程 艷，涂淑平

（上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海 201306）

引言

蒸發(fā)冷卻技術(shù)是利用水蒸發(fā)所需的潛熱進(jìn)行制冷，目前蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用較成熟的技術(shù)是冷卻塔技術(shù)［1，2］。夏季，由于空氣的相對(duì)濕度較高，因而冷卻水蒸發(fā)量較少，導(dǎo)致冷卻塔效率較低，出水溫度較高。論文為克服此不利氣候條件的影響，提出了利用企業(yè)廢氣，通過溴化鋰溶液對(duì)冷卻塔進(jìn)氣除濕，提高冷卻塔效率，降低出水溫度這一低溫型冷卻塔。

此低溫型冷卻塔工作原理:溴化鋰濃溶液再生部分:過熱水蒸氣在盤管內(nèi)通過溶液再生器，溴化鋰稀溶液被加熱，溴化鋰稀溶液中的水蒸氣大量蒸發(fā)，從而變?yōu)殇寤嚌馊芤?。冷卻塔除濕部分:濃溶液通過濃溶液罐進(jìn)入新風(fēng)除濕器，與吸入塔中的空氣進(jìn)行直接接觸，吸收空氣中的水蒸氣，變?yōu)橄∪芤?，通過稀溶液罐進(jìn)入廢熱溶液再生裝置，此塔除濕部分的循環(huán)依此進(jìn)行。冷卻塔循環(huán)水部分:吸入塔中的外界空氣經(jīng)過除濕器，溴化鋰濃溶液從吸收器的上部通過噴嘴向下噴射，與進(jìn)塔空氣進(jìn)行直接熱濕交換，吸收空氣中的水蒸氣，使空氣的含濕量及相對(duì)濕度降低。處理后的空氣在風(fēng)機(jī)作用下向冷卻塔上部運(yùn)動(dòng)，同時(shí)冷卻塔循環(huán)水通過冷卻塔配水裝置從高處噴下，噴頭將水噴射成霧狀，均勻布置在冷卻塔填料層中，與空氣進(jìn)行熱濕交換?？諝馀c溴化鋰溶液進(jìn)行熱濕交換后相對(duì)濕度較低，使得冷卻塔循環(huán)水大量蒸發(fā)，而蒸發(fā)所需的大量潛熱使得冷卻塔循環(huán)水溫度降低，整個(gè)循環(huán)依此進(jìn)行 （如圖1）。

圖1 低溫型冷卻塔原理示意圖

1 空氣與噴淋水換熱的熱力計(jì)算

設(shè)計(jì)條件:冷卻塔進(jìn)出水溫度為35℃/30℃，溴化鋰濃溶液與稀溶液的溫差為10K。空氣除濕前后參數(shù)如表1。對(duì)于過熱蒸汽的參數(shù)，可查過熱水蒸氣物理性質(zhì)表，本計(jì)算設(shè)計(jì)廢熱蒸汽平均溫度為400K，其參數(shù)如表2。

選用根據(jù)焓差法建立的EXCELL格式函數(shù)計(jì)算軟件［3］，計(jì)算出相應(yīng)冷卻塔內(nèi)各參數(shù)的數(shù)值，結(jié)果如表3。

表1 除濕前后空氣參數(shù)

表2 過熱蒸汽參數(shù)

表3 冷卻塔內(nèi)各參數(shù)的數(shù)值

2 溴化鋰溶液除濕熱力計(jì)算

2.1 溴化鋰溶液的結(jié)晶

按照設(shè)計(jì)要求，溴化鋰濃溶液罐向除濕器提供濃溴化鋰溶液，來對(duì)進(jìn)塔空氣進(jìn)行除濕。溴化鋰溶液物理性質(zhì)決定需選擇一個(gè)較好的濃溶液狀態(tài)點(diǎn)。

圖2 溴鋰溶液結(jié)晶溫度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

從圖2可看出，當(dāng)溴化鋰溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升時(shí)，其結(jié)晶溫度也上升;當(dāng)溴化鋰溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低時(shí)，其結(jié)晶溫度也降低。其中，當(dāng)溴化鋰溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過64.86%之后，溴化鋰溶液的結(jié)晶溫度急劇上升。因此本計(jì)算中，濃溶液罐中的溴化鋰溶液溫度應(yīng)小于該轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

2.2 溴化鋰溶液的水蒸氣分壓力和比焓

對(duì)于本設(shè)計(jì)中吸收器部分，驅(qū)動(dòng)溴化鋰溶液對(duì)進(jìn)塔空氣進(jìn)行除濕的動(dòng)力是溴化鋰濃溶液的水蒸氣分壓力與進(jìn)塔空氣的水蒸氣分壓力之差，因此需分析溴化鋰溶液水蒸氣分壓力與溶液溫度及溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系［4］。

由溴化鋰溶液的p－t圖可知，當(dāng)溴化鋰溶液溫度一定時(shí)，水蒸氣分壓力隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變大而減小，隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減小而上升;當(dāng)水蒸氣分壓力一定時(shí)，溴化鋰溶液的溫度隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減小而增大，反之亦然;當(dāng)溴化鋰溶液溫度一定時(shí)，水蒸氣分壓力隨溴化鋰溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減小而降低，反之亦然［5］?？紤]到廢汽溫度一般不低于80℃，為了提高廢熱的利用率，溴化鋰濃溶液的溫度tBrLi=60℃，為了防止溴化鋰溶液結(jié)晶問題，質(zhì)量分?jǐn)?shù)ε=60%，對(duì)應(yīng)溴化鋰溶液的水蒸氣分壓力為932.54Pa，定壓比熱容:cp=1.84kJ/kg·K。

2.3 熱量交換計(jì)算

在系統(tǒng)的吸收器部分，溴化鋰濃溶液吸收進(jìn)塔空氣中的水蒸氣，使得進(jìn)塔空氣的相對(duì)濕度和焓均降低。

由表1知:除濕前干球溫度為34℃，相對(duì)濕度83%，

而空氣密度:

除濕后空氣焓值:

又由表2可知，空氣的質(zhì)量流速:

流動(dòng)面積:

空氣質(zhì)量流量:

所以溴化鋰濃溶液?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)吸收的水蒸氣質(zhì)量:

水蒸氣液化所放出的潛熱:

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在計(jì)算濃溶液與空氣熱濕交換的過程時(shí)，不考慮空氣中水蒸氣的質(zhì)量損失，空氣所獲得的冷量:

由能量守恒:空氣減少的能量與空氣中水蒸氣液化所放出的潛熱均被溴化鋰溶液吸收，即:

而

得:

3 溴化鋰稀溶液與過熱水蒸氣換熱的熱力計(jì)算

在發(fā)生器部分，溴化鋰稀溶液在過熱水蒸汽作用下，溫度升高，溴化鋰稀溶液中水分蒸發(fā)。對(duì)于發(fā)生器，本設(shè)計(jì)選用管殼式換熱器，溴化鋰溶液在殼程中，過熱水蒸氣在管程中，在殼體上，開有一些小孔，用于溴化鋰溶液蒸發(fā)出的水蒸氣排出。對(duì)于殼管式換熱計(jì)算。

由表2得:

且有換熱總量:

由公式:

求得:

4 結(jié)論

1）本論文提出了一種低溫型冷卻塔設(shè)計(jì)方案，方案中用溴化鋰濃溶液對(duì)進(jìn)塔空氣進(jìn)行除濕，溴化鋰溶液再生熱源選用企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過程中產(chǎn)生的過熱水蒸氣，合理利用了企業(yè)的廢熱。

2）由EXCELL格式函數(shù)計(jì)算軟件，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)及設(shè)計(jì)條件，方便快捷地計(jì)算出了冷卻塔的尺寸大小、進(jìn)出塔空氣及進(jìn)出塔冷卻水的狀態(tài)參數(shù)。

3）根據(jù)三個(gè)主要熱力發(fā)生過程中能量守恒，由設(shè)計(jì)條件計(jì)算出了進(jìn)塔空氣的流量、所需溴化鋰的流量及所需水蒸氣的流量，完成了整個(gè)過程的熱力計(jì)算分析。

［1］MARIJKE S，ARNOLD A.Performance evaluation of evaporative cooling using whole－building hygrothermal simulations［J］．Applied ThermalEngineering2009，29（14）:2870－2875

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［3］劉進(jìn)進(jìn).溶液除濕在蒸發(fā)冷卻技術(shù)中的應(yīng)用 ［D］．上海海事大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013

［4］鐘怡.燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)復(fù)合轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用［J］．煤氣與熱力，2005，25（1）:43－47

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