蒸汽壓縮制冷循環(huán)與吸收制冷
吸收式制冷與壓縮式制冷
我們已經(jīng)看到了各種類型的吸收式制冷系統(tǒng),如簡單吸收循環(huán)、氨水吸收循環(huán)以及蒸汽壓縮式制冷循環(huán)。讓我們看看蒸汽吸收循環(huán)和蒸汽壓縮循環(huán)的比較。首先讓我們看看吸收式制冷系統(tǒng)的優(yōu)點,然后我們來看看吸收式制冷系統(tǒng)相對于蒸汽壓縮系統(tǒng)的缺點。
蒸汽吸收式制冷相對于蒸汽壓縮式制冷的優(yōu)勢及比較
以下是吸收式制冷系統(tǒng)與蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的比較和優(yōu)勢:
1) 制冷劑的壓縮方法:任何制冷循環(huán)中最重要的部分之一是制冷劑的壓縮,因為所有進一步的操作都依賴于它。在蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中,制冷劑的壓縮是由壓縮機完成的,壓縮機可以是往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式或離心式。在蒸汽吸收式制冷系統(tǒng)中,制冷劑的壓縮是通過吸收劑對制冷劑的吸收來完成的。隨著制冷劑被吸收,它會從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài),因此其體積會減小。
2) 耗電裝置:在蒸汽壓縮循環(huán)中,壓縮機是主要的耗電裝置,而在蒸汽吸收循環(huán)中,用于泵送制冷劑-吸收劑溶液的泵是主要的耗電裝置。
3)所需功率:蒸汽壓縮循環(huán)的壓縮機運行需要大量功率,并且隨著制冷系統(tǒng)尺寸的增加而增加。在蒸汽吸收式制冷系統(tǒng)的情況下,泵需要的功率非常小,即使對于更高的制冷容量,它也幾乎保持不變(或可能略有增加)。因此,蒸汽吸收式制冷系統(tǒng)消耗的功率遠(yuǎn)大于蒸汽壓縮系統(tǒng)所需的功率。
4) 所需能源類型:蒸汽吸收系統(tǒng)主要利用工廠中的廢物或額外熱量。因此,人們可以利用來自鍋爐的額外蒸汽,或者為此目的產(chǎn)生額外的蒸汽,也可以使用可用的熱水。同樣也可以利用柴油機的廢熱、太陽能熱水器的熱水等。如果是蒸汽壓縮制冷系統(tǒng),壓縮機只能靠電力運行;在這些系統(tǒng)中不能使用其他類型的能源。
5) 運行成本: 蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)只能靠電力運行,需要大量的電力。如今,電力變得非常昂貴,因此蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的運行成本非常高。在吸收式制冷系統(tǒng)的情況下,只有小泵需要電力,而且是相當(dāng)?shù)偷?。在大多?shù)使用吸收式制冷的過程工業(yè)中,有一些來自鍋爐的額外蒸汽可用于運行系統(tǒng)。因此,在吸收式制冷系統(tǒng)中,不需要額外的純電力形式的電力,否則會浪費的能量在工廠中得到了利用。因此吸收式制冷系統(tǒng)的運行成本遠(yuǎn)低于蒸汽壓縮系統(tǒng)。
6) 所需的基礎(chǔ)和噪音:蒸汽壓縮系統(tǒng)的壓縮機以非常高的速度運行,它會產(chǎn)生大量的振動和噪音。它還需要非常堅固的基礎(chǔ),以便在制冷劑的振動和高壓下保持完整。在吸收式制冷系統(tǒng)中,沒有主要的運動部件,因此它們不振動,不產(chǎn)生噪音,也不需要沉重的基礎(chǔ)。吸收式制冷系統(tǒng)安靜地運行。
7) 維護:壓縮機是蒸汽壓縮循環(huán)的關(guān)鍵部分,它有許多運動部件。對壓縮機進行徹底潤滑并定期檢查是否有任何缺陷非常重要。壓縮機還需要不時更換活塞、活塞環(huán)、氣缸套等。因此蒸汽壓縮系統(tǒng)需要大量維護。壓縮機的故障有時會非常昂貴,因為壓縮機的吸入閥和排出閥非常昂貴。甚至壓縮機的電機也非常重且昂貴。壓縮機也需要冷卻,為此需要專門的泵將水從冷卻塔泵送到壓縮機。由于壓縮機的許多運動部件以非??斓乃俣冗\動,因此經(jīng)常會發(fā)生一些或其他故障。在吸收式制冷系統(tǒng)中,唯一的活動部件是很少出現(xiàn)故障的小泵。因此,蒸汽壓縮系統(tǒng)所需的維護遠(yuǎn)多于蒸汽吸收系統(tǒng)所需的維護。
8) 系統(tǒng)容量控制:在蒸汽壓縮循環(huán)中,系統(tǒng)的容量控制由壓縮機完成,并且在大多數(shù)情況下是逐步進行容量控制的。在吸收式制冷系統(tǒng)的情況下,可以在系統(tǒng)空載時實現(xiàn)無級容量控制和零容量。雖然現(xiàn)在可以使用無級容量控制的壓縮機,但即使在制冷系統(tǒng)零負(fù)載的情況下,它們也會消耗大量功率。在吸收系統(tǒng)中,當(dāng)負(fù)載為零時,功耗幾乎為零。
9) 使用的制冷劑類型及其成本:在氨水吸收式制冷系統(tǒng)中,使用氨作為制冷劑,使用方便且價格低廉。在溴化鋰系統(tǒng)中,水被用作制冷劑,而且價格便宜且容易獲得。在蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的情況下,鹵烴用作制冷劑,這是非常昂貴的。
10)制冷劑泄漏:吸收式制冷系統(tǒng)中沒有(或很少)制冷劑泄漏,而且制冷劑本身非常便宜。因此,制冷劑充注成本幾乎為零。在蒸汽壓縮系統(tǒng)的情況下,存在大量制冷劑泄漏,因此需要定期補充制冷劑,這是非常昂貴的。
11) 溫室效應(yīng):壓縮式制冷系統(tǒng)中使用的大多數(shù)鹵化碳制冷劑都會產(chǎn)生溫室效應(yīng)。根據(jù)蒙特利爾議定書,到2020年必須完全停止使用。吸收式制冷系統(tǒng)中沒有制冷劑產(chǎn)生溫室效應(yīng),因此將來不會停止使用。
吸收式制冷優(yōu)于蒸汽壓縮制冷循環(huán)的缺點
1) 初始資金成本:雖然吸收式制冷系統(tǒng)的運行成本遠(yuǎn)低于蒸汽壓縮系統(tǒng),但其初始資金成本卻高得多。
2)溴化鋰的腐蝕性:在溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中,溴化鋰具有腐蝕性,降低了系統(tǒng)的整體壽命。在氨系統(tǒng)的情況下,氨對銅有腐蝕性。在蒸汽壓縮系統(tǒng)中,銅與鹵化碳制冷劑一起使用,它們非常安全,從而確保了制冷系統(tǒng)的長壽命。因此,采用往復(fù)式或離心式壓縮機的蒸汽壓縮系統(tǒng)比溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)具有更長的壽命。
3)工作壓力低:吸收式制冷循環(huán)的工作壓力很低。在溴化鋰系統(tǒng)的情況下,這些壓力非常低,甚至不需要膨脹閥,因為制冷劑由于流動引起的壓力下降足以產(chǎn)生膨脹。因此,制冷系統(tǒng)應(yīng)徹底密封,以免大氣氣體進入制冷系統(tǒng)。因此壓縮制冷系統(tǒng)也應(yīng)密封嚴(yán)密,但這是為了防止制冷劑泄漏到大氣中。
4) 性能系數(shù) (COP):與蒸汽壓縮系統(tǒng)相比,吸收式制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)非常低。例如,兩級溴化鋰系統(tǒng)的 COP 約為 1.1,而用于空調(diào)應(yīng)用的蒸汽壓縮系統(tǒng)的 COP 約為 4 到 5。因此吸收式制冷系統(tǒng)只有在電比燃料(用于在鍋爐中產(chǎn)生蒸汽的油、氣或煤)變得超過四種。如果該比率較小,則可能需要過多的燃料來產(chǎn)生蒸汽。但是,如果行業(yè)中存在過剩的蒸汽,則該比例可能不會受到重視。
5)更高的排熱:在吸收式制冷中,熱量必須從冷凝器、吸收器、分析器、整流器等多個部件中排出,因此吸收式制冷系統(tǒng)的排熱系數(shù)很高,可以在2.5左右。在壓縮式制冷系統(tǒng)中,熱量僅從冷凝器放出,因此排熱系數(shù)小,約為1.2。因此,在吸收式制冷系統(tǒng)的情況下,用于泵送冷卻水的冷卻塔和泵容量必須更高,這導(dǎo)致系統(tǒng)運行成本的增加。