小型烟气-热水型 溴化锂吸收式制冷机组试验研究
范峻铭1蒋鹏余健亭2杨光1孟伟2李璐伶1.2
（1.深圳市燃气输配及高效利用工程技术研究中心深圳518049：
2.深圳市燃气集团股份有限公司深圳518049）
【摘要】探究适合于匹配小型分布式能源的烟气-热水型澳化锂吸收式制冷机组可降低设备初投资及拓展应用场景，选取某国产130%W烟气-热水型吸收式溴化锂制冷机组为研究对象，通过搭建与之匹配的试验台，测试了该机组冷冻水出口温度和冷却水进口温度对制冷量的影响，并测试了余热烟气进出口温度和热水温度、冷冻水进出口温度、吸收机制冷量、高低发温度随时间的变化规律.研 究结果表明，冷冻水出口温度每升高1℃，制冷量提升3-4%，冷却水进口温度每增加2℃，制冷量降低2-6%.烟气进吸收机温度在280-440℃之间变化，出口烟气温度维持在65℃.冷剂泵开启后（约吸收机启动20min），高压和低发溶液出口温度随时间逐步升高，分别稳定在108C和57℃，冷冻水进出口温度维持在15/10℃左右-吸收机制冷量维持在100-115kW.误差分析得到制冷量和 冷冻水出口温度误差分别为8.6%和0.5%，显示了较高的准确度.
【关键词】小型分布式能源系统：双效余热吸收式：澳化锂制冷机组：性能测试
中图分类号TK29文献标识码A
Performance Assessment of an Exhaust-gas-and-hot-water-driven Absorption Chiller
( 1.Shemzhen Engineering Research Centre for Gas Distribution and Efficient Utilization Shenzhen 518049;2.Shenzhen Gas Co. Ltd Shenzhen 518049 )
【Abstra To explore the exhaust-gasand-ot-waterdriven aborption chiller suitable for matching smalldistributd enegsources it can reduce the initial investment of equipent and expand the applicatio scenarios. This paper selects a domestic130kW double-effect waste het absoeption type lithium bromide refrigeration umit as the rescarch object. By building a matchingofthe ch tBid ti d tmeftas tt ftt wat il test bench the effects of the chilled water outlet temperature and cooling water inlet temperature of the unit on the cooling capacityoutlet temperatures of the chilled water and the cooling of the absorption machine were tested as time changes Moreover temperatures of solution from high pressure generator and low pressure generator were recorded with time respctively. Resultsshowed that for every 1 C inrease in tbe chilled water outlet tmperature the cooling capacity inreased by 34% and for every2 °℃C increase in the cooling water inlet temperature the cooling capacity decreased by 2-6% The temperature of the flue gas entering the chille varied between 280440°C and the temperature of the flue gas at the outle was maintained at 65°C. Affer therefrigerant pump was turned on (about 20 minutes affer the chiller was started) the outle temperatures of the high-pressure and low
pressure solutions gradually inerease with time and were stable at I08 °C and 57 °C respectively and the inlet and outlet temperatures of the chilled water were maintained at abou 15/10°℃. The cooling capacity of the absorption machine remained at100-115kW. Basd on the error analysis the erros of Q and T were 8.6% and 0.5% respetively indicating the testing resltshave a good accuracy.
【Keywords 】 Small distributed energy system; Double-effet waste heat absorption; Lithium bromide refrigeration unit;Performance test
0引言
1测试机组描述
吸收式制冷是以热能为驱动能量来推动制冷循环产生冷量.HzO/LiBr是吸收式制冷工质对中使用最为广泛的，其利用蒸发热较高的水做制冷 剂，具有良好的系统性能和环境友好性川.与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比，澳化锂吸收式制冷具有耗电量少、热动力要求低、环境效益好、运行安静、制造工艺简单、经济性能好和变负荷性能优越 等特点.烟气热水型澳化锂机组指回收燃气内燃机或燃机轮机排出的烟气和缸套热水的余热进行制冷的装置，以实现能量的梯级利用，在分布式能源项目中应用较多23.
仿真及优化4、单效或复合溴化锂机组的关键部 国内外对溴化锂机组的研究主要集中在系统件、实验及参数分析56、以及澳化锂机组与其他能源如太阳能、合成气等系统的耦合过程7对.一般面言，适用于匹配大型燃气冷热电三联产系统的 余热吸收式溴化锂制冷机组均在MW级以上.然而大型天然气冷热电分布式能源系统具有初次投资大经济效益较差、使用场景受限等原因9.因此开发小型的天然气冷热电分布式能源系统具有重的性能及其性能提升潜力报道较少.本文旨在探究 要意义，然而国内外文献对于小型澳化锂制冷机组及测试适配于匹配小型分布式能源系统的烟气-热水型澳化锂吸收式制冷机组性能.
本文所采用的是国内某厂家生产的烟气热水型吸收式制冷机组，其制冷工艺流程如图1所示，与之对应的制冷循环-浪化锂浓度图如图2所示.余热制冷循环包括溴化锂溶液循环回路和冷剂 蒸汽循环回路：澳化锂溶液循环回路由溶液泵1将澳化锂溶液抽出开始，依次经历状态点2→7→14→15→10→12→13→4→8，状态点8的溴化锂浓溶液在吸收器内吸收冷剂蒸汽后，变成状态点2的稀溶
液，完成循环.在冷剂循环回路中，高压发生器产生的蒸汽3”，在低压发生器内冷却至3"，然后进入冷凝器中冷却至3.同时，低压发生器产生的蒸汽3和3，经过冷凝器冷却至3.状态点3的制 冷剂经U型节流后进入蒸发器换热后至状态点1，完成循环.
图1烟气热水型吸收式制冷机组工艺流程
图2烟气热水型制冷循环烩-溴化锂浓度图
Fig.2 H-Libr(wt%) diagram ofexhaust-gas-and-hot-water-driven absorption chiller
冷机组，其三维模型图如图3所示，机组的基本参 试验所采用的国产小型烟气-热水型吸收式制数见表1.由表1可知，机组长宽高分别为3.09mx2.02mx2.83m，机组设计制冷量为130kW，蒸发压力为0.9kPa，由水的气液平衡可知，在该温度下，
56%，其放气范围为4-5%.澳化锂溶液中加入钼 水的饱和温度仅为5.5℃.溴化锂稀溶液浓度为酸锂可有效防止对管道的腐蚀.机组冷冻水的进出口温度为12℃和7℃，冷却水进出口温度设计值为32C和37℃.高压发生器所需的烟气进出口温度出口温度分别为85℃和80℃. 为543C和100℃，低压发生器所需的缸套热水进
吸收式制冷机组COP的定义式为
(1)
(2)
式中：Q为总制冷量，kW：Qr和Qkca分别为烟气和缸套热水所提供的热量，kW.m为质Ta分别为冷冻水进口和出口温度，C. 量流量，kg/h：C 为定压比热容，kJ/kg-K：Ta和
依据上述性能参数COP的定义式，该烟气热水型制冷机组的COP设计值为1.06.
2机组性能测试
为了测试该机组的性能表现，搭建的试验台如图4所示.试验的冷却水通过冷塔进行换热降温，冷冻水的循环经过冷量消耗换热器进行升温.该机组出口的冷却水先后经过温度传感器（T4）、球阀泵（P2）、流量计（F2）进入机组进行换热.同时， （V2）进入冷塔，冷塔出口的冷却水经过变频水出口的冷冻水先后经过温度传感器（T2）、球阀（V1）进入冷量消耗换热器进行升温，经由变频水泵（P1）、流量计（F1）返回机组.制冷机组所 需的高温烟气和缸套热水由一台90kW的燃气内燃机提供.每隔1min记录该机组冷却水温度、冷冻水温度、制冷量、高低发温度、烟气和热水温度等参数.
图3烟气热水型吸收式制冷机组三维建模图
Fig.3 3D diagram of exhaust-gas-and-hot-water-drivenabsorption chiller
表1制冷机组设计参数
Table 1 Design parameter of the chiller
项目 单位 数值制冷量 kW 01溴化锂稀浓度 10*kcal/h % 12 56放气范围 % 45燕发温度 燕发压力 kPa 0.9 5进出口温度 12/7冷水 冷水温度范围 流量 m/h 510 20接管直径 mm 65冷却水 进出口温度 流量 m²/h C 32/37冷却水进口温度 接管直径 mm 18-34余热烟 进出口温度 0. 543/100 08气 烟气进出口尺寸 流量 m/h mm 550.27 250进出口温度 0. 85/80热源热 压力降 流量 mH;O m/h 10.3 10水 接管直径 mm 40功率容量 长度 kW 3290 5.8外形 宽度 mm 2020高度 2830
图4烟气吸收式制冷测试示意图
Fig.4 Testing diagram of
exhaust-gas-and-hot-water-driven absorption chiller
3结果与分析
考察改变外部条件，包括冷冻水出口温度和冷却水进水温度，测试机组的制冷量的相对变化情
况，如图5所示.测试条件的基准条件为：冷冻水在其他参数不变的情况下，随着冷冻水出口温度增 出口温度7℃，冷却水进口温度在32℃.如图可知，加，制冷量呈现上升趋势，冷冻水出口温度每升高1C，制冷量提升3-4%.冷冻水温度升高，蒸发温度升高，则蒸发压力升高，吸收机吸收能力提高， 放气范围增加，故制冷量提高.在同一冷冻温度下，随着冷却水进口温度的增加，制冷量降低.如图所示，当冷却水进口温度每增加2℃，制冷量降低2-6%.冷却水温度增加，稀溶液的冷却温度增加，则溴化锂稀溶液的质量分数升高，吸收能力降低， 故制冷量下降.综上所述，为获得较高制冷量，可提高冷冻水出口温度和降低冷却水进水温度.然而，冷却水温度过低会使溴化锂浓溶液质量过高，引起结晶风险或冷剂水污染等温度.可设置机组冷 却水最低进口温度，以防止结晶.
图5制冷量与冷冻水出口温度、冷却水进口温度关系Fig.5 Effeet of chilled water temperature and coolingwater temperature on cooling capacity
图6显示了测试过程中吸收机进出口烟气温化.烟气和热水由燃气发动机提供.在测试区间范 度、热水出口温度和热水三通阀开度随时间的变围内，烟气进吸收机温度在280-440℃之间变化，经过高压发生器换热后，出口烟气温度维持在65℃.此外，热水进水温度在71-80℃之间，在 20min左右出现波动.热水三通阀初始开度在100%，即表示热水完全进入吸收机低压发生器换热.在20min前，由于吸收机处于预热状态，无制冷功能，因此热水三通阀全开的情况下，热水进口温度变化不大.当20min后，吸收机开启冷剂循环 泵，由于在低温发生器内，热水与澳化锂稀溶液换热后，引起热水出口温度降低，在发电机缸套中加热后，温度亦降低为了维持热水进入吸收机的温度，此时逐步关闭热水三通阀，使进入吸收机的热
水流量降低，由图可知，最终热水三通阀开度由75℃，可保持系统的稳定运行. 100%逐步降低维持在30%，热水进口温度维持在
图6烟气温度、热水进口温度和三通阀开度变化Fig.6 Variation of flue gas temperature hot watertemperature and triple value opening
制冷量与测试时间的变化.在测试前20min左右， 图7显示了吸收机冷冻水进出口温度、吸收机吸收机未开启冷剂循环泵，无制冷功能，此时冷冻水进出口温度维持在15℃.当冷剂泵开启后，冷冻水出口温度迅速降低至10C左右，经过出口冷时，吸收机制冷量在2min内由0急速升高至 量消耗换热器后，冷水回水温度控制在15℃.同100kW，并维持在100-115kW.测试所得吸收机的制冷量小于设计制冷量的主要原因在于：（1）吸收机热源烟气温度未达设计值（543℃）：（2）吸收机 热源热水进口温度仅为75℃，低于设计值（85℃），并且热水流量仅为设计值的30%.因此，虽然冷冻水出口温度高于设计值，有利于制冷量的提升，但由于吸收机整体供热不足，因此总体实际制冷量与设计制冷量存在差距.
图7吸收机冷冻水进出口温度、制冷量变化
Fig.7 Variation of chilled watertemperature and cooingcapacity
吸收机高发温度和低发温度随测试时间的变化如图8所示.在前20min内，高压发生器出口溶
5结论
液温度随时间逐步升高，由72℃逐步上升至108℃，吸收机低温发生器出口溶液温度基本不变， 维持在30C左右.这主要是因为高压发生器中高温烟气加热溴化锂溶液，使溶液出口温度升高.由于吸收机未开启冷剂泵，因此流经低压发生器的出20min后，由于烟气温度不变，故高压发生器内的 口溶液无蒸汽换热，故低发温度温度不变.当超过澳化理溶液处于气液平衡状态，故温度基本不变.冷剂泵开启后，低压发生器内溶液与高发产生的蒸汽及燃气机缸套热水换热后，温度升高，最终稳定维持在57℃.
选取适合于匹配小型分布式能源系统的烟气热水型吸收式制冷机组为研究对象，通过搭建与之匹配的试验台，测试了各个参数随时间的变化规律，结果表明：
上升趋势，冷冻水出口温度每升高1℃，制冷量提 （1）随着冷冻水出口温度增加，制冷量呈现升3-4%.在同一冷冻温度下，随着冷却水进口温度的增加，制冷量降低，当冷却水进口温度每增加2℃，制冷量降低2-6%
间变化，经过高压发生器换热后，出口烟气温度维 （2）余热烟气进吸收机温度在280-440℃之持在65℃.在20min前，由于吸收机处于预热状态，无制冷功能.热水三通阀开度维持在30%，可保持系统的稳定运行.
（3）当冷剂泵开启后，高压和低发溶液出口温度随时间逐步升高，分别稳定在108℃和57℃.当冷剂泵开启后（20min后），冷冻水进出口温度维持在15/10℃左右.同时，吸收机制冷量急速升高至100kW，并维持在100-115kW.
图8吸收机冷冻水高低发温度随时间变化
（4）机组性能参数Q和7的测量误差分别为8.6%和0.5%，显示了测试结果较高的准确度.
Fig.8 Variation of high and low temperatures of solutionfrom HP and LP generators
4误差分析
参考文献：
[1]谢娜，韩高岩，吕洪坤，等.烟气热水型澳化锂吸收式制冷机组的仿真及性能分析[].热能动力工程，2020 35(4):40-45.[2]张庆福，毕迹文.浅谈天然气分布式能源站设备的选择[3]王虹雅，周物，黄诗雯，等双效溴化锂吸收式热泵余热回收 [].中国设备工程 2018 (14):149-151.系统数值模拟研究[』.制冷与空调，2021 35（1):32-36.[4] T Halon E Pelinska-Oko M Szyc et al. Predictingby means of an artificial neural network[] Energies p uodaospe paamod xq 1sp e jo sourousd(Basel) 2019 12(17):3328.[5]杨磊，李华山，陆振能，等.溴化锂吸收式制冷技术研究进展[J].新能源进展 2019 7(6):532-541.[6] M Puig-Arnavat J Lopez-Villada JC Bruno et al. Analysis and parameter identification for characteristicequations of single and double-effet absorption chillersby means of multivariable regression[J]. Int. J. Refrig.-2010 33(1):7078. （下转第923页）
在小型烟气热水型吸收式制冷机组测试中，反映性能特征的参数主要有制冷量（Q）和冷冻水出口温度（T），其中，T为直接测量量，Q为间接测量量，其误差可由相关直接测量量通过误差传的函数（△T=TT），故满足： 播定律获得.由式（2）可知，制冷量Q为m和△7
(3)
制冷量Q的误差计算表达式为：
(4)
在式（4）中，e为冷冻水流量计的测量误差，选用的流量计误差为±0.5%，即e=0.5%：esr为吸收机进口温度和出口温度的差值，选用的铂电阻温小值为4.6℃，由误差传递理论可知，esr最大值为 度计PT100的精度为±0.2C，由图7可知，A7最ea=0.4/4.6=8.6%.因此，eQ为8.6%，小于10%综合可知，测试所得指标参数误差均小于10%，准确度较高.
