流器11是液體分流設(shè)備，液氨分流器5用于對液氨進行分流，稀溶液分流器11用于對稀溶液進行分流；其中液氨分流器5第一出口與過冷器6熱側(cè)入口相連接，第二出口與液氨儲罐13入口相連接；稀溶液分流器11第一出口與溶液節(jié)流閥12相連接，第二出口通過稀溶液儲罐16與稀溶液流量閥17相連接。
[0041]所述過冷器6是換熱設(shè)備，利用來自蒸發(fā)器8的低溫制冷工質(zhì)冷卻來自液氨分流器5的液氨；其熱側(cè)入口與液氨分流器5出口相連接，熱側(cè)出口與氨節(jié)流閥7入口相連接，冷側(cè)進口連接于蒸發(fā)器8冷側(cè)出口，冷側(cè)出口連接于吸收器9入口。
[0042]所述氨節(jié)流閥7和稀溶液節(jié)流閥12是液體節(jié)流降壓裝置，氨節(jié)流閥7用于液氨的降壓，稀溶液節(jié)流閥12用于稀溶液的降壓；其中氨節(jié)流閥7出口與蒸發(fā)器8冷側(cè)入口相連接，稀溶液節(jié)流閥12出口與吸收器9相連接。
[0043]所述蒸發(fā)器8用于將制冷工質(zhì)在其中吸熱蒸發(fā)，實現(xiàn)冷量輸出，其進口連接于氨節(jié)流閥7出口，其出口連接于過冷器6冷側(cè)入口。
[0044]所述吸收器9是汽液混合吸收設(shè)備，其熱側(cè)包括來自過冷器6的氨蒸氣和來自稀溶液節(jié)流閥12的稀溶液，冷側(cè)為冷卻介質(zhì)。
[0045]所述濃溶液儲罐10、液氨儲罐13和稀溶液儲罐16是液體儲存裝置，分別用于存放濃溶液、液氨和稀溶液；三個儲罐上分別帶有液位計，用于在濃度調(diào)節(jié)時觀察液位；其中濃溶液儲罐10的入口與吸收器9出口相連接，底部出口與溶液泵I入口相連接；液氨儲罐13的入口與液氨分流器5第二出口相連接，底部液體出口與液氨流量閥14入口相連接，頂部氣體出口與放氣閥15入口相連接；稀溶液儲罐16的入口與稀溶液分流器11的第二出口相連接，底部液體出口與稀溶液流量閥17的入口相連接。
[0046]所述液氨流量閥14和稀溶液流量閥17是液體流量控制閥門，通過調(diào)節(jié)閥門開度進而控制流量；其中液氨流量閥14出口與吸收器9相連接；稀溶液流量閥17出口與稀溶液節(jié)流閥12的出口管路相連接。
[0047]所述放氣閥15用于將液氨儲罐13中的部分氨蒸氣釋放到吸收器9中，以降低液氨儲罐13內(nèi)壓力，保證冷凝器4和液氨儲罐13有一定壓差，使液氨分流器5分流出的液氨能夠順利進入液氨儲罐13 ;其入口與液氨儲罐13頂部放氣口相連接，出口與吸收器9相連接。
[0048]本發(fā)明提供的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其各組成部件的工作流程為:來自濃溶液儲罐10的濃溶液SI先經(jīng)溶液泵I加壓、溶液換熱器2預(yù)熱后形成高溫高壓濃溶液S3，進入精餾塔3進行精餾分離，精餾過程中塔釜再沸器所需熱量來自于外熱源，塔頂采出為高純度的氨蒸氣S4，進入冷凝器4中冷凝成液氨后進入液氨分流器5，液氨分流器5第一出口液氨先后經(jīng)過過冷器6過冷、氨節(jié)流閥7降壓后進入蒸發(fā)器8蒸發(fā)制冷，形成低溫低壓氨蒸氣S10，經(jīng)過過冷器6將液氨過冷后進入吸收器9 ;精餾塔3塔釜再沸器產(chǎn)出為高溫高壓稀氨水溶液SI I，經(jīng)溶液換熱器2回收熱量后進入稀溶液分流器11，稀溶液分流器11第一出口的稀溶液經(jīng)稀溶液節(jié)流閥12降壓后進入吸收器9，吸收制冷工質(zhì)氨蒸氣形成濃溶液S15，進入濃溶液儲罐10，完成一個循環(huán)。
[0049]液氨分流器5和稀溶液分流器11根據(jù)冷卻介質(zhì)溫度來控制分流率，當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度不變時分流率為零；
[0050]當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度降低時，打開液氨流量閥14，將液氨儲罐13中部分液氨釋放到吸收器9中，使出口濃溶液濃度升高，使其盡可能接近該溫度、壓力下的飽和狀態(tài)，同時需要打開稀溶液分流器11的第二出口，從機組中分流出部分稀溶液進入稀溶液儲罐16，以免機組內(nèi)因溶液量過大而影響運行，然后關(guān)閉液氨流量閥14和稀溶液分流器第二出口 ；[0051]當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度升高時，打開液氨分流器5第二出口，將來自冷凝器4的液氨分流一部分進入到液氨儲罐13中，以從循環(huán)中分離出部分氨工質(zhì)，減小吸收器9出口濃溶液濃度，使其盡可能接近該溫度、壓力下的飽和狀態(tài)，防止吸收器中由于有吸收不完的氨蒸氣而導(dǎo)致吸收器和蒸發(fā)器壓力升高，進而影響蒸發(fā)器中制冷溫度；向液氨儲罐13加入液氨的同時需打開液氨儲罐頂部的放氣閥15，以適當(dāng)降低液氨儲罐內(nèi)壓力，保證冷凝器4和液氨儲罐13之間有一定的壓差，使分流的液氨順利進入液氨儲罐，同時需打開稀溶液流量閥17向機組中釋放一定量的稀溶液，以避免機組中因循環(huán)溶液量過少影響運行，然后關(guān)閉液氨分流器第二出口和稀溶液流量閥；
[0052]在不同冷卻水溫度和濃溶液濃度條件下，溶液泵可以通過變頻功能實現(xiàn)對循環(huán)溶液量和揚程的控制，以滿足機組運行需要。
[0053]基于圖1所示的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)及其濃度主動調(diào)控方法，該方法包括:
[0054]當(dāng)機組在一個穩(wěn)定的冷卻介質(zhì)溫度下運行時，兩個分流器分流率均為0，其中液氨分流率=S16/S5，稀溶液分流率=S17/S12，來自冷凝器的液氨全部經(jīng)過冷、節(jié)流后進入蒸發(fā)器制冷，來自溶液換熱器的稀溶液全部經(jīng)節(jié)流后進入吸收器，液氨流量閥、稀溶液流量閥和放氣閥全部關(guān)閉，此時機組處于該溫度下的穩(wěn)定工況；
[0055]當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度降低時，假設(shè)冷卻介質(zhì)的流量不變，則此時吸收器出口溶液溫度也隨之降低，并處于此溫度、壓力下的未飽和狀態(tài)，此時開啟液氨流量閥，向吸收器中釋放一定量的純氨，以使吸收器出口溶液盡可能接近本溫度、壓力下的飽和狀態(tài)，同時通過稀溶液分流器分流一定量的稀溶液進入稀溶液儲罐，以免機組內(nèi)因循環(huán)溶液量過大影響運行，然后關(guān)閉液氨流量閥和稀溶液分流器第二出口 ；
[0056]當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度升高時，假設(shè)冷卻介質(zhì)的流量不變，則吸收器內(nèi)由于吸收不完會導(dǎo)致壓力升高，此時開啟液氨分流器第二出口，從機組中分流出一定量的液氨進入液氨儲罐，以減少進入吸收器的氨蒸氣，進而使吸收器內(nèi)壓力恢復(fù)正常，防止吸收器中由于有吸收不完的氨蒸氣而導(dǎo)致吸收器和蒸發(fā)器壓力升高，進而影響蒸發(fā)器中制冷溫度；向液氨儲罐加入液氨的同時需打開液氨儲罐頂部的放氣閥，以適當(dāng)降低液氨儲罐內(nèi)壓力，保證冷凝器和液氨儲罐之間有一定的壓差，使分流的液氨順利進入液氨儲罐，同時需打開稀溶液流量閥向機組中釋放一定量的稀溶液，以避免機組中因循環(huán)溶液量過少影響運行，然后關(guān)閉液氨分流器第二出口和稀溶液流量閥；
[0057]在不同冷卻水溫度和濃溶液濃度條件下，溶液泵能夠通過變頻運行實現(xiàn)對循環(huán)溶液量和揚程的控制，以滿足機組運行需要。
[0058]為了更好的體現(xiàn)本發(fā)明所提工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)的有益效果，將其與傳統(tǒng)的濃度不可調(diào)型氨水吸收式制冷系統(tǒng)在全年工況下進行比較。采用Aspen Plus軟件對兩種系統(tǒng)進行模擬計算。表I是兩種系統(tǒng)的性能參數(shù)。表2是在相同制冷量的前提下，兩種系統(tǒng)全年的能耗比較。
[0059]模擬計算中假設(shè)制冷蒸發(fā)溫度均為_15°C，塔頂氨蒸氣純度均為0.998，并假設(shè)稀溶液熱量能盡可能完全回收(即高溫部分用于發(fā)生過程、低溫部分用于濃溶液預(yù)熱過程，溶液換熱器冷端溫差5°C，模擬中將稀溶液放熱過程全部放在溶液換熱器中)。
[0060]
【權(quán)利要求】
1.一種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:溶液泵(I)、溶液換熱器(2)、精餾塔(3)、冷凝器(4)、液氨分流器(5)、過冷器(6)、氨節(jié)流閥(7)、蒸發(fā)器(8)、吸收器(9)、濃溶液儲罐(10)、稀溶液分流器(11)、稀溶液節(jié)流閥(12)、液氨儲罐(13)、液氨流量閥(14)、放氣閥(15)、稀溶液儲罐(16)和稀溶液流量閥(17)； 其中: 濃溶液儲罐(10)與溶液泵(I)相連接，溶液泵(I)與溶液換熱器(2)相連接，溶液換熱器(2)與精餾塔(3)相連接，精餾塔(3)的頂部通過冷凝器(4)連接于液氨分流器(5)；液氨分流器(5)有兩個出口，第一出口依次通過過冷器(6)和氨節(jié)流閥(7)連接于蒸發(fā)器(8)，第二出口與液氨儲罐(13)相連接；液氨儲罐(13)底部與液氨流量閥(14)相連接，液氨儲罐(13)頂部與放氣閥(15)相連接；精餾塔(3)的塔釜再沸器通過溶液換熱器(2)連接于稀溶液分流器(11)，稀溶液分流器(11)有兩個出口，第一出口與稀溶液節(jié)流閥(12)相連接，第二出口通過稀溶液儲罐(16)連接于稀溶液流量閥(17);過冷器(6)、稀溶液節(jié)流閥(12)、液氨流量閥(14)和放氣閥(15)均與吸收器(9)相連接，吸收器(9)與濃溶液儲罐(10)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述溶液泵(I)是液體加壓設(shè)備，用于提高液體壓力；該泵是變頻泵，能夠根據(jù)機組循環(huán)溶液量的需要調(diào)節(jié)吸入溶液量，同時其揚程能夠根據(jù)冷卻水等因素的變化來自動調(diào)節(jié)；其入口與濃溶液儲罐(10)出口相連接，出口與溶液換熱器(2)冷側(cè)入口相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述溶液換熱器(2)是換熱設(shè)備，用于實現(xiàn)冷、熱物流間的熱量交換；其熱側(cè)進口與精餾塔(3)塔釜再沸器稀溶液出口相連接，出口與稀溶液分流器(11)入口相連接；其冷側(cè)入口與溶液泵(I)的出口相連接，冷側(cè)出口與精餾塔⑶進料入口相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述精餾塔(3)用于將加壓預(yù)熱之后的氨水濃溶液進行精餾分離，以制得高純度的氨和低濃度的稀溶液；其塔頂分凝器冷側(cè)為冷卻介質(zhì)，頂部出口與冷凝器(4)入口相連接；塔釜再沸器熱側(cè)為外熱源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器(4)是蒸氣冷凝設(shè)備，用于將精餾分離所得的濃氨蒸氣冷凝作為制冷工質(zhì)；其熱側(cè)出口與液氨分流器(5)入口相連接，冷側(cè)為冷卻介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述液氨分流器(5)和稀溶液分流器(11)是液體分流設(shè)備，液氨分流器(5)用于對液氨進行分流，稀溶液分流器(11)用于對稀溶液進行分流；其中液氨分流器5第一出口與過冷器(6)熱側(cè)入口相連接，第二出口與液氨儲罐(13)入口相連接；稀溶液分流器(11)第一出口與溶液節(jié)流閥(12)相連接，第二出口通過稀溶液儲罐(16)與稀溶液流量閥(17)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述過冷器(6)是換熱設(shè)備，利用來自蒸發(fā)器(8)的低溫制冷工質(zhì)冷卻來自液氨分流器(5)的液氨；其熱側(cè)入口與液氨分流器5出口相連接，熱側(cè)出口與氨節(jié)流閥(7)入口相連接，冷側(cè)進口連接于蒸發(fā)器(8)冷側(cè)出口，冷側(cè)出口連接于吸收器(9)入口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述氨節(jié)流閥(7)和稀溶液節(jié)流閥(12)是液體節(jié)流降壓裝置，氨節(jié)流閥(7)用于液氨的降壓，稀溶液節(jié)流閥(12)用于稀溶液的降壓；其中氨節(jié)流閥(7)出口與蒸發(fā)器(8)冷側(cè)入口相連接，稀溶液節(jié)流閥(12)出口與吸收器(9)相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸發(fā)器(8)用于將制冷工質(zhì)在其中吸熱蒸發(fā)，實現(xiàn)冷量輸出，其進口連接于氨節(jié)流閥(7)出口，其出口連接于過冷器(6)冷側(cè)入口。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述吸收器(9)是汽液混合吸收設(shè)備，其熱側(cè)包括來自過冷器(6)的氨蒸氣和來自稀溶液節(jié)流閥(12)的稀溶液，冷側(cè)為冷卻介質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述濃溶液儲罐(10)、液氨儲罐(13)和稀溶液儲罐(16)是液體儲存裝置，分別用于存放濃溶液、液氨和稀溶液；三個儲罐上分別帶有液位計，用于在濃度調(diào)節(jié)時觀察液位；其中濃溶液儲罐(10)的入口與吸收器(9)出口相連接，底部出口與溶液泵⑴入口相連接；液氨儲罐(13)的入口與液氨分流器(5)第二出口相連接，底部液體出口與液氨流量閥(14)入口相連接，頂部氣體出口與放氣閥(15)入口相連接；稀溶液儲罐(16)的入口與稀溶液分流器(11)的第二出口相連接，底部液體出口與稀溶液流量閥(17)的入口相連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述液氨流量閥(14)和稀溶液流量閥(17)是液體流量控制閥門，通過調(diào)節(jié)閥門開度進而控制流量；其中液氨流量閥(14)出口與吸收器(9)相連接；稀溶液流量閥(17)出口與稀溶液節(jié)流閥(12)的出口管路相連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述放氣閥(15)用于將液氨儲罐(13)中的部分氨蒸氣釋放到吸收器(9)中，以降低液氨儲罐(13)內(nèi)壓力，保證冷凝器(4)和液氨儲罐(13)有一定壓差，使液氨分流器(5)分流出的液氨能夠順利進入液氨儲罐(13);其入口與液氨儲罐(13)頂部放氣口相連接，出口與吸收器(9)相連接。
14.一種工質(zhì)濃度可調(diào)的氨水吸收式制冷系統(tǒng)的濃度主動調(diào)控方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1至13中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，該方法包括: 當(dāng)機組在一個穩(wěn)定的冷卻介質(zhì)溫度下運行時，兩個分流器分流率均為0，來自冷凝器的液氨全部經(jīng)過冷、節(jié)流后進入蒸發(fā)器制冷，來自溶液換熱器的稀溶液全部經(jīng)節(jié)流后進入吸收器，液氨流量閥、稀溶液流量閥和放氣閥全部關(guān)閉，此時機組處于該溫度下的穩(wěn)定工況；其中液氨分流率=S16/S5，稀溶液分流率=S17/S12，SI至S17表示循環(huán)工質(zhì)； 當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度降低時，假設(shè)冷卻介質(zhì)的流量不變，則此時吸收器出口溶液溫度也隨之降低，并處于此溫度、壓力下的未飽和狀態(tài)，此時開啟液氨流量閥，向吸收器中釋放一定量的純氨，以使吸收器出口溶液到盡可能接近本溫度、壓力下的飽和狀態(tài)，同時通過稀溶液分流器分流一定量的稀溶液進入稀溶液儲罐，以免機組內(nèi)因循環(huán)溶液量過大影響運行，然后關(guān)閉液氨流量閥和稀溶液分流器第二出口； 當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度升高時，假設(shè)冷卻介質(zhì)的流量不變，則吸收器內(nèi)由于吸收不完會導(dǎo)致壓力升高，進而影響蒸發(fā)器中制冷溫度，此時開啟液氨分流器第二出口，從機組中分流出一定量的液氨進入液氨儲罐，以減少進入吸收器的氨蒸氣，進而使吸收器內(nèi)壓力恢復(fù)正常，防止吸收器中由于有吸收不完的氨蒸氣而導(dǎo)致吸收器和蒸發(fā)器壓力升高，進而影響蒸發(fā)器中制冷溫度；向液氨儲罐加入液氨的同時需打開液氨儲罐頂部的放氣閥，以適當(dāng)降低液氨儲罐內(nèi)壓力，保證冷凝器和液氨儲罐之間有一定的壓差，使分流的液氨順利進入液氨儲罐，同時需打開稀溶液流量閥向機組中釋放一定量的稀溶液，以避免機組中因循環(huán)溶液量過少影響運行，然后關(guān)閉液氨分流器第二出口和稀溶液流量閥； 在不同冷卻水溫度和濃溶液濃度條件下，溶液泵能夠通過變頻運行實現(xiàn)對循環(huán)溶液量和揚程的控制，以滿足機組運行需要。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的濃度主動調(diào)控方法，其特征在于，該方法具體包括: 來自濃溶液儲罐(10)的濃溶液SI先經(jīng)溶液泵(I)加壓、溶液換熱器(2)預(yù)熱后形成高溫高壓濃溶液S3，進入精餾塔(3)進行精餾分離，精餾過程中塔釜再沸器所需熱量來自于外熱源，塔頂采出為高純度的氨蒸氣S4，進入冷凝器(4)中冷凝成液氨后進入液氨分流器(5)，液氨分流器(5)第一出口液氨先后經(jīng)過過冷器(6)過冷、氨節(jié)流閥(7)降壓后進入蒸發(fā)器(8)蒸發(fā)制冷，形成低溫低壓氨蒸氣S10，經(jīng)過過冷器(6)將液氨過冷后進入吸收器(9);精餾塔(3)塔釜再沸器產(chǎn)出為高溫高壓稀氨水溶液S11，經(jīng)溶液換熱器(2)回收熱量后進入稀溶液分流器(11)，稀溶液分流器(11)第一出口的稀溶液經(jīng)稀溶液節(jié)流閥(12)降壓后進入吸收器(9)，吸收制冷工質(zhì)氨蒸 氣形成濃溶液S15，進入濃溶液儲罐(10)，完成一個循環(huán)。
【文檔編號】F25B27/00GK103542590SQ201210247383
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月17日
【發(fā)明者】金紅光, 韓巍, 孫流莉, 鄭丹星, 林汝謀, 楊金福, 崔平 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所