单级氨吸收式制冷机组的工作原理

图14-1所示的单级氨吸收式制冷机组，包含了机组的所有设备和主要管路。

（1）基本工作循环 图14-2和图14-3是单级氨吸收式制冷机组的循环流程图及其在氨水溶液h-ξ图上的表示。氨吸收制冷过程由浓、稀溶液的浓度变化，以及氨气、氨液的相态变化这两个基本循环所组成。

1）氨吸收制冷中溶液循环。一般由回流冷凝器A、精馏器B及发生器C组成内回流型的立式氨精馏塔。质量分数为ξ′_r的akg浓氨水溶液（图14-2中的点l_a），送入精馏器B，并流向发生器C，与从发生器C上升的氨蒸汽进行换热、换质。氨蒸汽的质量分数逐渐增大，并把浓溶液加热至沸腾状态点1，形成质量分数为ξ″₁=ξ″_r的上升蒸汽（1+R）kg，再进入精馏器B上部和回流冷凝器A，与下降的回流冷凝液Rkg进行换热，使上升的氨蒸汽的质量分数进一步提高，最终形成质量分数为ξ″₅（一般为99.8%）的氨蒸汽（点5）1kg，离开精馏塔顶。发生过程终了，形成质量分数为ξ′₂=ξ′_a的稀氨水溶液（a-1）kg（状态点2），离开塔底，经溶液换热器D，与进塔前的低温浓溶液进行换热，被冷却后，再经节流阀节流减压，进入吸收器F。在吸收器F中，（a-1）kg的稀溶液，吸收了来自蒸发器I的1kg氨蒸汽，形成akg的浓溶液，并由氨水泵E泵入精馏器B中部。如此完成了浓、稀溶液的交替循环。塔顶产生1kg质量分数为0.998的氨气，经冷却冷凝后用于制冷；吸收器F中吸入制冷后的1kg低温、低压氨气，使稀溶液增浓。用于浓溶液发生1kg氨蒸汽的发生热q_d，由加热热源带入制冷系统；塔顶回流冷凝所放出的回流冷凝热q_r由冷却水或其他低温介质带走；在吸收过程中所放出的吸收热q_a也由冷却水带走，而氨水泵输送溶液所消耗的功，用热量q_b来表示。

图14-3示出单级氨吸收制冷循环在h-ξ图上的表示。

图14-1 单级氨吸收式制冷机组

1—发生器 2—精馏塔 3—回流冷凝器 4—冷凝器 5—液氨贮槽 6—吸收器 7—浓溶液贮槽 8—氨水泵 9—溶液换热器 10—蒸发器 11—过冷器 12—蒸汽喷射器 13—集气器 14—不凝性气体分离器

图14-2 单级氨吸收制冷循环流程

A—回流冷凝器 B—精馏塔 C—发生器 D—溶液换热器 E—氨水泵 F—吸收器 G—冷凝器 H—过冷器 I—蒸发器

图14-3 单级氨吸收制冷循环在h-ξ图上的表示

2）氨吸收制冷中制冷剂氨循环。从塔顶出来的质量分数为0.998的1kg氨气进入冷凝器G，冷却冷凝成1kg的氨液（状态点6），经过冷器H，过冷至状态点6a，再节流减压至点7的湿蒸汽状态，进入蒸发器I。在蒸发器中，吸热汽化完成制冷作用，其制冷量为q_e。完成制冷后的1kg氨气（点8），又进入过冷器H冷却自冷凝器G来的氨液而被加热至8a状态，再进入吸收器F，被（a-1）kg的稀氨水溶液吸收，成为akg的浓氨水溶液。如此循环，完成了氨由气相至液相，又经过吸热制冷由液相成为气相，而后被吸收的过程。在冷却冷凝过程中，所放出的热量——冷凝热q_c由冷却水带走。

（2）热平衡、质量平衡及热力系数 在稳定工况下，单级氨吸收制冷工作循环的热平衡如下：

氨水泵消耗的功q_b相当小，一般可忽略不计，则

式中 q_e——单位质量制冷量（kJ/kg）；

Δq_T——溶液换热器的热损失（kJ/kg）；(www.xing528.com)

q_c、q_R、q_a、q_d——单位冷凝热、精馏热、吸收热及发生热（kJ/kg）。

在稳定工况下，对任一设备进出质量应平衡。以精馏塔为例，其质量平衡如下：

得

及

式中 a——氨水溶液的循环倍率，即氨吸收式制冷机组中发生单位质量氨气需要的浓氨水溶液；

Δξ——放气范围。

制冷机组获得的制冷量q_e，与所消耗的热量q_d之比值，称为热力系数ζ，即

可逆循环时，氨吸收式制冷机组的热力系数，即最大热力系数为

式中 T_h——热源温度（K）；

T_c——冷源温度（K）；

T_a——环境温度（K）。

由于在氨吸收式制冷机组的实际循环中，总存在不可逆损失（传热温差和压力损失等），因此，实际热力系数，必定低于相同冷热源温度之间的可逆循环热力系数。实际热力系数ζ与可逆循环热力系数ζ_max之比值，称为氨吸收式制冷机组的热力完善度β，即

当氨吸收式制冷机组应用于热、电、冷三联供的系统时，由于燃料的能量，既通过背压汽轮发电机组发了电，而其排汽热量又通过吸收制冷获取冷量，其热利用效率可大大提高。