回收精馏热的GAX氨水吸收式热泵性能优化模拟

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燃气驱动氨水吸收式热泵系统可以从空气等低温热源中提取热量,相对于燃气直接燃烧供热有一定的优势,对于提高能源利用率,调整能源消费结构等方面具积极意义。在特定的工况条件下,氨水吸收式热泵系统中吸收器和发生器之间存在温度重叠的现象,部分吸收热可回收用于发生过程,从而提高了热泵系统的性能系数。当蒸发温度降低或者回水温度升高时,氨水吸收式热泵系统的GAX效应会减弱甚至消失,但是精馏热的数量和品位增加。当GAX效应减弱甚至消失时,氨水吸收式GAX热泵可以通过回收精馏热来提高系统性能系数,因此本文将对回收精馏热的GAX氨水吸收式热泵系统进行理论研究。首先基于MATLB软件编写了基于舒尔茨状态方程的物性计算程序,与相关文献数据进行对比,纯氨气相和液相焓值最大相对误差分别为0.27%和3.06%,氨水溶液气相和液相焓值最大相对误差分别为0.05%和2.7%,验证了物性计算程序计算结果的准确性。根据回收精馏热的GAX氨水吸收式热泵系统中各个设备以及循环的特点,建立系统中各个部件以及循环的数学模型,并结合舒尔茨状态方程程序编写了热泵系统的热力计算程序。在此基础上针对回收精馏热的GAX氨水吸收式热泵系统进行数值模拟,与普通单级氨水吸收式热泵系统对比,其内部热回收能力更强,性能系数COP更高。在本文讨论的工况范围内,回收精馏热的GAX氨水吸收式热泵系统性能系数相对于普通氨水吸收式热泵系统性能系数最多提高了10.9%。回收精馏热的GAX氨水吸收式热泵系统热回收溶液工艺流程分析结果表明,虽然使用水冷吸收器出口全部浓溶液先回收精馏热,再回收吸收热,可提高发生器入口浓溶液焓值,减少发生器热负荷,但是其内部回热方式会导致溶液冷却吸收器入口浓溶液温度T4升高,一定程度上限制了溶液冷却吸收器中吸收热的回收。为了进一步提高热泵系统内部热回收能力,本文提出了溶液分流氨水吸收式热泵系统,使用溶液分流的方式进行内部回热,将水冷吸收器出口浓溶液进行分流,分别回收系统中的精馏热和吸收热。由于溶液分流比例K对溶液分流氨水吸收式热泵的内部回热过程有着重要的影响,因此对定工况下溶液分流比K选取范围以及最佳溶液分流比Kop取值进行了分析,确定了溶液分流比K取值范围以及最佳溶液分流比Kop取值的方法。对溶液分流氨水吸收式热泵进行的数值模拟中,分析了最佳溶液分流比Kop随工况变化的情况,分析结果表明最佳溶液分流比Kop随蒸发温度以及发生温度的升高而降低,随回水温度升高而增大。与回收精馏热的GAX氨水吸收式热泵系统的热回收溶液工艺流程相比,溶液分流法回收的热量更多,溶液分流氨水吸收式热泵系统性能系数更高。当蒸发温度和回水温度之间温差较大时,其热回收溶液工艺流程对系统内部回热能力和性能系数提升方面的优势更为明显。在本文讨论的工况范围内,溶液分流氨水吸收式热泵系统性能系数相对于回收精馏热的氨水吸收式热泵系统最多提高了9.2%。
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