三效吸收式溴化鋰制冷機在分布式能源的應(yīng)用

薛 興 喬 宇 薛學(xué)營

(煙臺荏原空調(diào)設(shè)備有限公司，山東 煙臺 265500)

0 引言

2012年10月國務(wù)院發(fā)布的《中國的能源政策(2012)》白皮書指出：“促進清潔能源分布式利用。中國堅持‘自用為主、富于上網(wǎng)、因地制宜、有序推進’的原則，積極發(fā)展分布式能源。在能源負荷中心，加快建設(shè)天然氣分布式能源系統(tǒng)?！濉陂g建設(shè)1 000個左右天然氣分布式能源項目，以及10個左右各類典型特征的分布式能源示范區(qū)域?！?/p>

2013年5月18日，湖北省發(fā)改委核準了“武漢創(chuàng)意天地分布式能源站“項目，也是湖北省核準的首個天然氣分布式能源項目。規(guī)劃建設(shè)規(guī)模為5×4 MW級燃氣內(nèi)燃機組，配5臺單機制冷量為3.93 MW的煙氣熱水型溴化鋰熱組，同時配置3臺單機制冷量為1.758 MW的離心式冷水機組作為調(diào)峰設(shè)施。

此外，2012年華北地區(qū)較長時間受PM2.5粉塵顆粒問題所困擾，加上南方地區(qū)傳統(tǒng)上沒有公用供暖設(shè)施，在這種大背景下煙氣型吸收式制冷(供熱)機有著電制冷空調(diào)不可比擬的優(yōu)勢。

1 冷熱電三聯(lián)供

燃氣冷熱電三聯(lián)供，即CCHP(Combined Cooling，Heating and Power)，屬于分布式能源，是指以天然氣為主要燃料帶動燃氣輪機或內(nèi)燃機發(fā)電機等燃氣發(fā)電設(shè)備運行，產(chǎn)生的電力滿足用戶的電力需求，燃機高溫尾氣(550～750 ℃)進入吸收式制冷機組，夏天產(chǎn)生空調(diào)水，冬天生產(chǎn)熱水。也可以同時生產(chǎn)空調(diào)水和熱水。它從20世紀80年代開始興起發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)成為一種技術(shù)成熟的能源供應(yīng)方式。

在熱、電、冷需求相對集中區(qū)域建立分布式能源站，不僅可以實現(xiàn)近距離有效直供，而且可減少電網(wǎng)降壓損失，減少區(qū)域鍋爐排放，提高熱效率，達到區(qū)域能源的有效利用。

按照供應(yīng)范圍三聯(lián)供可以分為區(qū)域型(DCHP)和樓宇型(BCHP)2種。目前熱電聯(lián)產(chǎn)能量消耗分析如圖1所示。

由圖1可以看出，有一半的能量損失在熱能上，若這部分能量沒有得到利用，將白白浪費掉，為了回收此部分余熱，引入吸收式制冷機。系統(tǒng)改造方案如圖2所示。

2 一種三效制冷機的研究

2.1 三效吸收式溴化鋰制冷機流程介紹

為了高效地回收余熱，有必要提高吸收式制冷機的效率。以下對一種更高效的吸收式制冷機做介紹，如圖3所示。

本機型設(shè)置了三級發(fā)生器，附帶有煙氣溶液熱交。主要筒體由3個發(fā)生器、1個冷凝器、1個蒸發(fā)器和2個吸收器組成。稀溶液從吸收器流出，主回路流經(jīng)低溫、中溫、高溫熱交換器；小股稀溶液從低溫熱交前分流，流經(jīng)R.DEX、煙氣溶液熱交后與主回路高溫熱交稀溶液出口匯合進入高壓發(fā)生器。

溶液在高壓發(fā)生器中由煙氣加熱，直至發(fā)生出的冷劑蒸氣進入中壓發(fā)生器作為其發(fā)生的熱源，釋放潛熱變?yōu)槟鹘?jīng)R.DEX后進入冷凝器；同時，高壓發(fā)生器中經(jīng)過發(fā)生濃縮的溶液，經(jīng)過高溫熱交流入中壓發(fā)生器做進一步的發(fā)生。

SP1、SP2—溶液泵 RP—冷劑泵 GH、GM、GL—高溫、中溫、低溫發(fā)生器 H.H、M.H、L.H—高溫、中溫、低溫溶液熱交換器 R.DEX—凝水熱交換器 Gas.HEX—煙氣熱交換器 C—冷凝器 A1、A2—吸收器 E—蒸發(fā)器 J、J Pipe—溶晶液腔、溶晶管

中壓發(fā)生器發(fā)生的蒸氣進入低壓發(fā)生器，作為其加熱熱源，釋放潛熱變?yōu)槟苯舆M入冷凝器；而中壓發(fā)生器中的溶液經(jīng)過中溫熱交后流入低壓發(fā)生器做最后的濃縮。

低壓發(fā)生器產(chǎn)生的冷劑蒸氣經(jīng)冷凝器冷凝，同之前的冷劑進入蒸發(fā)器蒸發(fā)。低壓發(fā)生器中的濃溶液經(jīng)過低溫熱交，流入吸收器吸收蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷劑蒸氣，這樣就完成了一個制冷循環(huán)。

2.2 流程的特點

因為吸收器中的稀溶液全部送往高溫發(fā)生器中，在高溫發(fā)生器中需要對多余的稀溶液顯熱部分進行加熱，這樣就存在效率差的問題。相反，它也有高溫發(fā)生器返回溶液溫度低這樣的優(yōu)點。

采用串聯(lián)循環(huán)相比并聯(lián)，循環(huán)量大放汽范圍小，在相同高壓發(fā)生器最高溫度下，由于高壓發(fā)生器中的溶液濃度較低，對應(yīng)的溶液飽和溫度也較低，這對減輕腐蝕是極其有利的。但由于熱效率相比其他循環(huán)如并聯(lián)及逆串聯(lián)等較低。為此增加了余熱回收設(shè)備煙氣熱交及凝水熱交，來提高熱效率?？墒古艧煖囟冉档偷?50 ℃左右。

2.3 需要考慮的設(shè)計問題

除了在機組設(shè)計外，在系統(tǒng)方面還需要考慮：(1)廢熱量和需熱量間的熱平衡；(2)供熱側(cè)的廢熱量和溫度變化對用戶的影響；(3)用戶需熱量變化對供熱側(cè)的影響；(4)腐蝕問題，采用新型緩蝕劑，降低溶液發(fā)生溫度及濃度等措施減緩腐蝕。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化的迅速推進以及人們生活水平的提高，在建設(shè)資源集約型分布式能源系統(tǒng)中，以煙氣型余熱回收為代表的吸收式制冷機(熱泵)必將得到廣泛應(yīng)用。日前，國家已出臺相關(guān)補貼政策。

[1]陳霖新，唐艷芬，王建.燃氣冷熱電三聯(lián)供的能量消耗分析研究 [J].節(jié)能環(huán)保，2005(4)

[2]王長慶.發(fā)展溴化鋰吸收式制冷 機回收工業(yè)余熱[J].工廠動力，1993(2)

[3]高田秋一.吸收式制冷機[M].機械工業(yè)出版社，1985