英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
燃气发动机、压缩式制冷机和吸收式制冷机构成的一体式制冷系统实验研究
Z.G. Sun
Engineering School, Sun Yat-Sen University, 135 Xingangxi Road, Guangzhou 510275, China
Received 13 April 2007
摘 要：建立并测试了一种带有燃气发动机、蒸汽压缩式制冷机和吸收式制冷机的整体式制冷系统(IRS)。蒸气压缩式制冷循环是由气体发动机直接操作的。燃气发动机产生的余热作用于吸收式制冷循环，从而提供额外的冷却。描述了IRS的性能。整体式制冷系统的冷却能力约为596千瓦，而一次能源利用率(PER)在空调额定条件下达到1.84。随着燃气发动机转速的增加，样机的制冷能力增加，样机数量减少。为了在高能源效率下运行样机，最好在一定负荷条件下对燃气发动机转速进行调节。随着冷却水出口温度的升高或冷却水入口温度的降低，其制冷量和样机数量均有所增加。与传统制冷系统相比，本工作中整体式制冷机组的运行成本较传统制冷系统节省了成本。
关键词：燃气发动机；吸收制冷循环；蒸汽压缩制冷循环；性能
1. 引言
近年来，随着我国能源供应差距的加大，节能降耗越来越受到重视。在工业和商业建筑中，能源效率更高的能源供应系统受到欢迎。电子蒸汽压缩制冷系统通常用于中国和世界各地的制冷和空调系统。越来越多的人担心使用空调(用电空调系统的用电高峰)造成的电力供应的损失，强调了降低空调用电高峰需求的必要性。由于需求高峰，电网越来越容易受到服务中断的影响。节约能源和降低空调系统的功耗需求有很多，如储冰系统，吸收式制冷/热泵系统以及燃气发动机或涡轮驱动的制冷/热泵系统，冷热电联产系统，等等。[1–10]. 由燃气轮机或涡轮机驱动的整体式制冷系统通常用燃气发动机的轴来操作蒸汽压缩冷却器/热泵。一般的吸收式制冷设备是由发动机或燃气轮机驱动的。[8,11]. 吸收式制冷循环(ARC)是通过加热来操作的。燃气轮机或汽轮机的废热可作为吸收式制冷循环的热源。通过回收废热，由燃气轮机/涡轮驱动的冷凝器/热泵与传统的冷水/热泵相比具有更高的一级能源利用效率(例如，电气冷却器/热泵)[3,8,11–14]. 更高的能源利用效率周期可以节约运行成本和产生环境效益，因为能源储备被保留下来，环境污染也减少了。[15,16].
带有燃气发动机、压缩式制冷机和吸收式制冷机的整体式制冷系统是燃气发动机直接驱动的蒸汽压缩制冷循环，而溴化锂吸收式制冷是由燃气发动机的余热驱动的。由于IRS具有更高的能源利用效率，所以业主可以降低运营成本。
增加使用的IRS允许空调系统降低能源需求(由于它的高效率)和电力需求高峰(IRS是由天然气驱动的)，并改善环境。摘要介绍了燃气轮机或燃气轮机驱动的冷凝器/热泵的研究，并对世界上各种应用(住宅、商业、办公等)的影响进行了评价。但在中央空调系统中，联合压缩-吸收式制冷系统的实验研究还不够。建立了中央空调整体式制冷系统的样机，并对其性能进行了测试。整体式制冷系统通过回收和使用余热提高了能源利用效率，为用户节约运行成本提供了一个不错的选择。
|
符号表 |
|||
|
ARC |
吸收式制冷循环 |
Gv |
蒸发器的冷水流 |
|
AS |
吸收器 |
HE |
热交换器 |
|
CD |
冷凝器 |
IRS |
整体式制冷系统 |
|
COP |
制冷系数 |
P |
泵 |
|
CP |
压缩机 |
PER |
一次能源利用系数 |
|
EP |
蒸发器 |
Qc |
制冷能力 |
|
EV |
膨胀阀 |
tc-in |
冷却水入口温度 |
|
GN |
发电机 |
te-out |
冷却水出水温度 |
|
Gc |
冷凝器的冷却水流动 |
VCC |
蒸气压缩循环 |
2. 系统描述
IRS主要包括三部分:燃气发动机、蒸汽压缩制冷机和溴化锂吸收式制冷机。该功率(轴功)是由燃气发动机提供的，用于在IRS中操作压缩制冷循环。利用燃气发动机的余热来运行吸收式制冷循环。IRS的样机示意图如图1所示。IRS的发动机是一个六缸，四冲程，水冷，燃气发动机。气体发动机的连续功率为108 kW，额定转速为1800 rpm。燃气发动机的特性如图2所示。随着环境温度的升高，燃气发动机的效率降低。燃气发动机的效率在部分负荷条件下以固定速度下降，但燃气发动机效率随着燃气发动机转速在固定功率下降而增加。
与传统的蒸汽压缩冷水机类似，本工作中的压缩冷水机主要包括压缩机（CP），冷凝器（CD），膨胀阀（EV），蒸发器（EP），机油冷却器和油分离器等。本工作中使用的压缩机是一种开放式螺杆压缩机（表1）。为了确保IRS可靠运行，开放式螺杆压缩机被重新设计和重建。一个齿轮箱和开放式螺杆压缩机组装在一个单元中。使用压缩机的润滑油作为变速箱的冷却液。我们重建压缩机的目的是，由于开放式螺杆桨压缩机的额定转速为2960转/分，而燃气发动机的转速在额定负载下为1800转/分，因此燃气发动机的转速可以与压缩机的转速相匹配。压缩机和燃气发动机之间使用了离合器。当燃气发动机的转速超过1000转/分钟时，离合器开始工作并驱动压缩机运转。螺杆压缩机由燃气发动机直接驱动。
图1 整体式制冷系统原理图
图2 燃气发动机G3306NA的特点:燃气发动机的负荷与效率
这项工作使用吸收式制冷机。吸收式制冷机的示意图如图3所示。吸收式制冷机与传统的热操作单效吸收式制冷机相似。选择溴化锂 / 水作为工作对，其强弱溶液浓度分别约为59.5％和57.5％。
使用面积约9.6平方米的壳管式热交换器（HE）来回收燃气发动机排气中的废热。来自壳管HE的冷却剂进入吸收式冷却器的发生器（GN）以加热溴化锂水溶液。来自发生器的部分冷却液进入燃气发动机以冷却燃气发动机，然后进入壳管式热交换器。来自吸收式冷却器的发生器的冷却剂的另一部分直接进入壳管HE。
图3 单效吸收式制冷机组
3. 实验测试
在这项工作中，天然气被用作燃气发动机的燃料。为了研究IRS的可行性，对其进行了测试，用气体流量计测量实验过程中天然气的消耗量。气体流量计的容量为2.5-40 m3 / h，精度在plusmn;1％以内。冷却水和冷冻水的流量用两个150立方米/小时的电磁流量计测量，流量精度在0.5％以内，流量重复性在0.15％以内。使用铂电阻温度计来测量冷却水和冷冻水的入口和出口温度，其精度为plusmn;0.1K。
图4 测试设备图
测试设备的布置如图4所示。该测试设备用于在额定负载和部分负载条件下测试IRS性能。这些测试是在不同的工作条件下进行的。在工作条件稳定之后，这项工作为每个工作条件获得四组实验数据。以下的数据是每个稳定工作条件下四组数据的平均值。首先在燃气发动机的额定转速下测试IRS空调样机（冷却水入口和出口为30和35℃，冷冻水入口和出口温度分别为12和7℃）的性能。在1350-1800rpm范围内测量燃气发动机转速对IRS性能的影响。在燃气发动机的额定转速下测试冷却水入口温度和冷却水出口温度对IRS性能的影响。这项工作的测试程序和结果也证实了IRS样机的可靠性。
4. 结果和讨论
实验结果表明，在冷冻水入口和出口温度分别为12℃和7℃的条件下，空调IRS的制冷量约为596.2kW，冷却水的入口和出口分别为30和35℃，燃气发动机的转速为1800转/分（天然气发动机的天然气消耗量约为323.3千瓦）。主要能源效率（PER）[3,4]被用来评估IRS在这项工作中的性能。PER定义为所需产出与主要能源需求的比率。 IRS样机的PER约为1.84。样机的性能比PER约为1.2比传统的直燃式双效吸收式冷水机组的性能好得多。
燃气发动机转速对IRS样机性能的影响如图5和图6所示。当燃气发动机的转速降低时，IRS样机的制冷量也减少，但IRS样机的PER增加。
图5 转速对IRS制冷能力的影响
图6 转速对IRS性能的影响
对制冷量下降和PER增加的解释是燃气发动机在低速运行时的效率高于高速运行时的效率（图2），但低速运行的燃气发动机的轴功率和废热的输出低于高速运行的燃气发动机。发动机的最大效率有一点，它可能处于较低的转速（＜1400 rpm），并且该点可能不在燃气发动机的工作转速范围内（1350-1800 rpm）。结果表明，燃气发动机的速度在部分负荷条件下更好地进行调节，以便以高性能操作IRS样机。
图7和图8分别显示了冷冻水的出口温度对制冷量和IRS的PER的影响。 IRS样机的制冷量和PER随着冷冻水出口温度的升高而增加。结果与传统冷水机组的特点相似。
图7 冷冻水出口温度对IRS制冷能力的影响
图8 冷冻水出口温度对IRS性能的影响
图9和图10分别显示了冷却水的入口温度对IRS样机的制冷能力和PER的影响。冷却水入口温度对样机的制冷量和PER的影响与冷冻水出口温度对制冷量和PER的影响相反。
图9 冷却水入口温度对IRS制冷能力的影响
图10 冷却水入口温度对IRS性能的影响
5. 经济分析
冷供应的运行成本主要取决于冷水机组的性能，冷水机组的运行时间和能源价格。常规制冷机的参数选择为：常规直接 - 红外双效吸收式制冷机的性能系数（COP）为1.2; 传统电动螺杆压缩机的COP为4.5。这项工作中的集成制冷机组的COP是1.84。任何类型的冷水机组都可以提供596千瓦的冷量.中国江苏省的电力和天然气价格约为0.93 RMByen;/ kWh（1美元等于约7.5RMByen;）和2.0 RMByen;/ Nm3（天然气低热值约为36 MJ/ Nm3）。燃气发动机的运行和维护成本约为0.09 RMByen;/ kWh。一年的冷量供应时间约为1500小时。表2列出了冰箱的运行成本。
表2显示，与电动螺杆压缩式制冷机组或直接 - 红外双效吸收式制冷机组相比，本工作中的集成制冷机组可节省运行成本。影响冷供应经济的主要因素是能源价格，如天然气价格和电力价格。目前，中国天然气价格高于国际市场。随着中国天然气消费量的增加，天然气的使用量正在扩大，其价格将会下降。煤炭被用作中国电厂的主要燃料，但它带会来严重的污染。若要求发电厂减少污染，这将增加发电成本，因此未来中国的电价将上涨。如果天然气价格下降或未来电价上涨，则天然气发动机驱动的集成制冷机组将更具优势。
表一
开放式螺杆压缩机参数
表二
冷供应的运行成本
六.误差分析
集成制冷机组的制冷量可通过以下公式计算：
CH2O是冷冻水的平均比热容; mH2O是冷冻水流量; △tH2O是冷冻水入口和出口的温差。
Qc是上述两个主要参数的函数
IRS的PER被描述为
集成制冷系统的自然消耗是
其中mgas是组合制冷系统的天然气消耗率; 而Qdw是天然气的低热值。
IRS的PER是上述三个主要参数的函数
总体误差S与从变量Xi的测量值间接评估的数量相关联：
因此，Qc和PER的总体误差是
其中S△tH2O是冷水入口和出口温差测量的误差（plusmn;4％）; SmH2O是冷水流量测量误差（plusmn;0.5％）; 而Smgas是天然气消耗流量测量的误差（plusmn;1％）。
所以Qc和PER的总体误差分别为plusmn;4.1％和plusmn;4.2％。 Qc和PER的总体误差都小于5％。显然，错误SDtH2O对这项工作的整体错误有最大的意义。
<stro
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料</stro
资料编号：[464466]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
