第6章_燃气空调

1第6章燃气空调6.1燃气空调及其发展6.2燃气吸收式冷热水机组6.3燃气发动机热泵6.4户式天然气空调6.5燃气空调供冷、暖、生活热水系统26.1燃气空调及其发展燃气空调是指以燃气为能源，提供制冷、供暖和生活热水的空调系统及设备。国内发展1992年，由开封通用机械厂、上海704研究所、开封锅炉厂共同研制成功我国第一台燃气型吸收式冷热水机；同年长沙远大和江苏双良空调设备股份有限公司先后研制成功燃油（气）型吸收式冷热水机组及其系列产品。主要生产企业：江苏双良空调设备股份有限公司；长沙远大空调有限公司；大连三洋制冷有限公司；烟台茬原空调设备有限公司等。我国目前是世界第二大溴化锂吸收式制冷机生产国。3国外发展美国：1930年，美国阿克拉公司研制出第一台小型单效燃气空调机。但因美国电力充足、电费便宜以及认为天然气资源紧张会危及美国安全，因而对燃气空调的应用较长时期采取一种遏制政策。1999年7月，纽约地区14个电网中有6个陷于瘫痪，导致数十座城市拉闸限电，才推广燃气空调。2000年，美国中央空调销售市场中，燃气空调占有率迅速提高到7％。日本：20世纪60年代末起步，仅10年，就获得了飞跃的发展——原因：能源消费结构、削峰填谷需要及环保意识、政策支持等因素有关。4应用特点环保优势冷媒的环保特性好：燃气型直燃机以溴化锂—水溶液为工质对。溴化锂水溶液无味、无毒、环保。排放物的污染小能源利用优势设备自身耗电少，可节约高品位的电力资源—缓解城市电力短缺。吸收式冷水机组可以利用低势热能(余热、废热)—符合能源的综合利用原则，总体是节能的。可选驱动能源品种多—生命力强。5机组运行优势直燃机在真空状态下运行，无高压爆炸危险；机组上燃烧器的天然气最大供气压力仅4kPa，属低压燃烧器——系统安全可靠，对操作人员和安装部位均无特殊要求。机组中除功率很小的屏蔽泵外，无运动部件——运转安静，振动小。适于要求环境较安静的场所。当外界负荷变化时，设备性能稳定。机组可在10％～100％的范围内进行冷量的无级调节。已有城市燃气输配管网时——采用燃气空调设备，可大大节约管线设施的投资费用。机组功能优势一机多能，使用方便。大大提高了设备利用率，节约设备的投资费用和设备占用的建筑面积。6燃气空调种类（1）燃气锅炉+热水（蒸汽）吸收式冷水机组适于：大型建筑、中小型区域（2）燃气直燃型吸收式冷热机组燃气型直燃式溴化锂吸收式冷热水机组：以燃气燃烧热为驱动热源。燃气在高压发生器中直接燃烧，加热其中的溶液产生高压冷剂蒸汽。户式燃气空调系统（工作原理同上）：室外主机与室内空调系统形成一套封闭式三功能(制冷、供暖、卫生热水)独立的户式空调系统。适于：一般建筑、户式天然气空调（直燃式）7（3）燃气吸收式热泵（吸收低位热源热能）输出最高温度≤150℃。升温能力：30-50℃。制冷性能系数为0.8～1.6，增热型：高温热源为驱动热源；升温型：低温热源（废热水）为驱动热源8（4）燃气发动机热泵燃气驱动热泵户式空调系统：通过内燃式燃气发动机将燃气燃烧的化学能直接转化为机械力驱动蒸汽压缩式制冷(热)，并与室内空调末端装置形成一套封闭的独立的户式空调热泵系统。其制冷量范围为22.4—56kW，供暖量为26.5—67kW。燃气燃烧热驱动压缩机制冷，发动机排热制热水（5）热电冷联产的吸收式制冷机燃气发动机、燃气轮机、燃料电池系统。96.2燃气吸收式冷热水机组——燃气型直燃式溴化锂吸收式冷热水机组定义：以燃气为能源，以产生的高温烟气为驱动热源，按双效蒸汽吸收式循环的原理工作的冷热水机组。特点：热源温度高，传热损失小；污染少；体积小，占地省；可供冷、供暖、供生活热水。10结构组成直燃型高压发生器低压发生器吸收器蒸发器冷凝器节流装置溶液热换热器屏蔽泵自动抽气装置自动控制装置高压发生器水管压缩机11三种供热水方式冷却水回路切换成热水回路热水、冷水用同一回路浓溶液水12专设热水回路13专设热水回路14燃气型直燃机的型号、性能参数——GB/T18362-2001《直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组》151617燃气型直燃机机房消防安全和防火防爆设计安全技术措施机房配备：燃烧器、排烟系统、燃气泄露报警器直燃机组安装在地下、半地下室：燃气管道、燃气泄露报警器、放散管、集水器、通风系统、各种信号显示器、地下机房泄爆面积。燃气系统操作及安全保护技术措施燃烧器控制程序：吹扫、点火、空燃比、紧急安全措施安全保护元件：燃烧监视控制器、火焰检测器、点火器、燃烧器、燃气调节阀、燃气关断阀、风门等186.3燃气发动机热泵燃气驱动压缩机制冷，发动机排热制热水19热泵分类按工作原理分：蒸发压缩式、吸收式按热源分：自然热源、排热热源按用途分：家用（制热量1～70kW）；商业（2～120kW）；工业（100～10000kW）。按功能分：供热，交替制冷、制热，同时制冷、制热按供热温度分：低温热泵（≤100℃），高温热泵（100℃）按驱动方式分：电动机、发动机、热能驱动20热泵的驱动能源21压缩机燃气发动机热泵燃气发动机分类：外燃机、内燃机、燃气轮机燃气轮机：内燃+高速旋转利用燃气燃烧产生的高温烟气直接驱动压缩机——燃气轮机压缩式热泵。与电热泵技术经济性比较：功率在250～400kW，与电动热泵相当；400kW以上，比电动热泵好。燃气轮机燃气发动机热泵（GHP）22燃气发动机热泵工作原理——以空气为低温热源1—四通转向阀2—容积式压缩机3—天然气内燃式发动机4—气缸冷却水循环泵5—发动机排气管（烟气）6—气缸水冷却板式换热器7—发动机排（烟）气换热器8—气液分离器9、11—止回阀10—三通电磁阀12—室内机13—膨胀阀14——空气热交换器（室外）15—直流调速风扇冷凝放热蒸发吸热23燃气发动机热泵（空气为低温热源）特点室外机与电动压缩式热泵的技术特点比较应用区域、工作原理、能源综合利用、机组效率、环境使用温度、除霜问题、压缩机使用安全问题、系统维护。室内机与电动压缩式热泵的技术特点比较室外机连接室内机台数、容许配管长度、室内外机间的落差、室内机间的高差、系统控制台数、系统回油、能源系统。与电动热泵运行的经济比较（室内机同）性能参数、运行费用比较结论：比电动的节约运行费用（由当地燃气价格决定：4.4元/m3天然气时，二者持平）。24低温热源燃气发动机热泵供热系统25生活热水26燃气发动机排热的特殊应用返回一部分低温热水——补充从高温回路引过来的那部分水量适合原有采暖设备27保持80℃低负荷时蓄热用2829功能：制冷、制热、生活热水能源：天然气、煤气、液化石油气制冷量：16kW～117kW、如远大的：16、23、70、115kW(相当于7匹、10匹、30匹、50匹)适用于：住宅及小型商业、行政、公共建筑（150～5000m2）2003年3月17日，第一台BCT燃气空调在长沙远大空调有限公司下线6.4户式燃气空调——直燃型吸收式空调系统30工作原理室外机利用溴化锂作吸收剂、用水作制冷剂、用天然气作热源。制冷循环：4℃的冷剂水喷洒在蒸发器管束上，管内14℃的空调冷水降为7℃，冷剂水受热后蒸发，溴化锂溶液将蒸发的冷剂水蒸汽释放的热量吸收，然后通过冷却器释放到大气中去。变稀了的溶液经过燃烧加热浓缩，分离出的水再次去蒸发，浓溶液再次去吸收，如此循环不已。制热循环：燃烧的火焰加热溴化锂溶液，产生的水蒸汽将主体换热管内的空调回水加热，水蒸气的凝结水流回溶液中，被溶液泵送回高温发生器，再次被加热，如此循环不已。3132336.5燃气空调供冷、暖、生活热水系统以燃气轮机为驱动动力的冷热电三联产系统以燃料电池驱动动力的联产系统燃气空调应用的全能量利用方式—楼宇冷热电植联产系统343536①一种“以电定热”的常规余热应用系统——“燃气轮机+余热锅炉+蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组”应用方式。37系统工作过程：发电：天然气进入燃气轮机做功，带动发电机组发电；燃气轮机做功后排出的高品位余热进入余热锅炉(燃气轮机的排气温度一般为500一600℃)。供冷：余热锅炉产生蒸汽驱动吸收式冷水机夏季供冷。供生活热水：另一部分余热锅炉蒸汽通过汽一水热交换器供应全年生活热水。供暖：然气热水锅炉冬季供暖。38系统应用特点：燃气轮机发电——楼宇夏季电力供应的调峰负荷。燃气轮机废气充分利用——蒸汽型双效吸收式冷水机的夏季供冷—电力削峰、充分利用燃气轮机余热；但吸收式冷水机冬季停用，全年设备利用率不高。天然气热水锅炉——按常规单独用于冬季供暖和热水，无废(余)热可用—锅炉选型容量大，设备投资大。“以电定热”的设计原则——针对具体楼宇(或区域)的冷热电三联产系统，根据全年冷、热、电负荷变化，确定冷、热、电设备的热电化是关键。楼宇(或区域)冷热电三联产系统效率——采用小型和微型燃气轮机(单机容量≤10kw～10Mw)，其单循环发电效率仅18％～32％。若利用小型燃气轮机的高温(500～600℃)余热，其系统综合供热效率可达80％～85％以上；若采用天然气为燃料的燃气轮机—蒸汽轮机联合循环装置，仅发电效率≥55％一60％。39②“燃气轮机+天然气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组”应用系统40系统工作过程：发电：天然气进入燃气轮机做功，带动发电机组发电；燃气轮机排出的大部分高温烟气(＞250℃)进入直燃机预热高压发生器的吸收剂溶液，使天然气燃料用量大幅度降低；供生活热水：燃气轮机排出的多余烟气(或称尾气)，通过气一水热交换器，向建筑楼字提供生活热水，不足时由直燃机提供。供冷、供暖：直燃机夏供冷、冬供暖并可兼供生活热水，其驱动能源为天然气和部分燃气轮机排出的高温烟气。41③“燃气轮机+天然气型直燃机+电动压缩式热泵”应用系统42系统工作过程电力：天然气进入燃气轮机做功，带动发电机发电，部分电力用于该大楼的动力及照明。供冷、供暖：电力主要用于驱动电动压缩式(活塞式或螺杆式)热泵机组供冷、供暖，气轮机排出的高温烟气——直燃机和余热锅炉采用，预热直燃机内的进入高压发生器之前的吸收剂溶液，以减少天然气燃料耗量。直燃机——承担夏季供冷和冬季供暖：供生活热水：余热锅炉——高压蒸汽经汽一水热交换器后供应热水。43④燃用天然气一蒸汽联合循环动力系统——“天然气燃气轮机+余热锅炉+蒸汽轮机+各类制冷机或热泵装置”的冷热电三联产的最佳应用方式之一44系统工作流程两台燃气轮机并联方式电力：其中一台燃气轮机发电，其排出的烟气进入余热锅炉产生蒸汽再进入一台背压式蒸汽轮机—发电机所发的电一起，共同承担大楼的电力负荷；供冷：另一台燃气轮机直接驱动压缩式冷水机组(或热泵)，与蒸汽轮机排出的余热驱动的吸收式冷水机，共同承担大楼的供冷负荷。供热：冬季蒸汽轮机排出的背压蒸汽供供暖用。45⑤燃料电池驱动动力系统燃料电池原理：氢和氧的化学反应产生电能和热能。燃料电池原料：碳氢化合物——主要来源于天然气、液化气、石油和煤炭等化石燃料。200kW燃料电池，其尺寸为3000x7300x3500(mm)，置于屋顶。燃气作为燃料，产生的电力并入电网，热水供应一幢主楼和两幢辅楼。燃料电池装置：额定寿命为40000时(5年不间断运行)。46H247⑥燃气空调应用的全能量利用系统——楼字冷热电植联产系统是“楼宇冷热电联产+绿色大棚”联合系统。流程：燃气轮机排烟气(500一600℃)预热直燃机高压发生器的溴化锂水溶液——天然气耗量大幅度下降。直燃机：供冷、冬供暖、生活热水；直燃机排烟（100℃左右）：废热、CO2、NOx和水蒸气全部注入绿色大棚——供给大棚的温室保温和植物吸收，最终实现能量和资源的完全利用和污染物的零排放。4849思考题燃气空调的定义。燃气空调的应用特点（优势）燃气型直燃式溴化锂吸收式冷热水机组的定义、特点对照相应的图了解燃气型直燃式溴化