300KW余热吸收式制冷系统发生器的设计研究

题 目 300KW余热吸收式制冷系统发生器的设计研究 300KW余热吸收式制冷系统发生器的设计研究【摘要】鉴于我国还处在一个工业化的工程中，而我们的工业余热利用还相去甚远。所以本次设计选择氨水吸收式制冷，氨水以其低廉、安全的特点已经在吸收式制冷技术中相当成熟，所以在设计过程中有很多标准可供参考。虽然现在也受到很多新型工质对的挑战，仍然有很大优势。吸收式制冷利用废热为热源不同于压缩式，只消耗很少电能，所以我相信将来会有很大的发展潜力。本次设计的发生器采用浮头管壳式换热装置也有非常成熟的技术标准，这种结构易于清洁安装，对于以烟气为热源的机构有很大帮助。【关键字】 氨水 吸收式制冷 发生器 浮头管壳式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 refrigeration 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, consumes 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 be of great help.【Keyword】 Ammonia Absorption refrigeration Generator Shell and tube floating head 目 录1.课题的背景和研究意义 .12.氨制冷技术的应用现状及发展趋势 .23.氨水吸收式制冷优缺点 3.1 氮水吸收式制冷机优点.33.2氨水吸收式制冷机缺点.34解决的问题与方法55.氨水吸收式制冷机组 5.1吸收式制冷系统工作原理.6 5.2吸收式制冷循环的性能指标65.3方案选择85.4吸收式制冷流程图.8 5.5氨水溶液的性质.96.热力计算 6.1氨水溶液的h-图 .106.2原始设计参数设116.3各参数值的确定.12 6.4热平衡.126.5热力系数.127.发生器设计 7.1发生器形式选择.13 7.2传热计算.157.3管程计算.16 7.4壳程结构和壳程计算.177.5需用的传热面积.18 7.6阻力计算.188.锅炉尾部烟气的特性分析 8.1烟气成份和腐蚀.20 8.2烟气中携带大量预热.20 8.3解决烟气腐蚀性的途径.20 8.4 烟气引入方案设计.219.维护 9.1防腐措施.22 9.2机组的气密性检验.229.3管路清洗22 9.4溶液充灌.22 9.5保温.2310.设备性能分析改进 10.1提高发生器的传热效率.24 10. 2提高机组部分负荷时的效率.24 10.3提高控制性能.24总结.25致谢.26参考文献.27III1.课题的背景和研究意义在我们的生活中比较常见的制冷设备就是压缩式制冷机，比如家用冰箱等。但根据热力学第二定律，制冷必需消耗能量，在压缩式制冷机中就要消耗电能或机械能转动压缩机才能使制冷系统常工作。而电能要由发电厂供给，而我国，主要由火力发电厂燃煤转换得来。但化石能源面临枯竭，再看看今年的空气污染，我们有必要让高品位能源电，发挥更高的价值。因此发展耗用电力极少的吸收式制冷机是十分必要的。许多生产行业(如炼油、石油化工、化肥、钢铁等)在其生产过程中，有大量的低品位余热排出，然而我们大多受企业都是直接排向自然界，不仅浪费了能源，还污染了环境。如果能利用这部分排向环境中去的余热，采用氨水吸收式制冷来满足企业生产时所需的冷量，以及员工生活所需，就能节约大量的能源，降低生产成本。总之，在当前能源紧缺，电力供应紧张，环境问题日益严峻的形势下，吸收式制冷术以其特有的优势已经受到广泛的关注。目前，吸收式制冷正在向着小型化、高效化的方向发展，各国对吸收式技术的开发研究主要集中在联合循环、余热利用、吸收式热泵、吸收和发生过程的机理研究、换热结构和换热表面、界面活性剂及缓蚀剂、机组优化设计及经济性分析、系统的特性仿真等方面。吸收式制冷已经成为制冷技术的主要发展方向之一，有着非常广阔的前景。2.氨制冷技术的应用现状及发展趋势1859年，F.Carre制成第一台氨水吸收制冷机组，并与1860年申请专利。由于压缩机的发明和能源相对富裕，氨水吸收制冷装置当时没有流行开来，随着能源的逐步枯竭，人类对氨水吸收制冷研究重新重视。从1969年起，小型氨水吸收制冷机组开始进入市场。自1969年以来，日本进行了新型余热氨吸收制冷机组的商业开发，已有蒸汽型和燃气型系列产品进入市场。美国对余热氨水吸收制冷机组的研究也走在世界的前列。国内的科研院校自上世纪90年代以来开始重视这方面的研究，中科院热物理研究所、大连理工大学、上海理工大学等院校在这方面的研究比较深入，分别作出了样机进行测试。2000年以来，其中一些科研院所研究生产的氨水扩散吸收式冰箱已经进入市场。 随着化学能源的枯竭，余热氨水吸收制冷机组的研究和推广将出现崭新的局面。国家在节能减排方面必将针对该产品出台一些优惠政策，对生产和研发企业给予优惠，对产品的推广和使用给予一定的扶持。将会推动氨制冷设备的质量和能效将得到提高；氨制冷系统将机组化、小型化；大型氨制冷系统将进一步简化；氨制冷系统控制将更趋自动化；氨制冷系统的安全性、可靠性将更加完；氨制冷技术的应用范围将更加广泛。相信余热氨水吸收制冷机组逐渐会被大家认识和接受，机组的大面积推广必将为中国的节能减排事业做出贡献。而余热发电也向热电冷三项发展，并带动相关产业的发展。同时双极SCA氨水制冷系统、新的发生器采用薄膜换热技术提高热交换性能、吸收器余热重新利用加热发生器浓氨水技术以及新的冷凝技术必将带动氨水吸收式制冷技术的广泛推广。3.氨水吸收式制冷优缺点3.1 氮水吸收式制冷机优点：（1）节能.可以利用低品位热能，使能源得到合理利用。氨水吸收式制冷机所消耗的能量主要是热能，而所需温度只要在50以上就能利用。所以除了可采用低压锅炉的蒸汽外,还可以广泛利用生产过程中的余热，如废汽、废液、废水、废气等二次能源。如果有热电厂的汽轮机抽汽或背压汽轮机的排汽可以利用，则更可使燃料得到综合利用，从而对节约能源有着重大意义。此外，太阳能、地热能等也可用作热源，这样使自然界的能源也得以充分利用。（2）.节电。氨水吸收式制冷机除了为驱动溶液泵要消耗极少量电能外，其它设备都不需要电能，即使把用于冷却水循环水泵的电能全部计算进去，总电能耗量也只有相应压缩机的10%左右。这对于减轻电网负荷，缓和当前我国十分突出的电力供应紧张十分重要。（3）.可露天安装除操作室外，所有设备都可露天安装，从而节省了厂房投资。（4）.设备制造容易除泵以外，系统内主要是一些热质交换设备，对加工工艺的要求不高，一般具有压力容器制造许可证的工厂都能生产，所以便于推广。（5）.运行平稚可靠，操作简单，便于调节。（6）.嗓声小由于运动部件只有泵，系统内也没有高速气流，所以运转时振动和噪音都较小，有益于操作工人的身心健康；（7）.易于维修； （8）可以在一台机组上实现多个蒸发通度根据用户对制冷温度的不同要求，可在一设备中产生多种温度的冷量，既可产生低于0的，也可以供给0以上的冷量。使机组充分发挥作用，减少初投资；（9）单台机组的制冷量可以达到很大； 3.2 氨水吸收式制冷机缺点 （1）.由于部件多，消耗的钢材多，初投资费用增加。但蒸发温度愈低，则与压缩式制冷系统的投资费用愈相接近。当机组容量大时，一台机组同时供应多种蒸发温度的冷量，则如前所述，可以相对地降低投资费。（2）.所耗冷却水量多。因为吸收器中要有较多量冷却水将吸收过程中放出的热量带走，因此所需冷却水耗量较压缩式制冷机为多，增加了一定的运行费用。（3）当没有废热或到电联合生产供汽作为热源时，性能系数低于压缩式制冷系统。综上所述，氨水吸收式制冷机的最大特点在于可以利用低品位的余热，使能源得到充分合理利用，并可大量节省电力，这对缓和电力供需矛盾意义重大。所以它在那些既需冷量较多，又有余热或热电联产的企业中特别适用。例如炼油、石油化工、化肥、橡胶、食品加工和冷藏、酿酒等企业仍应优先考虑采用。4本课题要解决的问题与方法.本课题主要在于发生器的设计，以及锅炉废气怎样进入制冷系统的循环。（1）因为是高温废气余热利用，所以要考虑到微尘拥堵、腐蚀设备的问题；氨气泄漏发生爆炸的安全性；以及不能影响锅炉自身废气排放的效率等问题。(2)由于氨与水的沸点比较接近，所以从发生器流出的氨气夹杂有水汽，所以需采用精馏设备。(3)至于发生器，目前使用较多的是降模式发生器，一般把发生器与精馏塔做成一个整体，优点是结构紧凑，设备布置和工艺配管都较简单，占地少，缺点是清洁换拆不方便，且与塔体用大法兰连接，密封性较差，易漏气，若直接加热，发生器换热出如发生氨泄露，遇明火会燃烧和爆炸。(4)采用废气加热锅炉从而产生蒸汽作为热源加热工质对的方案也是可行的。不过可能对废气排放有影响。(5)如果制冷剂和废气锅炉在烟道上串列安装，必将使后者易受到低温腐蚀的危害。为此，采用双烟道的布局，将通向吸收式制冷余热回收装置和废气锅炉的烟道分开，能够有效避免两者的相互影响。(6)氨水制冷机的负荷变动通过控制三通挡板阀的位置调节烟气型发生器的烟气量来实现，当制冷机发生异常需要停机而锅炉废气任然继续排放时，三通阀打开完全旁通烟道，并关闭通向发生器侧的烟气入口，由于三通挡板阀的挡板不可避免的存在烟气的泄漏，为了避免泄漏烟气继续与已停机的发生器发生热量的传递以致引起发生器超压爆炸，通常会引入鼓风机停机保护系统。5.氨水吸收式制冷机组5.1氨水吸收式制冷系统的工作原理吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。浓氨水溶液在发生器中被加热，分离出一定流量的冷剂蒸气进入冷凝器中，冷剂蒸气在冷凝器中被冷却，并凝结成液态；液态冷剂经过节流降压，进入蒸发器，在蒸发器内吸热蒸发，产生冷效应，冷剂由液态变为气态，再进入吸收器中；另外，从发生器流出的稀溶液经换热器和节流降压后进入吸收器，吸收来自蒸发器的冷剂蒸气，吸收过程产生的浓溶液由循环泵加压，经换热器吸热升温后，重新进入发生器，如此循环制冷。 图5.1 吸收式制冷系统地工作原理图 1一冷凝器2一节流阀3-蒸发器4一发生器 5-溶液节流阀6一吸收器7_溶液泵5.2 氨水吸收式制冷循环的性能指标5.2.1热平衡 发生器从外界热源获得热量，蒸发器器中从低温热源获得热量，在吸收器和冷凝器中分别向外界环境放出热量、 。而溶液泵中只是提供输送溶液时克服管重力位差所需的动力，消耗的机械功很小。对于一理想的吸收式制冷循环，如忽略溶液泵的机械功和其他热损失，则由热力学第一定律得到如下热平衡+=+ （5.1）即加入机组中的热量等于机座向外放出的热量。5.2.2热力系数 热力系数表示消耗单位热量所能制取的冷量，是衡量吸收式机组的主要性能指标。 （5.2）在给定条件下，热力系数越大，循环的经济性越好。需要注意的是，热力系数指表明吸收式机组工作时，制冷量与所消耗的加热量的比值，与通常所一说的机械设备的效率不同，其值可以小于1,等于1,或大于1。如定义高温热源的温度为 ，低温热源的温度为 ，外界环境温度为 ，并忽略吸收式循环中各过程的不可逆损失，则可认为发生器中的温度就等于高温热源温度 ，蒸发器中的蒸发温度就等于低温热源 ，冷凝器中的冷凝温度和吸收器中的冷却温度就等与外界环境温度 ，根据热力学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环的热力系数 式中 工作在高温热源温度，环境温度间正卡诺循环的热效率， （5.3）一一工作在低温热源温度和环境温度间逆卡诺循环的制冷系数， = （5.4） 由此可见，理想吸收式制冷循环可着作是工作在高深热源温度和环境温度正卡诺循环与工作在低温热源温度和环境温度间的逆卡诺循环的联合，其热力系数是吸收制冷循环在理论上所能达到的热力系数的最大值。一最大热力系数的数值只取决于三个热源的温度，而与其它因素无关。在实际过程中，由于各种不可逆损失的存在，吸收式制冷循环的热力系数必然低于相同热源温度下理想吸收式循环的热力系数，两者之间被称作吸收式制冷循环的热力完善度，用表示: （5.5）热力完善度越大，表明循环中的不可逆损失越小，循环越接近理想循环。5.3方案选择单效吸收式制冷系统是制冷机组最基本的形式。该系统的主要特点是：单效流程中通常都是采用饱和蒸气或85-150的热源为驱动热源。单效发生单级吸收，发生器、冷凝器，蒸发器和吸收器都各只要一个，系统结构较为简单。且技术已经很成熟。在单效流程中，其发生压力由冷凝压力决定，而冷凝压力的确定取决于冷却水的温度，冷却水的温度由环境温度决定，所以对于单效流程，发生压力的变化不大。综上所述，在本次设计中我们采用简单实用的单效氨水吸收式制冷机组。5.4吸收式制冷流程图 图5.2 为吸收式制冷系统 1.双室发生器，2.冷凝器，3.混合器;4.溶液热交换器;5.冷凝器冷却水系统,6,混合器冷却水系统;7.热水系统。8.冷却水泵:9.冷却水泵;10.溶液泵:11，热水泵。其中:P-压力传感器T为热电偶F一为流计.5.5氨水溶液的性质氨是最早就开始使用的制冷剂之一，它的热力性质有着许多优点，主要是：在制冷机工作温度范围内压力适中，属于中压制冷剂，其气化潜热很大，在常用的蒸发温度下1300kJ/kg左右，约为R 22的7倍，标准沸为一33.4，在常用制冷温度下能使制冷机的低压部分压力保持在大气压力上下；凝固点为一77.7，因此一般认为它的制冷温度可低至46，也有人认为可低达一60。此外，它的价格低廉，容易获得。氨的主要缺点是毒性较大，有刺激性臭味，对人体健康有害。当空气中氨的容积浓度达1625%时就有爆炸危险。虽然氨有这些缺点，但由于它拥有着前述许多优点，加之人们在长期生产过程中已积累了丰富使用经验，所以即使在蒸气压缩式制冷机中，大型机组仍多采用它作为工质。而在吸收式制冷机中，在低于0的情况下是目前唯一实用的制冷剂。作为吸收剂的水最突出的优点是它能强烈地吸收氨气。一升水能够吸收700倍容积的氨气。水与氨能够完全互溶，在制冷机的工作温度和压力范围内没有结晶析出。氨水溶液的最大缺陷在于氨和水的标准沸点相距太近，只相差133.4，在发生器内受热产生的氨蒸汽中，不可避免地也会带有少量水蒸汽，为此，需要装设精馏塔. 6.热力计算6.1氨水溶液的h-图图为氨水溶液h -图的简图，为了清晰起见，图中只画出了五种压力下的沸点线和露点线，在这两组曲线之间还有一组四面向上的辅助曲线，用来得到气液两相共存区内的等温线，其步骤可举例说明如下:图中点1为在1.961MPa (20kgf/c)压力下的饱和液体，由此点向上作垂直线与同一压力下的辅助曲线相交，再由所得到的交点作一水平线与相同压力下的露点线(饱和蒸汽线)相交于2点，则2点就是与1点处于平衡的饱和蒸汽状态，12连接直线就是代表它们温度的湿蒸汽区等温线。由于处于平衡中的蒸汽浓度总是大于、液相浓度，所以在湿蒸汽区的等温线永远向右倾斜，只有在=0和=1时，这个区域的等温线才成为与纵轴重合的垂线。 图6.1 氨水溶液的h-图( l kcal=4.1868kJ)从热力学中可知，比焓的绝对值是无法测定的，那么在热工计算中只需要确定比焓的变化值。对水的比焙通常规定为：当温度为0时比焓等于0，而对于氨水溶液，为了计算方便，则规定质量分数=0，温度t=0时的比焓349.6KJ/Kg（100Kcal/Kg）。由于目前还没有完整的高温区域氨水h-图，因此，在进行热力计算时，各主要状态点的确定，除了借与h-图外，还要用到压力一温度(P一T )图和一些热力计算的方法。 图6.2 氨水溶液的p-t图图中画出了自=0(纯水)直到=1(纯氨)的各种浓度下的蒸气压与温度的关系。 由图可以看到，在相同的温度下，氨的蒸汽压远高于水，溶液中氨的浓度愈高则它的蒸汽压愈大，反之，当显示出系统内的蒸汽压低于应有值时，也就意味着溶液的浓度已变小。后面我们将会看到，这个图除可查出各种浓度下的蒸汽压外，对分析氨水吸收式制冷机或热泵的循环过程也非常有用。6.2原始设计参数设置：发生器中的温度即高温热源温度=95; 制冷量=300KW ，稀溶液浓度=58%。蒸发温度即13，氨水循环压力Pk=0.012MPa;烟气发生压力0.03MPa;放气范围为（-）=4%。则=62%。稀溶液出发生器温度比高温热源温度小15 ，80,蒸汽出口温度由发生压力确定为85,浓溶液进口温度由发生压力和溶液的质量分数确定为75。则溶液的循环倍率=15.5。其物理意义为，发生器中产生lkg冷剂蒸汽所需稀溶液的流量。根据上述所选的参数，查图，可确定制冷循环中各状态点的比焓值以及温度、压力和质量分数。各状态点与流程图各点相对应。 6.3各参数值的确定（1）发生器的总热负荷可表示为: （6.1） =1.42（15.5-1）403+672-15.5385=778KJ/s（2）冷凝器的热负荷 （6.2） =1.42（672-434）=338KJ/S（3）蒸发器的热负荷即制冷量 （6.3） =D(645-434)=300KJ/S 稀溶液循环量D=1.42kg/s（4）吸收器总热负荷 （6.4） =1.42645+(15.5-1)312-15.5301=715KJ/S6.4热平衡机组的总体热平衡情况是:通过发生器、蒸发器加入机组的热量，经冷凝器和吸收器带出机组的热量为，考虑到其他因素的影响两者应基本相同。计算: =300+778=1078KJ/S =715+338=1053KJ/S由计算结果可以着出，二者基本相同，满足了机组的总体热平衡。6.5热力系数热力系数是指，机组运行时所获得的冷量与消耗的热量之比，用符号表示。本设计中的热力系数即为: =0.39 （6.5）7.发生器设计7.1发生器形式选择目前使用较多的是降模式发生器，一般把发生器与精馏塔做成一个整体，优点是结构紧凑，设备布置和工艺配管都较简单，占地少，缺点是清洁换拆不方便，且与塔体用大法兰连接，密封性较差，易漏气，若直接加热，发生器换热出如发生氨泄露，遇明火会燃烧和爆炸。 图7.1 立式降膜式发生器 1.填料环;2.分布头;3.降膜管;4.稀溶液储箱;5.精馏塔板;6.分凝器;7.稀溶液;8.浓溶;9.去冷器上图是目前采用较多的立式降膜式发生器，是单向流动型式的一种。在结构上，它是一台壳管式换热器，装于精馏塔的下部。加热蒸汽在管间放热冷凝，由塔的提馏段底层流下的氨水溶液则在经过分布头后成膜状沿各管的内壁呈螺旋状流下，降膜沿途受热气化，所产生的燕气由管内上升，与下降的液膜不断接触，起着精馏作用。而最后的稀溶液则流到底部空间排出。由此可见，这种降膜式发生器起着一块完全理论塔板的作用。蒸气产生时，只要透过液膜，所以没有压力损失。此外，发生器内不需装储大量溶液，因而起动过程很快。当负荷改变时也能迅速适应。本次设计采用发生器与精馏塔分开布置的方法，因为本次热源为高温烟气，需要考虑清洁问题，且发生器与烟气引入机构相互连接，如果做成一个整体，系统将太过庞大，不利于设计安装等，而发生器实质为热交换器。由于管壳式热交换器的使用历史悠久，且其结构简单、应用普遍，因而对他的设计、制造、安装等都已积累了比较丰富的经验，各国在此基础上已经形成了各自的标准、规范。我国于1989年发布了国家标准钢制管壳式换热器，后来又做了更新。综上，本次发生器设计采用浮头管壳式热交换器，因为浮头式两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，而另一端的管板不与壳体链接而可相对于壳体滑动，这一段叫浮头端。这种结构在需要清洗时和检修时，仅仅将正个管束从固定端抽出即可进行，鉴于本次热源为烟气，所以采用浮头式。不过浮头式因为浮头盖与管法兰链接有相当大的面积，结果使壳体直径增大，金属消耗增多。如下图6和图7即为现在投入生产的浮头式管壳发生器 图7.2 图7.37.2传热计算（1）传热计算的主要目的在于确定设备的传热面积F。由传热基本方程式知传热面积 F=/ (7-1)式中：一一发生器热负荷，W，已于系统的热力计算中求得， 有效平均传热温差， 一传热系数，W/( ） =， (7-2)式中：温差修正系数，0.95；对数平均温差，12.5则=12初选传热系数= 450 W/( ） 估算传热面积= / =778000/45012= 144 （7.3）（2）因为热源为烟气所以换热管采用玻璃材质易于清洗和传热。 （3）管程所需流通面积、=， （7.4）式中：管程流体的质量流量,Kg/s；流体密度710Kg/；流体流速0.5m/s。氨水比热5.23KJ/(Kg )则，=778/5.2312=12.8kg/s，=0.04 （7.5）（4）为保证流体以上流量和流速通过发生器，则所需管数n为，式中：为管子内径0.04m。n=32根。（5）每根管子的长度L为L=/=144/=32m。由GB151-1999推荐换热管长度采用6m，则所需管程数=L/=5.3由规定选取6程数。=192（6）管子的排列方式。鉴于正方形排列易于清扫，适合浮头式所以采用正方形布置。（7）管中心距。查表为56mm。（8）分程隔板槽两侧相邻管中心距=68mm（9）拉杆直径。查表16mm. 8个（10）一台传热面积=163，满足。（11）壳体内径。，=67.5 b=1.19=16.5。=（16.5-1）56+267.5=1003mm，按GB151-1999规定，取标准直径1100mm，长径比为=6/1.1=5.45，符合要求。7.3管程计算（1）管程接管直径。=226mm，按钢管标准取值230mm（2）管程雷诺数=，式中，为氨水粘度490kg/(ms)，=28979.（3）管程换热系数=4680w/( )7.4壳程结构和壳程计算(1)管板。因为是浮头式所以管板与壳体一端为可拆连接。管板厚度查表为34mm。(2)折流板。他除使流体横过管束流动，还有支撑结构、防止管束震动和弯曲的作用。查表选取单弓行： 折流板缺口高度h=0.45=495mm 折流板间距=(0.20.1)=(220110),取300mm。 折流板数目=6000/300-1=19个 折流板直径，由GB151-1999规定，取 876mm 折流板缺口面积=0.5-(1-)sin=0.27 （7.6）折流板缺口处管子所占面积=(1-)=0.06 流体在两折流板间错流流通截面积：=-+(s-)=0.18流体在缺口处流通截面积= -=0.27-0.06=0.21 (3)壳程流通截面积。=0.2 （7.7）(4)壳程接管直径=248.6mm,由钢管标准选取250mm （7.8）(5)壳程雷诺数=23255.8 （7.9）(6)理想管束传热因子。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)壳程传热因子。=0.012 （7.10）(11)壳程质量流速。=100kg/(ms) （7.11）(12)壳测壁面温度。假定=84(13)壳测换热系数。=620w/( ) （7.12）7.5需用的传热面积(1)氨水热阻。查资料=0.00017（)/w(2)烟气污垢热阻。查资料=0.00034()/w (3)传热系数。=470w/( ) （7.13）(4)传热面积。=138 （7.14）(5)传热面积之比。/F=163/138=1.18，稍大满足要求。(6)检验壳测壁温。 （7.15）=95-470（1/620+0.00034)12=83.986，与原定值基本相同，相差0.024满足要求。7.6阻力计算7.6.1管程阻力计算（1）管内摩擦因子查图为0.0075。 （2）沿程阻力=4，式中为管内流体校正因子。 （7.16） =40.0075 1.5=3195Pa(3)回弯阻力2130Pa(4)进出口连接管阻力133.125Pa总流动管程阻力=3195+2130+133.125=5458.125Pa，（没有超过0.5P压力要求）7.6.2壳程阻力计算(1)理想管束的摩擦系数查图为0.20(2)理想管束错流段阻力440.21.1=1385Pa(3)理想管束缺口处阻力569.7Pa(4)查表折流板泄漏校正系数=0.32，折流板间距不等的校正系数=1(5)壳程总阻力： =(19-1)1385+19569.70.32+21385(1+3.7/8)1 = 13462Pa , （没有超过0.5P压力压求） 发生器详细图纸见附件，因为本次设计采用与精馏塔分开的方法。8.锅炉尾部烟气的特性分析8.1烟气成份和腐蚀烟气的成份和燃料有关，组成锅炉燃料(对煤和油来说)基本成份有碳,氢、硫、氧等元素。此外还包含着一定数量的水份和灰质，是较复杂的化合物。燃料经高温化合后生成的烟气主要成份含细小灰粒和部份未燃尽的焦碳细粒(即烟尘)、二氧化碳、具有腐蚀性的二氧化硫和三氧化硫气体;该气体与烟气中水蒸汽混合后生成亚硫酸和硫酸蒸汽等。当锅炉受热面的壁温低于酸露点、硫酸蒸汽就会凝结，引起这部份的金属受热面的严重腐蚀。此外硫酸液还会与受热面上积灰起化学反应，形成硫酸钙为基质的污垢物质。它不但引起换热装置的堵塞，还大大影响其传热效果。当前为了减轻附加受热面腐蚀和堵塞，只是使附加受热面的最低壁温不低于水露点。8.2烟气中携带大量余热烟气离开锅炉最后一个受热面即空气预热器出口时，温度还是较高的，带走了大量余热经除尘后，进入烟囱排入大气，形成烟热损失。目前对于中大型锅炉排烟温度在110-160范围，小型锅炉排烟温度至150 200 范围。排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项，据有关资料表明:中温中压锅炉排烟热损失约占总有效热量的612%;有些小型锅炉高达20%以上。8.3解决烟气腐蚀性的途径 前已述及烟气的腐蚀，解决的基本方法是提高排烟温度。但一味提高排烟温度是不经济的。各使用单位虽采取了一些措施，但腐蚀和堵塞只是有一定程度的缓解和延长。要想真正解决腐蚀问题。首先在附加受热面所用装置的材料上入手。在总结钢管空气预热器低温腐蚀堵塞的经验教训上，改为玻璃管空气预热器后，防止腐蚀和减少洁灰，显然，在防磨上比钢管耐久，减少维修量、提高锅炉安全经济运行是玻璃管空气预热器的显著特征，这为低温烟气余热利用奠定了基础。 玻璃管换热装置在使用中，必须严格气密性检查和有效地渗漏监测手段，以防止氨水发生器热空气侧的腐蚀，保证整机的安全运行。 8.4 烟气引入方案设计 (1)如果制冷剂和废气锅炉在烟道上串列安装，必将使后者易受到低温腐蚀的危害。为此，采用双烟道的布局，将通向吸收式制冷余热回收装置和废气锅炉的烟道分开，能够有效避免两者的相互影响。(2)氨水制冷机的负荷变动通过控制三通挡板阀的位置调节烟气型发生器的烟气量来实现，当制冷机发生异常需要停机而锅炉废气任然继续排放时，三通阀打开完全旁通烟道，并关闭通向发生器侧的烟气入口，由于三通挡板阀的挡板不可避免的存在烟气的泄漏，为了避免泄漏烟气继续与已停机的发生器发生热量的传递以致引起发生器超压爆炸，通常会引入鼓风机停机保护系统。简图如下：详细设计图纸见附件图：图8.19设备维护9.1防腐措施在经济能力允许下采用高级材料避免腐蚀如玻璃等。9.2机组的气密性检验 不凝性气体是指吸收式制冷机组工作时，既不被冷凝，也无法被氨水溶液吸收的气体。外部进入机组的空气及内部因腐蚀而产生的氢气，均属不凝性气体。系统有良好的气密性可减少外部氧气的进入，.溶液中氧气的含量减少，会使氨水溶液的腐蚀性大幅下降，有利于机组的正常运行. 。因此提高机组的气密性，防止空气进入机组，以及在运行中及时地抽除机组中的不凝性气体，保持机组良好的真空状态，是保证机组性能的基本条件。9.3管路清洗由于管路和设备内壁存有铁锈等氧化物和切割焊接时留下的铁屑，虽然在出场前已经进行了清洗，但是仍可能会有残余的杂质存在，因此在机组充灌溶液前首先要对机组内的溶液回路和冷剂水回路进行清洗，清洗方法是将系统抽成真空，然后向系统内部充灌去离子水(如果用自来水冲洗管路，自来水里含有钙、镁等离子，有可能在管路和设备表面形成水垢，影响系统的性能)，观察发生器内的液面，当充灌达到一定高度时停止充灌，启动溶液泵，让去离子水在系统内循环一段时间，清洗完毕从溶液充灌口(真空隔膜阀)放出去离子水，观察去离子水是否澄清，如果去离子水中含有大量杂质，再重复进行清洗。9.4溶液充灌 溶液充灌前要保证系统内没有水分。首先系统内存在水分溶液充灌后质量分数将会降低，系统性能将会偏离设计要求。其次如果系统内存在水分，当利用真空泵对系统抽真空时，由于系统内存在水分，当系统内压力降低，水的蒸发温度下降，水分将会蒸发，导致系统无法达到真空状态，抽出来的水分进入真空泵，使真空泵内的密封油变稀，无法达到密封的效果，使抽真空操作失败。去除系统内部水分有些多方法，本系统采用压缩空气吹干法，使用压缩空气价格便宜、使用方便。9.5保温 氨水吸收式制冷系统是一个换热器的集合体，对系统进行保温处理，减少系统的热量损失，对吸收式制冷系统性能的提高有着至关重要的作用。本实验系统对所有实验设备和管路都进行了保温处理，采用橡塑保温材料，其优点是:热导率小，价格便宜;密度小，重量轻吸水率低且耐水性好，保温后不易变形，且有一定的抗压强度，不易燃烧。10.设备性能分析改进10.1提高发生器的传热效率 对发生器进行表而处埋：在高压发生器中、下段喷镀镍、铬合金，其沸腾性能约为光滑而的23倍，若喷镀氧化铝，其沸腾性能约为光滑而的1. 5倍，传热性能得到明显改善，则为提.高高压发生器传热效率的有效措施。10. 2提高机组部分负荷时的效率吸收式制冷机组是直接利用热能制冷，当要利用他的有效能时，他本身就有一部分无效热要排入环境。此外，由于氨水溶液吸收水蒸汽的过程要放出热量，同时水蒸汽被吸收时要放出凝结潜热，这两部分废热必须及时排走，才能保证吸收过程与制冷循环得以正常进行，故吸收式制冷机组的冷凝器排除的冷凝热要比压缩式制冷机的大得多，与之相配套的冷却水泵和冷却水塔较大，冷却系统的电耗相应较大。因此，要综合考虑这两方而的因素，提高机组负荷的能效率，尽量降低其耗能量，减少不必要的热量损失，达到节约热能的目的，从而提高机组性能。10.3提高控制性能随着电子控制技术的发展，采用以微处理器为核心的智能化控制系统，能对采集到的多项信息进行综合判断，能预知和判断出使机组性能降低的潜在故障，防止导致性能下降的因素出现，而且能预知需要维修的特定位置和时间，不再依赖于技术人员的技能水平去发现、判断、排除故障，保证机组长期高效运行。故智能化的控制系统是保证机组高效运行，降低能耗的重要手段。同时要加强智能控制，提高其工作效率，降低各方而的能量消耗作用，从本质上提高其工作效率和制冷性能，保证实验装置稳定可靠的运行。综上所述，吸收式制冷实验装置的节能措施众多，要根据具体的实际情况采取合适的节能措施提高其效率，达到制冷量大，制冷性能和制冷过程综合效率高的目的。同时也要详细分析其制冷性能影响因素，降低其不利因素的影响，提高工作性能，综合提高其制冷效率。 总结随着经济和社会的不断发展，环境问题日益凸显，人们对生活质量的要求不断提高。这就要求加强对新的制冷技术和制冷剂的开发和利用。氨水吸收式制冷以其节省能源、不污染环境及一机多用等优点被推向市场前沿，越来越被人们广泛采用。本次设计是采用工业废热为热源，将在很大程度上缓解我国在能源利用方面的劣势。本文正是基于氨水吸收式制冷的发展和诸多优点以及当前的市场前景的基础上而进行的发生器设计和研究。本文主要针对实验和教学的需要，根据氨水吸收式制冷的原理，对吸收式制冷实验装置中发生器进行设计算、结构布局、性能分析以及节能措施等方而进行详细的分析和介绍。对实验装置进行不断修正和完善，同时也分析了制冷实验装置性能的影响因素，井提出提高实验装置性能的途径，为实验装置的制作和使用提供了一定的帮助和借鉴意义。在设计过程中，通过查找资料也了解到很多制冷方面的知识，以及获取信息的能力，我相信会为我以后的工作学习有莫大帮助的。当然通过本文的写作我也发现自己还存在不少问题，这也要求我在以后的工作和学习中去不断摸索前进。总之，本次设计让我增加了动力和信心，不断努力进取。必将使我不断成长，成为对社会有用的人。以上即为本设计的研究和设计过程的全部内容，吸收式制冷装置日前应用也极为广泛，但我国还是不普遍。而在国内外发展迅速，技术日益成熟，我相信在我们的不断努力中，我国吸收式制冷必将会上一个台阶的。 致谢最后需要感谢热能动力办公室各位老师的悉心指导，在我遇到问题时不断给予鼓励和帮助我解决问题，我才能顺利完成毕设。他们对待教育事业的态度让我感到敬佩，在这里衷心的希望他们生活美满，为国家教育大计再造辉煌。参考文献1杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之一一发展概况及其应用J.流体机械，1989，（8）：64-68. 2杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之七性能与流程J.流体械,1990,(3):68-72.3 杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之五氨水溶液的性质J .流体机械，1990，（5）：23-30.4 杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之十一主要设备及其计算J .流体机械，1990，（6）：33-37.。5 杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之十二主要设备及其计算J .流体机械，1990，（7）：12-16.6 林陈敏，陈亚平，田莹氨.水吸收式制冷系统在渔船尾气中余热利用分析J. 东南大学能源与环境学院，2007.7邵社会.利用锅炉烟气余热实现溴化锂吸收式制冷J. 能源研究与利用,1997,(4):7-10.8 杨一凡.氨制冷技术的应用现状及发展趋势J.制冷学报,2007,(4):28-32.9尹洪超.氨水吸收式制冷夹点分析法刘庆伟J.节能，2012，（7）：33-37.10冯惠生，徐菲菲，刘叶风，单纯.工业过程余热回收利用技术研究进展J.化学工业与工程，2012，（1）：1-4.11 徐士鸣，袁一.氨水吸收式制冷循环的分析与改进J.大连理工大学学报，1996，（7）：88-93.12 王维伟，潘新祥，沈波.远洋渔船吸收式制冷应用可行性分析J.节能技术，2012，（5）：33-40.13 董辉，王萌，杨猛，杜涛，蔡九菊.钢铁企业中低温烟气余热用于制冷的研究J.暖通空调，2010，（12）：67-72.14姜锁利.低温吸收式制冷系统新型发生器的研究D.北京:北京工业大学硕士学位论文，2008.15WANG Ruzhu,WANG Liwei.Adsorption refrigeratyion green cooling driven by low grade thermal energyJ.chinese scienceBulletin,2005,50(3):193-204.16 胡深亚, 潘卫国, 姜未汀, 王文欢 ,章玲 ,周曰 . 中低温烟气余热利用中防腐措施及利用方式的探讨J. 节能技术和产品，2009，（8）：12-16.17史美中，王中铮.热交换器原理与设计M.南京：东南大学出版社，2003.18 Doherty P.S ,Srivastava N ,Riffat S.B.Flue gas sorption heat recovery experimental test and modelling results J.Journal of the Energy Institute, 2006,79(1).第 29 页 共 27 页