300KW余熱吸收式制冷系統(tǒng)發(fā)生器的設計研究

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1、題 目 300KW余熱吸收式制冷系統(tǒng)發(fā)生器的設計研究 300KW余熱吸收式制冷系統(tǒng)發(fā)生器的設計研究【摘要】鑒于我國還處在一個工業(yè)化的工程中，而我們的工業(yè)余熱利用還相去甚遠。所以本次設計選擇氨水吸收式制冷，氨水以其低廉、安全的特點已經(jīng)在吸收式制冷技術中相當成熟，所以在設計過程中有很多標準可供參考。雖然現(xiàn)在也受到很多新型工質對的挑戰(zhàn)，仍然有很大優(yōu)勢。吸收式制冷利用廢熱為熱源不同于壓縮式，只消耗很少電能，所以我相信將來會有很大的發(fā)展?jié)摿?。本次設計的發(fā)生器采用浮頭管殼式換熱裝置也有非常成熟的技術標準，這種結構易于清潔安裝，對于以煙氣為熱源的機構有很大幫助?！娟P鍵字】 氨水 吸收式制冷 發(fā)生器 浮頭管殼

2、式300 kw generator heat absorption refrigeration system design research【Summary】Given China is still in an industrial project, and our industrial waste heat utilization still far. So this design choice ammonia absorption refrigeration, ammonia its low, safety features already in the absorption refrig

3、eration technology is fairly mature, so in the design process there are many standards for reference. While it has also been a lot of new challenges of working pairs, there is still a great advantage. Absorption refrigeration waste heat as a heat source is different from the use of compression, cons

4、umes very little power, so I believe that there would be great potential for development. The design of thegenerator uses floating head shell and tube heat exchangers also have a very mature technology standards, this structure is easy to clean and install flue gas as a heat source for the body to b

5、e of great help.【Keyword】 Ammonia Absorption refrigeration Generator Shell and tube floating head 目 錄1.課題的背景和研究意義 .12.氨制冷技術的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .23.氨水吸收式制冷優(yōu)缺點 3.1 氮水吸收式制冷機優(yōu)點.33.2氨水吸收式制冷機缺點.34解決的問題與方法55.氨水吸收式制冷機組 5.1吸收式制冷系統(tǒng)工作原理.6 5.2吸收式制冷循環(huán)的性能指標65.3方案選擇85.4吸收式制冷流程圖.8 5.5氨水溶液的性質.96.熱力計算 6.1氨水溶液的h-圖 .106.2原始設計參數(shù)

6、設116.3各參數(shù)值的確定.12 6.4熱平衡.126.5熱力系數(shù).127.發(fā)生器設計 7.1發(fā)生器形式選擇.13 7.2傳熱計算.157.3管程計算.16 7.4殼程結構和殼程計算.177.5需用的傳熱面積.18 7.6阻力計算.188.鍋爐尾部煙氣的特性分析 8.1煙氣成份和腐蝕.20 8.2煙氣中攜帶大量預熱.20 8.3解決煙氣腐蝕性的途徑.20 8.4 煙氣引入方案設計.219.維護 9.1防腐措施.22 9.2機組的氣密性檢驗.229.3管路清洗22 9.4溶液充灌.22 9.5保溫.2310.設備性能分析改進 10.1提高發(fā)生器的傳熱效率.24 10. 2提高機組部分負荷時的效率

7、.24 10.3提高控制性能.24總結.25致謝.26參考文獻.27III1.課題的背景和研究意義在我們的生活中比較常見的制冷設備就是壓縮式制冷機，比如家用冰箱等。但根據(jù)熱力學第二定律，制冷必需消耗能量，在壓縮式制冷機中就要消耗電能或機械能轉動壓縮機才能使制冷系統(tǒng)常工作。而電能要由發(fā)電廠供給，而我國，主要由火力發(fā)電廠燃煤轉換得來。但化石能源面臨枯竭，再看看今年的空氣污染，我們有必要讓高品位能源電，發(fā)揮更高的價值。因此發(fā)展耗用電力極少的吸收式制冷機是十分必要的。許多生產(chǎn)行業(yè)(如煉油、石油化工、化肥、鋼鐵等)在其生產(chǎn)過程中，有大量的低品位余熱排出，然而我們大多受企業(yè)都是直接排向自然界，不僅浪費了能

8、源，還污染了環(huán)境。如果能利用這部分排向環(huán)境中去的余熱，采用氨水吸收式制冷來滿足企業(yè)生產(chǎn)時所需的冷量，以及員工生活所需，就能節(jié)約大量的能源，降低生產(chǎn)成本?？傊?，在當前能源緊缺，電力供應緊張，環(huán)境問題日益嚴峻的形勢下，吸收式制冷術以其特有的優(yōu)勢已經(jīng)受到廣泛的關注。目前，吸收式制冷正在向著小型化、高效化的方向發(fā)展，各國對吸收式技術的開發(fā)研究主要集中在聯(lián)合循環(huán)、余熱利用、吸收式熱泵、吸收和發(fā)生過程的機理研究、換熱結構和換熱表面、界面活性劑及緩蝕劑、機組優(yōu)化設計及經(jīng)濟性分析、系統(tǒng)的特性仿真等方面。吸收式制冷已經(jīng)成為制冷技術的主要發(fā)展方向之一，有著非常廣闊的前景。2.氨制冷技術的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1859

9、年，F(xiàn).Carre制成第一臺氨水吸收制冷機組，并與1860年申請專利。由于壓縮機的發(fā)明和能源相對富裕，氨水吸收制冷裝置當時沒有流行開來，隨著能源的逐步枯竭，人類對氨水吸收制冷研究重新重視。從1969年起，小型氨水吸收制冷機組開始進入市場。自1969年以來，日本進行了新型余熱氨吸收制冷機組的商業(yè)開發(fā)，已有蒸汽型和燃氣型系列產(chǎn)品進入市場。美國對余熱氨水吸收制冷機組的研究也走在世界的前列。國內的科研院校自上世紀90年代以來開始重視這方面的研究，中科院熱物理研究所、大連理工大學、上海理工大學等院校在這方面的研究比較深入，分別作出了樣機進行測試。2000年以來，其中一些科研院所研究生產(chǎn)的氨水擴散吸收式冰

10、箱已經(jīng)進入市場。 隨著化學能源的枯竭，余熱氨水吸收制冷機組的研究和推廣將出現(xiàn)嶄新的局面。國家在節(jié)能減排方面必將針對該產(chǎn)品出臺一些優(yōu)惠政策，對生產(chǎn)和研發(fā)企業(yè)給予優(yōu)惠，對產(chǎn)品的推廣和使用給予一定的扶持。將會推動氨制冷設備的質量和能效將得到提高；氨制冷系統(tǒng)將機組化、小型化；大型氨制冷系統(tǒng)將進一步簡化；氨制冷系統(tǒng)控制將更趨自動化；氨制冷系統(tǒng)的安全性、可靠性將更加完；氨制冷技術的應用范圍將更加廣泛。相信余熱氨水吸收制冷機組逐漸會被大家認識和接受，機組的大面積推廣必將為中國的節(jié)能減排事業(yè)做出貢獻。而余熱發(fā)電也向熱電冷三項發(fā)展，并帶動相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時雙極SCA氨水制冷系統(tǒng)、新的發(fā)生器采用薄膜換熱技術提高

11、熱交換性能、吸收器余熱重新利用加熱發(fā)生器濃氨水技術以及新的冷凝技術必將帶動氨水吸收式制冷技術的廣泛推廣。3.氨水吸收式制冷優(yōu)缺點3.1 氮水吸收式制冷機優(yōu)點：（1）節(jié)能.可以利用低品位熱能，使能源得到合理利用。氨水吸收式制冷機所消耗的能量主要是熱能，而所需溫度只要在50以上就能利用。所以除了可采用低壓鍋爐的蒸汽外,還可以廣泛利用生產(chǎn)過程中的余熱，如廢汽、廢液、廢水、廢氣等二次能源。如果有熱電廠的汽輪機抽汽或背壓汽輪機的排汽可以利用，則更可使燃料得到綜合利用，從而對節(jié)約能源有著重大意義。此外，太陽能、地熱能等也可用作熱源，這樣使自然界的能源也得以充分利用。（2）.節(jié)電。氨水吸收式制冷機除了為驅動

12、溶液泵要消耗極少量電能外，其它設備都不需要電能，即使把用于冷卻水循環(huán)水泵的電能全部計算進去，總電能耗量也只有相應壓縮機的10%左右。這對于減輕電網(wǎng)負荷，緩和當前我國十分突出的電力供應緊張十分重要。（3）.可露天安裝除操作室外，所有設備都可露天安裝，從而節(jié)省了廠房投資。（4）.設備制造容易除泵以外，系統(tǒng)內主要是一些熱質交換設備，對加工工藝的要求不高，一般具有壓力容器制造許可證的工廠都能生產(chǎn)，所以便于推廣。（5）.運行平稚可靠，操作簡單，便于調節(jié)。（6）.嗓聲小由于運動部件只有泵，系統(tǒng)內也沒有高速氣流，所以運轉時振動和噪音都較小，有益于操作工人的身心健康；（7）.易于維修； （8）可以在一臺機組上

13、實現(xiàn)多個蒸發(fā)通度根據(jù)用戶對制冷溫度的不同要求，可在一設備中產(chǎn)生多種溫度的冷量，既可產(chǎn)生低于0的，也可以供給0以上的冷量。使機組充分發(fā)揮作用，減少初投資；（9）單臺機組的制冷量可以達到很大； 3.2 氨水吸收式制冷機缺點 （1）.由于部件多，消耗的鋼材多，初投資費用增加。但蒸發(fā)溫度愈低，則與壓縮式制冷系統(tǒng)的投資費用愈相接近。當機組容量大時，一臺機組同時供應多種蒸發(fā)溫度的冷量，則如前所述，可以相對地降低投資費。（2）.所耗冷卻水量多。因為吸收器中要有較多量冷卻水將吸收過程中放出的熱量帶走，因此所需冷卻水耗量較壓縮式制冷機為多，增加了一定的運行費用。（3）當沒有廢熱或到電聯(lián)合生產(chǎn)供汽作為熱源時，性能

14、系數(shù)低于壓縮式制冷系統(tǒng)。綜上所述，氨水吸收式制冷機的最大特點在于可以利用低品位的余熱，使能源得到充分合理利用，并可大量節(jié)省電力，這對緩和電力供需矛盾意義重大。所以它在那些既需冷量較多，又有余熱或熱電聯(lián)產(chǎn)的企業(yè)中特別適用。例如煉油、石油化工、化肥、橡膠、食品加工和冷藏、釀酒等企業(yè)仍應優(yōu)先考慮采用。4本課題要解決的問題與方法.本課題主要在于發(fā)生器的設計，以及鍋爐廢氣怎樣進入制冷系統(tǒng)的循環(huán)。（1）因為是高溫廢氣余熱利用，所以要考慮到微塵擁堵、腐蝕設備的問題；氨氣泄漏發(fā)生爆炸的安全性；以及不能影響鍋爐自身廢氣排放的效率等問題。(2)由于氨與水的沸點比較接近，所以從發(fā)生器流出的氨氣夾雜有水汽，所以需采用

15、精餾設備。(3)至于發(fā)生器，目前使用較多的是降模式發(fā)生器，一般把發(fā)生器與精餾塔做成一個整體，優(yōu)點是結構緊湊，設備布置和工藝配管都較簡單，占地少，缺點是清潔換拆不方便，且與塔體用大法蘭連接，密封性較差，易漏氣，若直接加熱，發(fā)生器換熱出如發(fā)生氨泄露，遇明火會燃燒和爆炸。(4)采用廢氣加熱鍋爐從而產(chǎn)生蒸汽作為熱源加熱工質對的方案也是可行的。不過可能對廢氣排放有影響。(5)如果制冷劑和廢氣鍋爐在煙道上串列安裝，必將使后者易受到低溫腐蝕的危害。為此，采用雙煙道的布局，將通向吸收式制冷余熱回收裝置和廢氣鍋爐的煙道分開，能夠有效避免兩者的相互影響。(6)氨水制冷機的負荷變動通過控制三通擋板閥的位置調節(jié)煙氣型

16、發(fā)生器的煙氣量來實現(xiàn)，當制冷機發(fā)生異常需要停機而鍋爐廢氣任然繼續(xù)排放時，三通閥打開完全旁通煙道，并關閉通向發(fā)生器側的煙氣入口，由于三通擋板閥的擋板不可避免的存在煙氣的泄漏，為了避免泄漏煙氣繼續(xù)與已停機的發(fā)生器發(fā)生熱量的傳遞以致引起發(fā)生器超壓爆炸，通常會引入鼓風機停機保護系統(tǒng)。5.氨水吸收式制冷機組5.1氨水吸收式制冷系統(tǒng)的工作原理吸收式制冷裝置由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、循環(huán)泵、節(jié)流閥等部件組成，工作介質包括制取冷量的制冷劑和吸收、解吸制冷劑的吸收劑，二者組成工質對。濃氨水溶液在發(fā)生器中被加熱，分離出一定流量的冷劑蒸氣進入冷凝器中，冷劑蒸氣在冷凝器中被冷卻，并凝結成液態(tài)；液態(tài)冷劑經(jīng)過節(jié)流

17、降壓，進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應，冷劑由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，再進入吸收器中；另外，從發(fā)生器流出的稀溶液經(jīng)換熱器和節(jié)流降壓后進入吸收器，吸收來自蒸發(fā)器的冷劑蒸氣，吸收過程產(chǎn)生的濃溶液由循環(huán)泵加壓，經(jīng)換熱器吸熱升溫后，重新進入發(fā)生器，如此循環(huán)制冷。 圖5.1 吸收式制冷系統(tǒng)地工作原理圖 1一冷凝器2一節(jié)流閥3-蒸發(fā)器4一發(fā)生器 5-溶液節(jié)流閥6一吸收器7_溶液泵5.2 氨水吸收式制冷循環(huán)的性能指標5.2.1熱平衡 發(fā)生器從外界熱源獲得熱量，蒸發(fā)器器中從低溫熱源獲得熱量，在吸收器和冷凝器中分別向外界環(huán)境放出熱量、 。而溶液泵中只是提供輸送溶液時克服管重力位差所需的動力，消耗的機械功很小。對

18、于一理想的吸收式制冷循環(huán)，如忽略溶液泵的機械功和其他熱損失，則由熱力學第一定律得到如下熱平衡+=+ （5.1）即加入機組中的熱量等于機座向外放出的熱量。5.2.2熱力系數(shù) 熱力系數(shù)表示消耗單位熱量所能制取的冷量，是衡量吸收式機組的主要性能指標。 （5.2）在給定條件下，熱力系數(shù)越大，循環(huán)的經(jīng)濟性越好。需要注意的是，熱力系數(shù)指表明吸收式機組工作時，制冷量與所消耗的加熱量的比值，與通常所一說的機械設備的效率不同，其值可以小于1,等于1,或大于1。如定義高溫熱源的溫度為 ，低溫熱源的溫度為 ，外界環(huán)境溫度為 ，并忽略吸收式循環(huán)中各過程的不可逆損失，則可認為發(fā)生器中的溫度就等于高溫熱源溫度 ，蒸發(fā)器中

19、的蒸發(fā)溫度就等于低溫熱源 ，冷凝器中的冷凝溫度和吸收器中的冷卻溫度就等與外界環(huán)境溫度 ，根據(jù)熱力學第二定律有下式成立： 式(1-1)、（1-2 )、 （1-3 ),可以得到理想吸收式循環(huán)的熱力系數(shù) 式中 工作在高溫熱源溫度，環(huán)境溫度間正卡諾循環(huán)的熱效率， （5.3）一一工作在低溫熱源溫度和環(huán)境溫度間逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)， = （5.4） 由此可見，理想吸收式制冷循環(huán)可著作是工作在高深熱源溫度和環(huán)境溫度正卡諾循環(huán)與工作在低溫熱源溫度和環(huán)境溫度間的逆卡諾循環(huán)的聯(lián)合，其熱力系數(shù)是吸收制冷循環(huán)在理論上所能達到的熱力系數(shù)的最大值。一最大熱力系數(shù)的數(shù)值只取決于三個熱源的溫度，而與其它因素無關。在實際過程中

20、，由于各種不可逆損失的存在，吸收式制冷循環(huán)的熱力系數(shù)必然低于相同熱源溫度下理想吸收式循環(huán)的熱力系數(shù)，兩者之間被稱作吸收式制冷循環(huán)的熱力完善度，用表示: （5.5）熱力完善度越大，表明循環(huán)中的不可逆損失越小，循環(huán)越接近理想循環(huán)。5.3方案選擇單效吸收式制冷系統(tǒng)是制冷機組最基本的形式。該系統(tǒng)的主要特點是：單效流程中通常都是采用飽和蒸氣或85-150的熱源為驅動熱源。單效發(fā)生單級吸收，發(fā)生器、冷凝器，蒸發(fā)器和吸收器都各只要一個，系統(tǒng)結構較為簡單。且技術已經(jīng)很成熟。在單效流程中，其發(fā)生壓力由冷凝壓力決定，而冷凝壓力的確定取決于冷卻水的溫度，冷卻水的溫度由環(huán)境溫度決定，所以對于單效流程，發(fā)生壓力的變化不

21、大。綜上所述，在本次設計中我們采用簡單實用的單效氨水吸收式制冷機組。5.4吸收式制冷流程圖 圖5.2 為吸收式制冷系統(tǒng) 1.雙室發(fā)生器，2.冷凝器，3.混合器;4.溶液熱交換器;5.冷凝器冷卻水系統(tǒng),6,混合器冷卻水系統(tǒng);7.熱水系統(tǒng)。8.冷卻水泵:9.冷卻水泵;10.溶液泵:11，熱水泵。其中:P-壓力傳感器T為熱電偶F一為流計.5.5氨水溶液的性質氨是最早就開始使用的制冷劑之一，它的熱力性質有著許多優(yōu)點，主要是：在制冷機工作溫度范圍內壓力適中，屬于中壓制冷劑，其氣化潛熱很大，在常用的蒸發(fā)溫度下1300kJ/kg左右，約為R 22的7倍，標準沸為一33.4，在常用制冷溫度下能使制冷機的低壓部

22、分壓力保持在大氣壓力上下；凝固點為一77.7，因此一般認為它的制冷溫度可低至46，也有人認為可低達一60。此外，它的價格低廉，容易獲得。氨的主要缺點是毒性較大，有刺激性臭味，對人體健康有害。當空氣中氨的容積濃度達1625%時就有爆炸危險。雖然氨有這些缺點，但由于它擁有著前述許多優(yōu)點，加之人們在長期生產(chǎn)過程中已積累了豐富使用經(jīng)驗，所以即使在蒸氣壓縮式制冷機中，大型機組仍多采用它作為工質。而在吸收式制冷機中，在低于0的情況下是目前唯一實用的制冷劑。作為吸收劑的水最突出的優(yōu)點是它能強烈地吸收氨氣。一升水能夠吸收700倍容積的氨氣。水與氨能夠完全互溶，在制冷機的工作溫度和壓力范圍內沒有結晶析出。氨水溶

23、液的最大缺陷在于氨和水的標準沸點相距太近，只相差133.4，在發(fā)生器內受熱產(chǎn)生的氨蒸汽中，不可避免地也會帶有少量水蒸汽，為此，需要裝設精餾塔. 6.熱力計算6.1氨水溶液的h-圖圖為氨水溶液h -圖的簡圖，為了清晰起見，圖中只畫出了五種壓力下的沸點線和露點線，在這兩組曲線之間還有一組四面向上的輔助曲線，用來得到氣液兩相共存區(qū)內的等溫線，其步驟可舉例說明如下:圖中點1為在1.961MPa (20kgf/c)壓力下的飽和液體，由此點向上作垂直線與同一壓力下的輔助曲線相交，再由所得到的交點作一水平線與相同壓力下的露點線(飽和蒸汽線)相交于2點，則2點就是與1點處于平衡的飽和蒸汽狀態(tài)，12連接直線就是

24、代表它們溫度的濕蒸汽區(qū)等溫線。由于處于平衡中的蒸汽濃度總是大于、液相濃度，所以在濕蒸汽區(qū)的等溫線永遠向右傾斜，只有在=0和=1時，這個區(qū)域的等溫線才成為與縱軸重合的垂線。 圖6.1 氨水溶液的h-圖( l kcal=4.1868kJ)從熱力學中可知，比焓的絕對值是無法測定的，那么在熱工計算中只需要確定比焓的變化值。對水的比焙通常規(guī)定為：當溫度為0時比焓等于0，而對于氨水溶液，為了計算方便，則規(guī)定質量分數(shù)=0，溫度t=0時的比焓349.6KJ/Kg（100Kcal/Kg）。由于目前還沒有完整的高溫區(qū)域氨水h-圖，因此，在進行熱力計算時，各主要狀態(tài)點的確定，除了借與h-圖外，還要用到壓力一溫度(P

25、一T )圖和一些熱力計算的方法。 圖6.2 氨水溶液的p-t圖圖中畫出了自=0(純水)直到=1(純氨)的各種濃度下的蒸氣壓與溫度的關系。 由圖可以看到，在相同的溫度下，氨的蒸汽壓遠高于水，溶液中氨的濃度愈高則它的蒸汽壓愈大，反之，當顯示出系統(tǒng)內的蒸汽壓低于應有值時，也就意味著溶液的濃度已變小。后面我們將會看到，這個圖除可查出各種濃度下的蒸汽壓外，對分析氨水吸收式制冷機或熱泵的循環(huán)過程也非常有用。6.2原始設計參數(shù)設置：發(fā)生器中的溫度即高溫熱源溫度=95; 制冷量=300KW ，稀溶液濃度=58%。蒸發(fā)溫度即13，氨水循環(huán)壓力Pk=0.012MPa;煙氣發(fā)生壓力0.03MPa;放氣范圍為（-）=

26、4%。則=62%。稀溶液出發(fā)生器溫度比高溫熱源溫度小15 ，80,蒸汽出口溫度由發(fā)生壓力確定為85,濃溶液進口溫度由發(fā)生壓力和溶液的質量分數(shù)確定為75。則溶液的循環(huán)倍率=15.5。其物理意義為，發(fā)生器中產(chǎn)生lkg冷劑蒸汽所需稀溶液的流量。根據(jù)上述所選的參數(shù)，查圖，可確定制冷循環(huán)中各狀態(tài)點的比焓值以及溫度、壓力和質量分數(shù)。各狀態(tài)點與流程圖各點相對應。 6.3各參數(shù)值的確定（1）發(fā)生器的總熱負荷可表示為: （6.1） =1.42（15.5-1）403+672-15.5385=778KJ/s（2）冷凝器的熱負荷 （6.2） =1.42（672-434）=338KJ/S（3）蒸發(fā)器的熱負荷即制冷量 （

27、6.3） =D(645-434)=300KJ/S 稀溶液循環(huán)量D=1.42kg/s（4）吸收器總熱負荷 （6.4） =1.42645+(15.5-1)312-15.5301=715KJ/S6.4熱平衡機組的總體熱平衡情況是:通過發(fā)生器、蒸發(fā)器加入機組的熱量，經(jīng)冷凝器和吸收器帶出機組的熱量為，考慮到其他因素的影響兩者應基本相同。計算: =300+778=1078KJ/S =715+338=1053KJ/S由計算結果可以著出，二者基本相同，滿足了機組的總體熱平衡。6.5熱力系數(shù)熱力系數(shù)是指，機組運行時所獲得的冷量與消耗的熱量之比，用符號表示。本設計中的熱力系數(shù)即為: =0.39 （6.5）7.發(fā)生

28、器設計7.1發(fā)生器形式選擇目前使用較多的是降模式發(fā)生器，一般把發(fā)生器與精餾塔做成一個整體，優(yōu)點是結構緊湊，設備布置和工藝配管都較簡單，占地少，缺點是清潔換拆不方便，且與塔體用大法蘭連接，密封性較差，易漏氣，若直接加熱，發(fā)生器換熱出如發(fā)生氨泄露，遇明火會燃燒和爆炸。 圖7.1 立式降膜式發(fā)生器 1.填料環(huán);2.分布頭;3.降膜管;4.稀溶液儲箱;5.精餾塔板;6.分凝器;7.稀溶液;8.濃溶;9.去冷器上圖是目前采用較多的立式降膜式發(fā)生器，是單向流動型式的一種。在結構上，它是一臺殼管式換熱器，裝于精餾塔的下部。加熱蒸汽在管間放熱冷凝，由塔的提餾段底層流下的氨水溶液則在經(jīng)過分布頭后成膜狀沿各管的內

29、壁呈螺旋狀流下，降膜沿途受熱氣化，所產(chǎn)生的燕氣由管內上升，與下降的液膜不斷接觸，起著精餾作用。而最后的稀溶液則流到底部空間排出。由此可見，這種降膜式發(fā)生器起著一塊完全理論塔板的作用。蒸氣產(chǎn)生時，只要透過液膜，所以沒有壓力損失。此外，發(fā)生器內不需裝儲大量溶液，因而起動過程很快。當負荷改變時也能迅速適應。本次設計采用發(fā)生器與精餾塔分開布置的方法，因為本次熱源為高溫煙氣，需要考慮清潔問題，且發(fā)生器與煙氣引入機構相互連接，如果做成一個整體，系統(tǒng)將太過龐大，不利于設計安裝等，而發(fā)生器實質為熱交換器。由于管殼式熱交換器的使用歷史悠久，且其結構簡單、應用普遍，因而對他的設計、制造、安裝等都已積累了比較豐富的

30、經(jīng)驗，各國在此基礎上已經(jīng)形成了各自的標準、規(guī)范。我國于1989年發(fā)布了國家標準鋼制管殼式換熱器，后來又做了更新。綜上，本次發(fā)生器設計采用浮頭管殼式熱交換器，因為浮頭式兩端管板只有一端與殼體以法蘭實行固定連接，而另一端的管板不與殼體鏈接而可相對于殼體滑動，這一段叫浮頭端。這種結構在需要清洗時和檢修時，僅僅將正個管束從固定端抽出即可進行，鑒于本次熱源為煙氣，所以采用浮頭式。不過浮頭式因為浮頭蓋與管法蘭鏈接有相當大的面積，結果使殼體直徑增大，金屬消耗增多。如下圖6和圖7即為現(xiàn)在投入生產(chǎn)的浮頭式管殼發(fā)生器 圖7.2 圖7.37.2傳熱計算（1）傳熱計算的主要目的在于確定設備的傳熱面積F。由傳熱基本方程

31、式知傳熱面積 F=/ (7-1)式中：一一發(fā)生器熱負荷，W，已于系統(tǒng)的熱力計算中求得， 有效平均傳熱溫差， 一傳熱系數(shù)，W/( ） =， (7-2)式中：溫差修正系數(shù)，0.95；對數(shù)平均溫差，12.5則=12初選傳熱系數(shù)= 450 W/( ） 估算傳熱面積= / =778000/45012= 144 （7.3）（2）因為熱源為煙氣所以換熱管采用玻璃材質易于清洗和傳熱。 （3）管程所需流通面積、=， （7.4）式中：管程流體的質量流量,Kg/s；流體密度710Kg/；流體流速0.5m/s。氨水比熱5.23KJ/(Kg )則，=778/5.2312=12.8kg/s，=0.04 （7.5）（4）為

32、保證流體以上流量和流速通過發(fā)生器，則所需管數(shù)n為，式中：為管子內徑0.04m。n=32根。（5）每根管子的長度L為L=/=144/=32m。由GB151-1999推薦換熱管長度采用6m，則所需管程數(shù)=L/=5.3由規(guī)定選取6程數(shù)。=192（6）管子的排列方式。鑒于正方形排列易于清掃，適合浮頭式所以采用正方形布置。（7）管中心距。查表為56mm。（8）分程隔板槽兩側相鄰管中心距=68mm（9）拉桿直徑。查表16mm. 8個（10）一臺傳熱面積=163，滿足。（11）殼體內徑。，=67.5 b=1.19=16.5。=（16.5-1）56+267.5=1003mm，按GB151-1999規(guī)定，取標準

33、直徑1100mm，長徑比為=6/1.1=5.45，符合要求。7.3管程計算（1）管程接管直徑。=226mm，按鋼管標準取值230mm（2）管程雷諾數(shù)=，式中，為氨水粘度490kg/(ms)，=28979.（3）管程換熱系數(shù)=4680w/( )7.4殼程結構和殼程計算(1)管板。因為是浮頭式所以管板與殼體一端為可拆連接。管板厚度查表為34mm。(2)折流板。他除使流體橫過管束流動，還有支撐結構、防止管束震動和彎曲的作用。查表選取單弓行： 折流板缺口高度h=0.45=495mm 折流板間距=(0.20.1)=(220110),取300mm。 折流板數(shù)目=6000/300-1=19個 折流板直徑，由

34、GB151-1999規(guī)定，取 876mm 折流板缺口面積=0.5-(1-)sin=0.27 （7.6）折流板缺口處管子所占面積=(1-)=0.06 流體在兩折流板間錯流流通截面積：=-+(s-)=0.18流體在缺口處流通截面積= -=0.27-0.06=0.21 (3)殼程流通截面積。=0.2 （7.7）(4)殼程接管直徑=248.6mm,由鋼管標準選取250mm （7.8）(5)殼程雷諾數(shù)=23255.8 （7.9）(6)理想管束傳熱因子。查表=0.015(7)折流板缺口校正因子。查表=1.2(8)折流板泄露校正因子。查表=0.72(9)旁通校正因子。查表=0.91(10)殼程傳熱因子。=0

35、.012 （7.10）(11)殼程質量流速。=100kg/(ms) （7.11）(12)殼測壁面溫度。假定=84(13)殼測換熱系數(shù)。=620w/( ) （7.12）7.5需用的傳熱面積(1)氨水熱阻。查資料=0.00017（)/w(2)煙氣污垢熱阻。查資料=0.00034()/w (3)傳熱系數(shù)。=470w/( ) （7.13）(4)傳熱面積。=138 （7.14）(5)傳熱面積之比。/F=163/138=1.18，稍大滿足要求。(6)檢驗殼測壁溫。 （7.15）=95-470（1/620+0.00034)12=83.986，與原定值基本相同，相差0.024滿足要求。7.6阻力計算7.6.1

36、管程阻力計算（1）管內摩擦因子查圖為0.0075。 （2）沿程阻力=4，式中為管內流體校正因子。 （7.16） =40.0075 1.5=3195Pa(3)回彎阻力2130Pa(4)進出口連接管阻力133.125Pa總流動管程阻力=3195+2130+133.125=5458.125Pa，（沒有超過0.5P壓力要求）7.6.2殼程阻力計算(1)理想管束的摩擦系數(shù)查圖為0.20(2)理想管束錯流段阻力440.21.1=1385Pa(3)理想管束缺口處阻力569.7Pa(4)查表折流板泄漏校正系數(shù)=0.32，折流板間距不等的校正系數(shù)=1(5)殼程總阻力： =(19-1)1385+19569.70.

37、32+21385(1+3.7/8)1 = 13462Pa , （沒有超過0.5P壓力壓求） 發(fā)生器詳細圖紙見附件，因為本次設計采用與精餾塔分開的方法。8.鍋爐尾部煙氣的特性分析8.1煙氣成份和腐蝕煙氣的成份和燃料有關，組成鍋爐燃料(對煤和油來說)基本成份有碳,氫、硫、氧等元素。此外還包含著一定數(shù)量的水份和灰質，是較復雜的化合物。燃料經(jīng)高溫化合后生成的煙氣主要成份含細小灰粒和部份未燃盡的焦碳細粒(即煙塵)、二氧化碳、具有腐蝕性的二氧化硫和三氧化硫氣體;該氣體與煙氣中水蒸汽混合后生成亞硫酸和硫酸蒸汽等。當鍋爐受熱面的壁溫低于酸露點、硫酸蒸汽就會凝結，引起這部份的金屬受熱面的嚴重腐蝕。此外硫酸液還會

38、與受熱面上積灰起化學反應，形成硫酸鈣為基質的污垢物質。它不但引起換熱裝置的堵塞，還大大影響其傳熱效果。當前為了減輕附加受熱面腐蝕和堵塞，只是使附加受熱面的最低壁溫不低于水露點。8.2煙氣中攜帶大量余熱煙氣離開鍋爐最后一個受熱面即空氣預熱器出口時，溫度還是較高的，帶走了大量余熱經(jīng)除塵后，進入煙囪排入大氣，形成煙熱損失。目前對于中大型鍋爐排煙溫度在110-160范圍，小型鍋爐排煙溫度至150 200 范圍。排煙熱損失是鍋爐熱損失中最大的一項，據(jù)有關資料表明:中溫中壓鍋爐排煙熱損失約占總有效熱量的612%;有些小型鍋爐高達20%以上。8.3解決煙氣腐蝕性的途徑 前已述及煙氣的腐蝕，解決的基本方法是提

39、高排煙溫度。但一味提高排煙溫度是不經(jīng)濟的。各使用單位雖采取了一些措施，但腐蝕和堵塞只是有一定程度的緩解和延長。要想真正解決腐蝕問題。首先在附加受熱面所用裝置的材料上入手。在總結鋼管空氣預熱器低溫腐蝕堵塞的經(jīng)驗教訓上，改為玻璃管空氣預熱器后，防止腐蝕和減少潔灰，顯然，在防磨上比鋼管耐久，減少維修量、提高鍋爐安全經(jīng)濟運行是玻璃管空氣預熱器的顯著特征，這為低溫煙氣余熱利用奠定了基礎。 玻璃管換熱裝置在使用中，必須嚴格氣密性檢查和有效地滲漏監(jiān)測手段，以防止氨水發(fā)生器熱空氣側的腐蝕，保證整機的安全運行。 8.4 煙氣引入方案設計 (1)如果制冷劑和廢氣鍋爐在煙道上串列安裝，必將使后者易受到低溫腐蝕的危害

40、。為此，采用雙煙道的布局，將通向吸收式制冷余熱回收裝置和廢氣鍋爐的煙道分開，能夠有效避免兩者的相互影響。(2)氨水制冷機的負荷變動通過控制三通擋板閥的位置調節(jié)煙氣型發(fā)生器的煙氣量來實現(xiàn)，當制冷機發(fā)生異常需要停機而鍋爐廢氣任然繼續(xù)排放時，三通閥打開完全旁通煙道，并關閉通向發(fā)生器側的煙氣入口，由于三通擋板閥的擋板不可避免的存在煙氣的泄漏，為了避免泄漏煙氣繼續(xù)與已停機的發(fā)生器發(fā)生熱量的傳遞以致引起發(fā)生器超壓爆炸，通常會引入鼓風機停機保護系統(tǒng)。簡圖如下：詳細設計圖紙見附件圖：圖8.19設備維護9.1防腐措施在經(jīng)濟能力允許下采用高級材料避免腐蝕如玻璃等。9.2機組的氣密性檢驗 不凝性氣體是指吸收式制冷機

41、組工作時，既不被冷凝，也無法被氨水溶液吸收的氣體。外部進入機組的空氣及內部因腐蝕而產(chǎn)生的氫氣，均屬不凝性氣體。系統(tǒng)有良好的氣密性可減少外部氧氣的進入，.溶液中氧氣的含量減少，會使氨水溶液的腐蝕性大幅下降，有利于機組的正常運行. 。因此提高機組的氣密性，防止空氣進入機組，以及在運行中及時地抽除機組中的不凝性氣體，保持機組良好的真空狀態(tài)，是保證機組性能的基本條件。9.3管路清洗由于管路和設備內壁存有鐵銹等氧化物和切割焊接時留下的鐵屑，雖然在出場前已經(jīng)進行了清洗，但是仍可能會有殘余的雜質存在，因此在機組充灌溶液前首先要對機組內的溶液回路和冷劑水回路進行清洗，清洗方法是將系統(tǒng)抽成真空，然后向系統(tǒng)內部充

42、灌去離子水(如果用自來水沖洗管路，自來水里含有鈣、鎂等離子，有可能在管路和設備表面形成水垢，影響系統(tǒng)的性能)，觀察發(fā)生器內的液面，當充灌達到一定高度時停止充灌，啟動溶液泵，讓去離子水在系統(tǒng)內循環(huán)一段時間，清洗完畢從溶液充灌口(真空隔膜閥)放出去離子水，觀察去離子水是否澄清，如果去離子水中含有大量雜質，再重復進行清洗。9.4溶液充灌 溶液充灌前要保證系統(tǒng)內沒有水分。首先系統(tǒng)內存在水分溶液充灌后質量分數(shù)將會降低，系統(tǒng)性能將會偏離設計要求。其次如果系統(tǒng)內存在水分，當利用真空泵對系統(tǒng)抽真空時，由于系統(tǒng)內存在水分，當系統(tǒng)內壓力降低，水的蒸發(fā)溫度下降，水分將會蒸發(fā)，導致系統(tǒng)無法達到真空狀態(tài)，抽出來的水分進

43、入真空泵，使真空泵內的密封油變稀，無法達到密封的效果，使抽真空操作失敗。去除系統(tǒng)內部水分有些多方法，本系統(tǒng)采用壓縮空氣吹干法，使用壓縮空氣價格便宜、使用方便。9.5保溫 氨水吸收式制冷系統(tǒng)是一個換熱器的集合體，對系統(tǒng)進行保溫處理，減少系統(tǒng)的熱量損失，對吸收式制冷系統(tǒng)性能的提高有著至關重要的作用。本實驗系統(tǒng)對所有實驗設備和管路都進行了保溫處理，采用橡塑保溫材料，其優(yōu)點是:熱導率小，價格便宜;密度小，重量輕吸水率低且耐水性好，保溫后不易變形，且有一定的抗壓強度，不易燃燒。10.設備性能分析改進10.1提高發(fā)生器的傳熱效率 對發(fā)生器進行表而處埋：在高壓發(fā)生器中、下段噴鍍鎳、鉻合金，其沸騰性能約為光滑

44、而的23倍，若噴鍍氧化鋁，其沸騰性能約為光滑而的1. 5倍，傳熱性能得到明顯改善，則為提.高高壓發(fā)生器傳熱效率的有效措施。10. 2提高機組部分負荷時的效率吸收式制冷機組是直接利用熱能制冷，當要利用他的有效能時，他本身就有一部分無效熱要排入環(huán)境。此外，由于氨水溶液吸收水蒸汽的過程要放出熱量，同時水蒸汽被吸收時要放出凝結潛熱，這兩部分廢熱必須及時排走，才能保證吸收過程與制冷循環(huán)得以正常進行，故吸收式制冷機組的冷凝器排除的冷凝熱要比壓縮式制冷機的大得多，與之相配套的冷卻水泵和冷卻水塔較大，冷卻系統(tǒng)的電耗相應較大。因此，要綜合考慮這兩方而的因素，提高機組負荷的能效率，盡量降低其耗能量，減少不必要的熱

45、量損失，達到節(jié)約熱能的目的，從而提高機組性能。10.3提高控制性能隨著電子控制技術的發(fā)展，采用以微處理器為核心的智能化控制系統(tǒng)，能對采集到的多項信息進行綜合判斷，能預知和判斷出使機組性能降低的潛在故障，防止導致性能下降的因素出現(xiàn)，而且能預知需要維修的特定位置和時間，不再依賴于技術人員的技能水平去發(fā)現(xiàn)、判斷、排除故障，保證機組長期高效運行。故智能化的控制系統(tǒng)是保證機組高效運行，降低能耗的重要手段。同時要加強智能控制，提高其工作效率，降低各方而的能量消耗作用，從本質上提高其工作效率和制冷性能，保證實驗裝置穩(wěn)定可靠的運行。綜上所述，吸收式制冷實驗裝置的節(jié)能措施眾多，要根據(jù)具體的實際情況采取合適的節(jié)能

46、措施提高其效率，達到制冷量大，制冷性能和制冷過程綜合效率高的目的。同時也要詳細分析其制冷性能影響因素，降低其不利因素的影響，提高工作性能，綜合提高其制冷效率。 總結隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，環(huán)境問題日益凸顯，人們對生活質量的要求不斷提高。這就要求加強對新的制冷技術和制冷劑的開發(fā)和利用。氨水吸收式制冷以其節(jié)省能源、不污染環(huán)境及一機多用等優(yōu)點被推向市場前沿，越來越被人們廣泛采用。本次設計是采用工業(yè)廢熱為熱源，將在很大程度上緩解我國在能源利用方面的劣勢。本文正是基于氨水吸收式制冷的發(fā)展和諸多優(yōu)點以及當前的市場前景的基礎上而進行的發(fā)生器設計和研究。本文主要針對實驗和教學的需要，根據(jù)氨水吸收式制冷的原理

47、，對吸收式制冷實驗裝置中發(fā)生器進行設計算、結構布局、性能分析以及節(jié)能措施等方而進行詳細的分析和介紹。對實驗裝置進行不斷修正和完善，同時也分析了制冷實驗裝置性能的影響因素，井提出提高實驗裝置性能的途徑，為實驗裝置的制作和使用提供了一定的幫助和借鑒意義。在設計過程中，通過查找資料也了解到很多制冷方面的知識，以及獲取信息的能力，我相信會為我以后的工作學習有莫大幫助的。當然通過本文的寫作我也發(fā)現(xiàn)自己還存在不少問題，這也要求我在以后的工作和學習中去不斷摸索前進?？傊敬卧O計讓我增加了動力和信心，不斷努力進取。必將使我不斷成長，成為對社會有用的人。以上即為本設計的研究和設計過程的全部內容，吸收式制冷裝置

48、日前應用也極為廣泛，但我國還是不普遍。而在國內外發(fā)展迅速，技術日益成熟，我相信在我們的不斷努力中，我國吸收式制冷必將會上一個臺階的。 致謝最后需要感謝熱能動力辦公室各位老師的悉心指導，在我遇到問題時不斷給予鼓勵和幫助我解決問題，我才能順利完成畢設。他們對待教育事業(yè)的態(tài)度讓我感到敬佩，在這里衷心的希望他們生活美滿，為國家教育大計再造輝煌。參考文獻1楊思文.氨水吸收式制冷機的基礎理論和設計之一一發(fā)展概況及其應用J.流體機械，1989，（8）：64-68. 2楊思文.氨水吸收式制冷機的基礎理論和設計之七性能與流程J.流體械,1990,(3):68-72.3 楊思文.氨水吸收式制冷機的基礎理論和設計之

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