外行学空分(205)一一深冷压缩和复热常温压缩（五）。

    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。
4 B" d5 D* h1 y    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。
    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。
. t4 D" ^8 ?' z( |   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。
    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！
       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。
8 j8 r/ F! ^* t$ w" }6 R+ Y   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！
7 [5 u/ w2 ^" C, t4 T' X& Z; M     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。
     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。
   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！
8 X' H: T: A" G4 ?9 d9 W0 R) o    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！

“某专家是如何计算深冷压缩的有效能投入产出率呢？它的算法很简单，环境温度300K，深冷气体温度100K，绝热效率100%深冷压缩至压力P，功耗120Kwh，深冷气体得到的有效能120Kwh。绝热效率80%深冷压缩至压力P，功耗150Kwh，他的计算方法是深冷气体得到的有效能是120Kwh一(150-120)╳2二60Kwh，有效能投入产出率40%。绝热效率60%深冷压缩至压力P，功耗200Kwh，得出的有效能投入产出负40Kwh！专家还定义了深冷压缩的临界绝热效率，即当绝热效率低于临界效率时，深冷压缩前后有效能不增反减！大家可以认真思考一下，那个计算过程是正确的。！”
1 b6 a, ~5 Y  l3 X$ Q3 Q6 {8 q——来自尤总帖子
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尤总说的这个计算方法肯定错了！你从哪里看来的这个算法？是尤总自己无中生有的吧？温度变化后，计算冷损有效能肯定要用到积分，上下标都是温度，积分后的公式中有对数，你没用到积分，公式中更无对数，显然不可能正确。

可能尤总把液体泵增压与气体低温压缩搞混淆了，液体泵增压后温度变化很小，可以近似用尤总的这个公式来计算。但气体绝热压缩后温度变化大，就不能用尤总的这个公式计算了，需要用积分计算，否则误差太大。

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尤氏单塔中的复热常温压缩和低温气体直接增压的比较，正如瞎子和聋子的比较，瞎子拉二胡强于聋子，聋子放羊比瞎子方便。但是除了聋子和瞎子，还有正常人，正常人也能拉二胡和放羊。空分中无论是气体流程还是液体流程，都是先气体常温增压再换热降温才是正常的，尤总的低温气体复热后常温增压再降温或低温气体直接增压都不是好办法。

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6 E( U- \. S  N: |8 C# m' b$ r* I“环境温度300K，深冷气体温度100K，绝热效率60%绝热压缩至压力P，功耗200Kwh，压缩终点温度170K，深冷气体得到的压力有效能300Kwh，冷损损失冷能245Kwh，深冷气体得到的有效能55Kwn。”
——来自尤总帖子

( N) u# M5 Z* m5 H% r- X3 m近似用理想气体计算。将压缩分为100%绝热压缩和热量两部分，其中压缩功200*60%=120kWh，热量200-120=80kWh，绝热压缩温升至100+(170-100)*120/200=142K，热量引起温升142K至170K
! b! d, M/ \2 A7 {4 `: M- m# A: U
# x3 S3 G7 |4 }! ~% @2 @5 w- x% ?冷损有效能损失=80/(170-142)*积分(300/t-1)dt，积分上标170K，下标142K
计算出冷损有效能损失=74kWh
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! P3 j/ |3 A  [2 |所以深冷气体得到的有效能是120-74=46kWh，尤总的55kWh又算错了。

有效能效率=46/200=23%

尤总的计算能力还有待加强，印象中，尤总计算十之七八都是错的，无计算过程，只有一个错误的结果，别人看不出尤总错在哪里，尤总自己也不知道。

尤总不厌其烦地200多个帖子，翻来覆去也就那么几句，排列组合，实际上两三个帖子就够了。

先生把深冷压缩和复热常温压缩称为非正常的聋子和瞎子，也许先生太健忘了，先生曾经介绍过，在双塔流程中为了制取高纯度氮气已经有从上塔顶部引出氮气经深冷压缩在设置在上塔精馏段冷凝器中冷凝为液氮送至上塔顶作为回流液的案例，按照先生的说法，这是聋子拉二胡，还是瞎子放羊？先生语言很生动，逻辑就不堪言说了！

请先生正面回答，深冷气体温度100K，环境温度300K，绝热效率100%压缩至压力P，功耗120KWh，深冷气体得到的压力能是多少？冷损是多少？是120KWh还是零？

请先生正面回答，深冷气体温度100K，环境温度300K，绝热效率100%压缩至压力P，功耗120KWh，深冷气体得到的压力能是多少？冷损是多少？是120KWh还是零？
——来自尤总帖子
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120kWh输入功可以引起气体冷量有效能减少，但是可以不作为冷损，因为其可逆过程膨胀能产生同样多的冷量。
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/ C. {4 l/ Q) b3 L4 L8 x+ ~2 _9 {绝热效率100%功耗120kWh，深冷气体得到的有效能就是120kWh，但是要计算出其中的压力有效能增加和冷量有效能减少的条件不够，还需要指出压比或终了时温度。

5 A# t7 x( y% w  T  b2 v) N; f极端情况下，压比→1时，温升→0，压力有效能增加=300/100*120=360kWh，冷量有效能减少=(300/100-1)*120=240kWh，总有效能增加=360-240=120kWh
3 O' S# g, D( m4 x% f$ D
; }5 H' C# {5 Z& _5 B- g$ ]当压比=2时，绝热压缩功=V*101.3*100/273.15*(1.4/(1.4-1))*(2^((1.4-1)/1.4)-1)/3600=120，可得到V=15196Nm3/h，所以压力有效能增加=15196*101.3*300/273.15*ln(2)/3600=325.5kWh

2 T( |! p8 c" E' ?' E压缩终了温度=100*2^((1.4-1)/1.4)=121.9K
: `$ `0 N7 n; n- {) E
  U7 A3 V' d) B, ]3 I4 \+ N2 m: z冷量有效能减少=120/(121.9-100)*积分(300/t-1)dt，积分上标121.9K，下标100K，可得到
冷量有效能减少=205.5kWh

气体有效能增加=325.5-205.5=120kWh

- ?2 y- s* q. {9 y0 s* _5 r/ q压比越大，压力有效能增加和冷量有效能减少同步减小，两者差值不变。