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本帖最后由 Yb2021 于 2023-12-30 08:00 编辑
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关于深冷绝热压缩的有效能效率,毫无疑问就是深冷压缩过程的绝热效率,这一点不容质疑!但除了深冷压缩过程有效能效率外还有深冷压缩的系统有效能效率(过程是最小的系统,当然也可以计算系统有效能效率),两者之间是不同的,需要严格加以区分。以下的计算实际上是系统有效能效率或称目标有效能效率。系统有效能效率则有两个定义,具体可以学习一下国家标准能量系统有效能效率分析技术导则,并认真理解两个定义之间是区别,其中第一个有效能效率实际上是有效能投入产出率!而第二个有效能效率一一目标有效能效率才是适用于能量有效能效率分析的有效能效率。# q; G" Q0 p$ v
环境温度300K,深冷气体温度100K,等温压缩效率100%等温压缩至压力P,功耗100Kwn。深冷气体得到的压力有效能(压力能)300Kwh,同时需要输出温度100K的热量(焓增)100Kwh,相当于输入有效能(冷能)200Kwh。5 I W; X, C, W1 t
环境温度300K,深冷气体温度100K,绝热效率100%绝热压缩至压力P(这个过程在实际上是不可能的,只是虚拟过程),功耗120Kwh,压缩终点温度140K,深冷气体得到的压力有效能300Kwh,冷损(焓增)120Kwh,冷损损失冷能180Kwh,深冷气体得到的有效能(得到的压力能减去焓增(冷损)导致的冷能减少)120Kwh。
, V2 D+ W( T* p: B' F8 |. T' R. h 环境温度300K,深冷气体温度100K,绝热效率80%绝热压缩至压力P,压缩实际功耗150Kwh,压缩终点温度140K,深冷气体得到的压力有效能300Kwh,冷量(焓增)损失冷能225Kwh,深冷气体得到的有效能75Kwh,其目标有效能效率(系统有效能效率)为300/150+225=80%,系统有效能效率与过程有效能效率(绝热效率)完全一致!而不是75/150=50%!至于系统(分系统)有效能效率的定义和计算请参阅相关的帖子。也可以学习一下国家标准能量系统有效能分析技术导则中的目标有效能效率的定义及计算公式。4 ~& w! r1 l" M% p
按照以上的数据,可以计算出,等温效率100%深冷等温压缩有效能投入产出率100%!绝热效率100%深冷压缩有效能投入产出率100%。绝热效率80%深冷压缩有效能投入产出率60%。但有效能投入产出率既不是过程有效能效率(绝热效率)也不是系统目标有效能效率!
& |6 J( B4 i2 @ B8 D" ` 下面讨论一下深冷压缩在什么样的情况下相对于复热常温压缩是有利的。
7 I! Y2 K0 B7 _3 O7 A" h 深冷压缩一方面降低了压缩功耗,另一方面形成冷量冷能损失,这个冷损需要通过增加膨胀机制冷加以消除或者减少液体产品数量。当压缩功耗的减小值小于膨胀机制冷增加的压缩功耗时,深冷压缩不利应当采用复热常温压缩!当压缩功耗减小值大于膨胀机制冷增加的压缩功耗时,深冷压缩有利!) X( B, R( O3 {8 p
根据以上的数据,绝热效率80%时深冷压缩功耗150Kwh,冷损损失冷能225Kwh,复热常温压缩功耗450Kwh,压缩功耗减小值300Kwh,当膨胀机制冷效率50%时,要消除冷损需要增加膨胀机制冷压缩功耗420Kwh!420+150=570,大于450深冷压缩不利,应该采用复热常温压缩。+ f) i; t' A& ^6 T6 H1 L
但是复热常温压缩存在正返流阻力损失和热端温差冷损损失,这个损失随着压缩比的减小而放大。以压缩比2为例,深冷压缩的压缩比实际上要比复热常温压缩低15%-20%,再考虑复热常温压缩的热端温差损失及复热常温压缩需要的换热器工程造价,压缩比在2以下时,深冷压缩是有利的。可以以深冷压缩功耗的3,5-4倍计算能耗。另外深冷压缩一般复热至正流气体沸点以上(大约在100k左右)深冷压缩,其复热过程给空分装置带入冷能,提高了正流压力气体的带液量。如果考虑这个因素,则在100k温度深冷空分以深冷压缩功耗的3倍计算能耗更加合理。
9 e' v. g# T, o1 L 为什么假设膨胀制冷的效率50%呢?因为在采用深冷压缩时,需要通过增加膨胀机进口压力提高温膨胀机制冷量,这个时候正返流阻力损失及膨胀机制扩大管阻力损失均不影响这个增量膨胀制冷的效率。在空压机涡轮增压机等温效率70%,膨胀机绝热效率85%时,膨胀机进口温度100K左右,膨胀制冷的效率就是50%,和同样设备性能参数下极限膨胀制冷效率一致!6 k( B( H! l; P& K
过程是最小的系统,系统由一个或数个过程组合而成,过程有效能效率可以检验系统有效能效率计算公式是否正确!如果按照系统有效能效率计算公式计算出的有效能效率和过程有效能效率(例如绝热压缩的绝热效率)不一致,则系统有效能效率计算公式不正确!而不是相反,以不正确的系统有效能效率计算公式计算出的结果,质疑过程有效能效率! |
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