溴化锂吸收式热泵系统研究（可编辑）

溴化锂吸收式热泵系统研究（可编辑） 溴化锂吸收式热泵系统研究 ? 论文作者签名:纽空鳖 指导教师签名: 论文评阅人1: 评阅人2: 评阅人3: 评阅人4( 评阅人5: 答辩委员会主席: 委员1: 委员2: 委员3: 委员4( 委员5: IIII IIII I IIIIlrlllrllJ IIlllllllllllllllllll ,1 852830 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名啷冲牟签字隅功,”弓月?2，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝至三盘堂 有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝’江盘堂可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 导师签名: 学位论文作者签名:昏p、中绎 签字同期:洳f z日 f年多月2 签字日期:加f,年多月‖咱 摘要 溴化锂吸收式热泵系统能够有效的回收各种低温余热、废热，在节能降耗、 降低碳排放方面能发挥重要的作用。电厂生产过程中会产生大量的低温循环冷却 水，这部分低品位热能数量巨大，但温度只比环境温度高IO'C左右，直接利用很 困难，通常被直接排放到环境中去，不但浪费，而且还会造成环境热污染。 据统 计，电厂循环冷却水带走的热量约为电厂总能耗的40,一60,，如果使用吸收式 热泵系统回收这部分热能，将有着巨大的经济效益和环境效益( 本文在对国内外吸收式热泵应用和发展进行详细分析的基础上，提出了采用 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了一台第一第一类双效溴化锂吸收式热泵系统来回收电厂冷凝水余热，类双 效溴化锂吸收式热泵机组，搭建了相应的实验系统。通过计算和理论分析得到溴 化锂吸收式热泵系统性能系数的变化趋势。 通过理论分析和比较，选用加石墨的聚丙烯塑料材料作为双效溴化锂吸收式 热泵机组低温溶液换热器的材料。用加石墨的聚丙烯塑料与普通塑料相比导热系 数高1―2个数量级，与传统的金属材料相比较，防腐性能好，重量轻，价 格便 宜 约为铜的1,6 ，不易结垢，可以在150'12以下正常工作，生产制造 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 符合 要求。 设计并搭建塑料双效溴化锂吸收式热泵机组。制热量110kW，制热性能系数 (2以上(低温溶液换热器采用添加石墨的聚丙烯塑料材料制作。 达到2 本文的溴化锂吸收式热泵系统可以利用电厂30"C一45"C冷却水作为低温热 源，制热系数在2(2以上。本文的研究对电厂冷却水余热利用有一定指导意义( 关键词:澳化锂吸收式热泵;电厂余热利用;传热;循环冷却水;性能分析 ABSTRACTS Heat Call variouskindsoflow recover AbsorptionPumpefficiently temperature exhausthea:Landit can anactive inthefieldof and role play energy(saving amountof wateris large low-temperature producedby costing―reducing(A cooling thermal waterhas low-level itishardto power large energy(But plants(Thecooling usethe low 10? abovetheambient directly relativelytemperature only ofwateris intotheenvironment iust temperature (Usually,thispart dischargeddirectly towastetoomuch aswellascauseseriOtISheat to energy pollution(According watertakes 60 heal(Ifthis of statisties(circulatingcooling awaypercent part heat cailbe will economicand low-temperatureenergy recycled,itbringsignificant environmentalbenefits( Inthis ondetailed the and of paper,based applicationdevelopment analyzing heat athomeand Wasadvancedthat abroad,one absorptionpump approach double(effectlithiumbromide heat will low sy’stem absorptionpump recycle exhaustheat(Filldthe to the oflithiumbromide temperature wayimproveperformance heat theoretic absorptionpumpsystemby analysis( Inthis andcalculationonlithiumbromide heat Paper,design absorptionpump were the andthecharacterof done(Consideringworkingrequirement polypropylene， weuse materialinsteadofmetallicmaterialtomakelow solution plastic temperature heat theend(the oftwo(effectlithiumbromide heat exchanger(In design absorption and of were pumpbuild-upcorrespondingexperimentalsystemcompleted( to to low In Wasfeasibleuse heat conclusion,it absorptionpumprecycle lot usedtodescribe exhaustheatfromthermal oflinkWas temperature powerplants(A the the oflithiumbromide heat designprocess absorptionpumpsystem，andfinally of the oflithiumbromide heat wayimprovingperformance absorptionpumpsystem be Wasreferred(Iitwillavai【lableforthereformationofthermal hope powerplants( bromide heat ofexhaust heat; Heat Keywords:Lithiumabsorptionpump;Recycle transfer;circulation coolingwater;Performanceanalysis G cp COP o【 入 K h t ?t P ?P q Q a A L 岛 号l’2 6 R d 下角标: a h 0 g C a t ? (1 0 l V 浙江大学硕士学位论文 目录 摘要 ABSTRACTS„„„„„„„„„„„„„„„( „„((II „„III 主要符号表 目录 第1章绪论 1(1课题背景及研究的意义„。 1(1(1世界能源现 状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1(1(2采用热泵回收余热的意义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 3 1(2热泵技术概述„„„ 1(2(1热泵技术的发展历程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1(2(2热泵的热源及其分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„s „(7 1(3第一类溴化锂热泵系统介绍„( ((9 1(4本文研究内容„„„„„„„„ „„(10 第2章溴化锂吸收式热泵„„„„„„。 2(1溴化锂二元溶液的性质„„„„„„„„„„„ 2(1(1澳化锂二元溶液的一般性质„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(10 2(1(2澳化锂二元溶液的热物理性质„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(11 2(1(3水一澳化锂工质对溶液的腐蚀 性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 14 2(2溴化锂热泵制热原理„„„( 2(2(1溴化锂吸收式热泵各部件作用与制热循 环„„„„„„„„„„„„„„(14 2(2(2溴化锂吸收式热泵制热原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(16 17 2(3本章小结 „ „„„„((18 第三章溴化锂吸收式热泵的理论计算„„„„„„„„( 3(1前言 3(2澳化锂吸收式热泵的热力计算 3(2(3各换热设备的热负荷计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(24 27 3(3澳化锂吸收式热泵的传热计算„„ 3(3(1传热系数和传热面积的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(27 3(3(2管数和流程计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„。29 3(4本章小结„ 第四章溴化锂热泵的结构设计及实验装置 31 4(1澳化锂热泵系统的零件图及装配图 4(1(1低温发生器和冷凝器的零件图及装配图„„„„„„„„„„„„„„„(32 4(1(2吸收器和蒸发器的管板„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„。37 4(1(3高温发生器的管板„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„。38 4(1(4溶液热交换器的管 板„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(40 4(2澳化锂吸收式热泵的总装图 45 4(3本章小结„ 第五章双效溴化锂吸收式热泵机组性能分析( 5(1溴化锂吸收式热泵机组主要温度测点布置„„„„„„„„„„„„„„„43 (46 5(2外部条件变化对热泵机组性能的影响„„„„„„„( 5(2(1低温热源温度变化对机组性能的影响„„„„„„„„„„„„„„„„„46 5(2(2热水温度变化对机组性能的影 响„„„„„„„„„„„„„„„„„„(47 5(2(3驱动热源温度变化对热泵机组性能的影响„„„„„„„„„„„„„„(49 5(2(4结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(50 51 5(3本章小结„„„„„ 第六章全文 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 及展望 参考文 献 ((54 „„„((56 致 谢 浙江大学硕士学位论文 第1章绪论 1(1课题背景及研究的意义 1(1(1世界能源现状 进入到20世纪以来，人类面临了环境与社会发展问题的严峻挑战。在人类 文明高速发展的今天，能源已经成为了人类可持续发展进程的重要因素之一(世 界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的 投入与应用，伴随着现代工业的迅速发展，人类对能源的依赖性越来越大。然而， 能源的消耗急剧增加导致了环境污染、臭氧层破坏和地球变暖等问题。不仅如此， 这些化石能源将在21世纪中叶迅速地接近枯竭。据预测，按现有的已探明储备 量和开采速度，石油只够开采50年，天然气只够开采60年，煤炭储量稍微多一 些，但也只能开采不到200年(化石能源的枯竭必将导致世界经济危机和地区冲 突的加剧，实际上，近些年来的中东战争和美军攻打伊拉克等归根到底还是属于 能源战争。这种军事冲突在今后还将更猛烈、更频繁。 目前，世界上各个国家使用的能源主要是石油、天然气、煤等一次性不可再 生能源，占能源总消耗量的90,左右，现有的能源供应和消耗模式是与可持续发 展战略背道而驰的。但是，如何以可持续发展的方式满足人类日益增长的能源需 求成为了难题。改善能源结构，开发利用新能源和提高能源利用率成为了能源、 经济、环境和社会可持续发展的必经之路。 我国的能源现状可以概括为总量丰富，但人均不足(中国是发展中国家，人 12众多，人均能源资源相对匮乏。中国自然资源总量居世界第七位，能源资源总 量排世界第三。但是中国人均能源资源占有量还不到世界平均水平的一半【l】。拿 石油来说，中国的石油消耗量增幅水平远高于世界增幅水平，但中国的人均石油 占有量仅为世界人均石油占有量的十分之一(另一方面，中国的单位GDP能耗 却很高，为发达国家的4,6倍。中国每公斤标煤GDP仅为O(36美元，日 本为 5(58，是我国的15倍[21。 目前我国是世界第二大能源消费国，能源年产量以4,,5,的速度增长，而 浙江大学硕士学位论文 这样的增长速度还远远满足不了国民经济发展的需要，供需矛盾日益显现。全国 各地频频传出有拉闸限电的报道。自1990年以来，我国的煤炭产量一直稳居世 界第一(2010年我国发电量达到了4(14万亿度略高于美国。我国是以煤炭为主 要能源的国家，在能源消费中，煤炭所占的比例为70,以上(我国火电厂中用来 发电的一次能源中煤炭占的比例达到了77,。我们知道，煤炭如果作为燃料直接 燃烧掉是一种极大的浪费，而且还会对环境造成严重的污染。在用煤炭发电 的过 程中会产生大量的C02，S02和粉尘，对大气环境造成严重的破坏，并加剧了温 室效应，产生大面积的酸雨，破坏我国的生态环境。如果将煤炭进行综合利用， 而且还可以创造更大的价值。联合国公布的数字表不仅可以减少环境污染， 明: 年下降1(3,，但仍比2000年增加了25,，而2010年全球C02排放量再创纪录( 影响全球变暖的温室气体主要来源是矿物燃料燃烧，占总量的75,，这加剧了温 室效应的产生。因此，面临着如此严峻的能源形势，我们必须加快开发新能源， 提高能源利用效率。 1(1(2采用热泵回收余热的意义 目前世界上能源利用率比较高的国家有日本 57, ，美国 51, ，欧盟 40, 以上 。即使是工业发达国家，他们的能源利用率也不是很高，有40,,60,的热 量被浪费掉了。而我国的能源利用率与发达国家相比差距较大，能源利用率不到 ,，相当一部分废热被排放到环境中，不仅浪费了大量的能源，增加了生30 产成 本，而且对环境也造成了污染。由此可见，余热、废热利用有着重要的意义，可 以降低生产成本，减少环境污染，提高经济效益( 我国有着丰富的余热资源，余热利用潜力很大。其中有很多具备余热温度高， 热流体流量稳定等较好利用条件的地方还没有得到人们的利用。比如火力发电厂 中的汽轮机冷凝水放热，由于其品位低而一直没有被利用。虽然近年来鲜有电厂 采用低真空运行方式用循环冷却水来给用户供暖，但是数量还很少，而且供热量 还不大，大部分冷凝水中的热量还是排放到环境中去了。据统计，我国东北地区 每年大概有5(5x108GJ的低温热源热量未被利用，低温热源热量的利用有重要的 意义。利用热泵技术可以很好的利用这部分低温余热。 2 浙江大学硕士学位论文 我国建筑能耗超过全国总能耗的四分之一，这部分能耗还将随着人民生活水 平的日益提高而快速增长。我国建筑能耗中用于空调、采暖与生活用水的占60,， 这部分能耗有几个特点。一是，所需热源品位低。热能根据其温度的高低可以分 为低品位热能和高品位热能。热能温度越接近环境温度则热能品位越低，反 之则 越高。而建筑采暖所需的热能温度一般低于10012，空调所需的冷源温度一般高 于5(Ct3]，都属于低品位热源。二是，所需热源温度范围窄。建筑供热热水温度 ?一60"C，空调冷冻水温度通常为5"C一12"C[41。三是，所需热源在45 温度与自 然环境温度接近。以北京为例:土壤和地下水温度全年约为14"C;电厂冷却水温 度在3012以上;空气温度一般为15" 2―4012。这些温度范围与空调供暖供热所 需的温度范围很接近。虽然自然能源与建筑能源的温度比较接近，但是这种低品 乎不可能的。为实现利用低品位热量的目的，我们可以位能源用来发电是几 借助 热泵技术来实施。热泵是一种高效节能的低温余热利用设备，这种设备可以从自 然界和工业余热、废热中吸收热量，提高低温热源的品位，满足建筑空调和采暖 的需要。使用热泵系统可以达到为建筑物夏季制冷、冬季制热以及全年的生活用 热水的需要，不仅可以提高低品位热源的品位，达到节约能源的效果，还可以一 并且具有使用运行稳定、使用寿命长等优点。使用热泵供暖与直接机多用， 用电 采暖相比较，可以节省70,左右的电能。利用热泵技术是节约能源的有效途径。 1(2热泵技术概述 1(2(1热泵技术的发展历程 热泵是以消耗一部分低品位能源 电能、机械能或高温热能 为补偿，使热 能从低温热源向高温热源传递的装置。其实质是借助降低一定量的功的品位，提 供品位较低而数量更多的能量IS](由于热泵能将低温热能转变为高温热能，提高 能源的有效利用率，因此是回收低温余热 废热 、利用环境介质 地下水、地 表水、土壤和室外空气等 中储存的能量的重要途径。 热泵技术最早可追溯与1824年，卡诺在当时就提出了:“制冷机也可以有效 地用于供热竹，这一表述也从根本上为后人在热泵技术方面的研究奠下了理论基 础。世界上最早的热泵机组是在20世纪30年代的欧洲诞生的，它把自然环境中 浙江大学硕士学位论文 的河水作为低温热源，冬季供暖，夏季供冷，一机两用，输出的热水温度达到了 60"C161。但是由于技术、成本等原因，热泵技术一直发展缓慢，这种情况持续到 了1852年，由L(Kelvin提出了热泵供暖模型之后，人们才逐渐意识到热泵在与 现有的供暖系统相比其节能效果显著??t61。之后研究人员对热泵技术的投入也逐 渐多了起来。但是由于当时化石燃料价格十分便宜，所以热泵技术并没有被大规 直到20世纪70年代初，世界石油危机爆发，导致原油价格大幅上模推广。 涨， 为了节约成本，人们又重新开始重视热泵技术。各国都投入了很大的人力物力用 来开发热泵技术，从而使得热泵技术得到了迅猛发展。到目前为止，全世界有超 过1(3亿台热泵机组在运行，总供热量超过了4(7×109GJ,年【8】。美国、日本等国 面的研究和发展处于领先地位【9】【10】，除美国和日本以外，其在热泵方 他一些能源 紧缺的国家比如:英国、法国、意大利、德国、瑞典等都对热泵方面进行了大量 的工作【11】【12】。目前，工业热泵主要应用在酿造、纺织、木材、食品加工、石油化 工、海水淡化、电厂余热以及冶金等领域【13】【14】。 国内的热泵技术从20世纪60年代开始发展，但限制于粗放经营，计划经济 等因素影响，能源利用率低，能耗高，能源浪费大，缺乏节能意识，国家对节能 51。改 技术的相关扶持政策少，导致热泵技术在相当一段时间内在国内发展缓慢【l 革开放以来，国内经济飞速发展，这也促使热泵工业的发展。尤其是近几年来， 随着能源危机的加剧，国家相关扶持政策的出台，我国的热泵技术得到很快发展。 《中华人民共和国节约能源法》第三十九条将热、电、冷联产技术例如国 家鼓励 发展的通用技术。国家经贸委 2000(2015年新能源和可再生能源产业发展 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 要点》之处:“积极推广地热采暖和地热发电技术”，“加快地热热泵技术的引进 开发，加速国产化”[161。《夏热冬冷地区居住建筑节能设计 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 》 和 JGJl34(2001 第6(0(7条:“具备有地面水源 如江河、湖水等 ，有适合水源热泵运行温度的 废水等水源条件时，居住建筑采暖、空调设备宜采用水源热泵。当采用地下井水 为水源时，应确保有回灌措施，确保水源不被污染，并应符合当地有关规定;具 热源热泵机组埋管用的土壤面积时，宜采用埋管式地源热泵。”水备可供地 源热 泵应用水作为机组的冷 热 源，可以应用河、湖及海水，地下水，工业废水等。 从原理上看，地源热泵其实也是水源热泵的一种，只是将水通过埋设在土壤中的 一种传热效果较好的塑料管来吸取土壤热量 制热时 及排出热量 制冷时 到 土壤中【17】(这些促使了热泵技术在国内的快速发展。 4 浙江大学硕士学位论文 1(2(2热泵的热源及其分类 热泵可以将低品位热量提高为高品位热量。热泵在运行过程中，通过蒸发器 从低温热源处吸收低品位热量。所以热泵的热源对于整个热泵机组来说非常重 要(热泵可以利用的热源可分为两大类:一是自然界中的热源。如空气、土壤、 水 地下水、湖水、河流、海水等 、太阳能等。二是生活或工业生产中排放 的 余热、废热，比如工业废水，城市污水等，尤其是工业废热，温度较高，流量稳 定，可以很好的利用。这两类的热源都是低品位热源，直接利用到生产或发电几 乎是不可能的，但是通过热泵技术可以很好的利用这部分低品位热源。表1(1列 出了这两大类热源的综合比较【l引。 表1(1热泵的热源一览 自然黥源 搀热熟源 项目 建筑内 生产 ‘窑气 井水 辫川水 海水 土壤 太阳热 摊水 热簧 废熟 迓雕性 受查于 受钌 良好 良好 一殷 良好 良女孑 ―般 良蠢了 中 规模 力一大 小-(大 ,J,--;g 大 小 ，j一中 中一文 ，jk大 利划 主婴 主要 主要 辅助 生或辅 辅勘 辅劲 主或辅 主要热源 方法 熟源 熟漯 熟湃 煞潦 助热潦 熟攥 煞辣 助热滁 1 供熟对 1 因 I 注 1 有水 1 设 1 霹与扶建筑 1 要 根据不 热泵能力白 蠹水垢 垢和腐 腐蚀褥 备费用 太雅能 物内嚣 注意承 同jI:艺 泼 房溺所需热 釉斑饿 蚀可匏 题较 估算囝 采腰联 番J闱热 雳处理 过稃中 麓不匹裁: 国题 且錾防 大，霹 滩，投 舌使 泵升滋 除圬 产生豹 2 塞外碾 2 有 止生长 采怒取 赘较大 用; 提供井 萄 ; 废热进 意 度较低时蒸 地面沉 荔类; 承换熟 2 娶 2 囡太区。应 2 满 行处理 发器籍除 降危 2 有地器: 注意腐 用时斑 阳缝的 度和流 和纛埘 霜: 西沉。 誊(受 2 夏 蚀闯题 回隙瞧 注意匹 量不稳 翰 3 可考虑 肖地市 降(应 季在不 3 数 必须设 配褥趣 定 用蓍热设 政管理 考虑增 同深度 醵检修 置蓄熟 备，小辔簧 部fj制 加承璺 取农 困难 设备 舷 热泵可瘸交 约 或利髑 她下 频器改善 加熟塔 盘管 按热泵的工作原理，热泵可分为 1 蒸汽压缩式热泵; 2 吸收式热泵一 一本文研究的热泵正是此类热泵; 3 吸附式热泵; 4 喷射式热泵; 5 热电 热泵; 6 以及基于磁热泵、声波热泵及各种其他化学热泵。按热泵的驱式 动能 源，热泵可分为 1 电能驱动的热泵; 2 燃气驱动的热泵; 3 燃油驱动的 浙江大学硕士学位论文 热泵; 4 蒸汽驱动的热泵。按低温热源分类，可分为 1 空气源热泵; 2 地源 也称为土壤源 热泵; 3 水源 包括地下水及地表的河水、湖水等 热 泵; 4 海水源热泵; 5 废热源 工业余废热、城市污水废热等 热泵; 6 太阳能热泵; 7 多热源热泵。按热泵的用途，可分为 1 家用热泵; 2 商 用热泵; 3 工农业用热泵; 4 多用途热泵【19】(吸收式热泵是一种利用低品位 热源，实现将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统。是回收利用低品位热 能的有效装置，具有节约能源、保护环境的双重作用。 吸收式热泵可以分为两类。 第一类吸收式热泵，也称增热型热泵，是利用少量 的高温热源，产生大量的中温有用热能。即利用高温热能驱动，把低温热源的热能 提高到中温，从而提高了热能的利用效率【20】(第一类吸收式热泵的性能系数大于 1，一般为1(5―2(5t211(从工作原理上来看，第一类吸收式热泵与吸收式制冷机的 工作原理是一致的【221(图1(1为第一类吸收式热泵原理简图。 驱动热源 利用热水 利用热水 低品位热源 图1(1第一类吸收式热泵原理简图 第二类吸收式热泵，也称升温型热泵，是利用大量的中温热源产生少量的高温 有用热能。即利用中低温热能驱动，用大量中温热源和低温热源的热势差，制取热 量少于但温度高于中温热源的热量，将部分中低热能转移到更高温位，从而提高 了热源的利用品位【23】。第二类吸收式热泵性能系数总是小于1，一般为O(4一 O(5124]。两类热泵应用目的不同，工作方式亦不同。但都是工作于三热源之间，三 个热源温度的变化对热泵循环会产生直接影响，升温能力增大，性能系数下降。 6 浙江大学硕士学位论文 图1(2为第二类吸收式热泵原理简图。 低品位热源 利用热水 冷却水 低品位热源 图1(2第二类吸收式热泵原理简图 1(3第一类溴化锂热泵系统介绍 第一类溴化锂热泵系统属于吸收式热泵系统(溴化锂吸收式热泵系统采用溴 化锂(水作为工质对，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。这种热泵设备具有节能 省电的优点，可利用低品位热源提供热水。溴化锂吸收式热泵机组运动不减少， 运转平稳机组安装简便，噪声小，其结构现对简单、制造方便，负荷变化时 机组 性能稳定。 第一类溴化锂吸收式热泵可分为单效溴化锂吸收式热泵、双效澳化锂吸收式 热泵和多效溴化锂吸收式热泵。单效溴化锂吸收式热泵系统是最简单，同时也是 (3【25】为单效吸收式热泵系统简图 最常用的一种设计形式。图1 7 浙江大学硕士学位论文 图1(3单效吸收式热泵系统伺图，lD【是溶液换热器 其工作过程是高温热源加热发生器，冷剂蒸汽从溶液中蒸发出来，在冷凝器 发生器中的稀溶液经过加热浓缩后变成浓溶液，经过溶液换热中加热热水。 器后 进入吸收器，使吸收器温度升高，这部分热量用来加热冷水。溶液换热器可以使 稀溶液在进入发生器之前进行预加热，从而减少高品位热能的消耗。 双效溴化锂吸收式热泵系统是在单效溴化锂吸收式热泵基础上发展来的。实 双效的概念可以理解现系统效率提高的一个主要方法是高温热源问题升高( 为， 高温热源在高温状态下产生冷剂蒸汽，利用这部分冷剂蒸汽在低温状态下产生额 外的冷剂蒸汽，这样可以使系统效率得到提高。图1(4【26】为双效溴化锂吸收式热 泵系统简图。 图1(4双效溴化锂吸收式热泵系统简图，其中舣为溶液换热器 多效溴化锂吸收式热泵系统是在单效和双效的基础上发展而来的。现 在已有 的多效吸收式热泵有三效【271和四效嗍吸收式循环系统然而有一点值得我们注意 的是，系统的效率并不是随着发生器数量的提高而线性变化的，而且随着这种数 8 浙江大学硕士学位论文 量的提高效果越来越不明显。与此同时，发生器数量越多系统就越复杂，对设计 和加工都带来了困难。综上，双效溴化锂吸收式热泵是比较适合商业化的吸收式 热泵系统。 1(4本文研究内容 随着人们的节能环保意识不断提高，以及当前各地频现拉闸限电的缺电形 势，同时电厂里大量被浪费掉的丰富的各种余热资源，以及热泵系统在低温 余热 废热利用方面的优势和节能环保方面的优点，我们考虑采用第一类双效澳化锂吸 收式热泵机组的形式，来回收低温余热废热，达到节约能源，降低排放的目的， 为电厂节能减排改造提供有价值的依据。 本文研究的内容包括: 1 结合已有的工作参数和合理选择的设计参数来对第一类双效澳化锂吸 收式热泵系统进行热力计算，确定个换热设备的热负荷、各种工作介质的流量以 及机组的蒸汽单号和热力系数等。 2 根据前面已有的热力计算结果来进行传热计算，以确定个换热设备所 需的传热面积。 3 根据确定下来的热力参数来对机组的结构进行计算，以确定各换热设 备的结构、配管尺寸、传热管数量、介质的流速与压降。 4 设计双效溴化锂吸收式热泵机组图纸，并生产加工。 5 机组性能分析。分析不同因素对热泵的性能的影响。 9 浙江大学硕士学位论文 第2章溴化锂吸收式热泵 2(1澳化锂二元溶液的性质 2(1(1溴化锂二元溶液的一般性质 溴化锂溶液是由固体溴化锂溶解于水而成。由于锂 Li 和溴 Br 分别属 于碱金属和卤族元素，因此它的性质与食盐 NaCl 很相似，在大气中不变质、 不分解、不挥发，是一种稳定的物质(溴化锂无水物的基本性质如表2(1 所示。 表2(1澳化锂无水物的基本性质 溴化锂除无水物与水溶液外，还会生成带结晶水的水合物等，其最大特征是 强烈的吸水性【19】。 本试验采用的溴化锂溶液是由富来尔制冷工程技术有限公司生产，其具体的 指标见表2(2。其各项指标符合行业标准。 浙江大学硕士学位论文 表2(2化学成分 成分 质量指标 58 溴化锂LiBr, 缓蚀剂: O(013―0(20 钼酸锂Li2kt004, O(0l―O(30 铬酸锂Li2Cr04, (5 PH 9―10 N 0(01-0(20 碱度 杂质 ( 铵盐 ( ?2 硫酸盐 氯化物 溴酸盐 (J一 ( 二氧化碳C02, ( 钡Ba, ? 钙Ca, ( 镁Mg, ( 5应惦m ??m 铁Fe, ???无如如如如如如( 吣睨?矩??????m 铜Cu, 2(1(2澳化锂二元溶液的热物理性质 1 结晶温度 一定浓度的溴化锂溶液温度降至特定值时其中的溴化锂会结晶析出，此温度 即为结晶温度，溴化锂热泵机组运行时溴化锂溶液的温度应至少比结晶温度高5, 以上，否则可能会引起堵塞故障。 2 溴化锂溶液的P(t关系 溶液的p-t关系是指水蒸气与溴化锂溶液处于汽(液平衡状态时溶液的质量浓 度、饱和水蒸气压力、温度三者之间的关系，不同压力和溴化锂溶液浓度下汽- 液平衡时的饱和温度数据可通过查表获得。在溴化锂溶液中溶质澳化锂是非挥发 性物质，因此，溶液的气相蒸汽压为纯水蒸汽压力。实验表明:在温度不变时， 溴化锂溶液的饱和蒸汽压与溶液的浓度有关，随着浓度的增大，蒸汽压力减小; 而浓度不变时，溶液的饱和蒸汽压与溶液的温度有关，温度越高则压力越 大。澳 化锂溶液的p-t图展示了溶液的压力、温度和浓度三个状态参数间的相互关系， 浙江大学硕士学位论文 它是主要的热力性质图之一(这三个状态参数之间只要知道其二，就可根据p-t 图或者查表找出对应的第三个状态参数。 用澳化锂溶液的p-t图可以判断热泵机组运转是否正常，可以用来判断热泵机 组内溶液的浓度是否合适，亦可用来知道热泵机组的正确调整。 3 澳化锂溶液的h-乏关系 规定温度为OX3、质量分数为0,时溴化锂溶液的焓为418(68kJIkg时，溴化锂 溶液的焓随温度和质量分数变化也可通过查表获得。 在忽略工质流动时进、出口的动能和位能的影响时，溴化锂吸收式热泵各部 件与外界的热交换，可用稳定流动能量方程式2(1来计算。 2-1 q h2一hi 若能知道各点的焓值，则各部件与外界的热交换量就可以计算出来。 溶液中水蒸气的饱和压力比同温度下纯水的饱和压力低，因此与溶液相平衡 的水蒸气是过热状态 相对于纯水的饱和状态而言 (当已知澳化锂吸收式热 泵 各点的参数 P、t，t、毛，P、薯 后，可以用h(薯图或者表格来确定相应点的 焓值，得到了焓值就可以算出热泵各部件的热量交换量。我们也可以把各点的参 数标注在h一善图上分析吸收式循环的完善程度。 2(1(3水一溴化锂工质对溶液的腐蚀性 澳化锂溶液对金属具有一定腐蚀性，影响其腐蚀性的主要因素有如下几方 面。 1 氧气 大量试验证明，当系统中进入空气 氧气 时，会明显增加溶液的腐蚀性。 从运行的溴化锂吸收式热泵拆卸后发现，在高温热交换器和发生器中，虽然溶液 的浓度和温度都比较高，由于它们内部被溶液充满，与氧气接触的机会少， 腐蚀 很不明显。吸收器内部的上半部分筒壁和蒸发器的水盘等部位，虽然温度很低， 但容易溅落和氧气的共同侵蚀作用，使其部位腐蚀严重。本试验在试验之前要先 氧气 的含量，减少对机组性能的影响。将机组内抽真空，尽可能减少空气 而 且要保证溴化锂热泵机组在日常试验中的气密性。 2 温度 浙江大学硕士学位论文 当溶液温度低于165"C时，溶液对金属的腐蚀性相对较小;当溶液温度超过 165?时，对碳钢或紫铜的腐蚀急剧增大。本试验中溶液温度均低于120"C，所以 对金属的腐蚀性较小。 3 溶液的酸碱度 金属的腐蚀率较小(由表2(2可以看出，本试验所使用的溴化锂溶液的pH值在 这个范围内。 4 溴化锂的质量浓度 当系统中真空度较高而氧含量极少时，溶液的腐蚀性与其浓度关系不大，但 当因泄漏等原因使真空度下降而氧含量增加时，稀溶液腐蚀性大于浓溶液 因稀 溶液中氧的溶解度大 ( 为降低溴化锂的腐蚀性，通常在其中添加缓蚀剂，在金属表面形成一层细密 的保护膜，常用的缓蚀剂有钼酸锂和铬酸锂等，从表2(2中可看出缓蚀剂在溴化 锂溶液中的含量【161( 浙江大学硕士学位论文 2(2溴化锂热泵制热原理 2(2(1溴化锂吸收式热泵各部件作用与制热循环 驱动热源 利用热水 低品位热源 利用热水 图2(1第一类吸收式热泵系统的基本构成 热泵系统包括热泵和热水箱两个主要部分，图2(1为第一类吸收式热泵的基 本结构构成图。热泵主要有发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器、溶液换 溶液泵、溶液阀等组成封闭回路。下面来简要介绍一下各部分的基本热器、 情况。 1 发生器 溴化锂稀溶液从入口进入发生器，利用驱动热源 本试验采用的是高温蒸汽 加热澳化锂稀溶液，使其中的制冷剂水变为蒸汽排出，澳化锂溶液浓缩变为浓溶 液从出口处流出。该部件的作用是产生冷剂蒸气，所以称作发生器。 2 冷凝器 从发生器过来的水蒸气进入到冷凝器中，经过冷凝后变为液态水，并放出热 量来加热热水。 3 节流阀 节流部件可以使阀、细管或孔板等，本文设计的试验装置采用的是节流阀。 14 浙江大学硕士学位论文 节流阀可以控制循环工质流量。从冷凝器流入的较高压力和温度的冷凝水经过节 流阀后变为较低压力和温度的饱和汽水混合物，流出节流阀。 4 蒸发器 从节流阀流入的低温低压饱和汽水混合物在蒸发器中吸收低温热源的热量， 蒸发为饱和水蒸气，流向吸收器。 5 吸收器 一方面，从发生器流出的浓溶液经过溶液换热器降温后，流入到吸收器中， 吸收器内的溶液浓度提高。另一方面，从蒸发器流入的饱和水蒸气在一定的温度 会被吸收器内的一定浓度的溴化锂溶液吸收，溶液变为稀溶液后和压力下， 流出 吸收器。 6 溶液换热器 从吸收器流出的稀溶液流入溶液换热器，与从发生器流出的高温浓溶液在溶 液换热器中进行二两交换，稀溶液温度升高，浓溶液温度下降，可以节省发生器 另外进入到吸收器中的浓溶液温度降低可以提高溶液的中高温蒸汽的消耗， 吸收 能力。 7 溶液泵 溶液泵为整个热泵机组的溶液循环提供了所需的动力，保持吸收器和发生器 中的溶液量以及溶液浓度的稳定，维持循环的持续进行( 8 溶液阀 调节从发生器流入到吸收器的浓溶液的流量，使其与溶液泵的作用相匹配。 9 凝水换热器 本文介绍的试验装置增加了凝水换热器，凝水换热器的作用是回收从高温发 生器流出的还保持着较高温度的高温蒸汽余热，加热从低温溶液换热器流出，将 能系数。 要进入低温发生器的稀溶液，以提高热泵系统的能源利用率和性 第一类溴化锂吸收式热泵制热过程: 首先通过高温热源来加热发生器中的溴化锂稀溶液，溶液中的制冷剂水蒸发 出来变为高温高压的水蒸气进入到冷凝器中。水蒸气在冷凝器中凝结放热后，变 为高温高压的液态冷剂水进入节流阀。冷剂水经过节流阀后变为低温低压的饱和 的汽水混合物进入到蒸发器。在蒸发器中，冷剂水吸收低温热源的热量变成水蒸 气进入到吸收器中。在吸收器中，水蒸气被溴化锂稀溶液吸收，此过程为放 热过 程，吸收器中的溴化锂溶液被稀释成稀溶液后被不断的泵送到发生器中，期间要 浙江大学硕士学位论文 经过溶液换热器的预加热。另一方面，发生器中已经蒸发出去水蒸气的浓溶液经 过溶液换热器降温后进入到吸收器中，维持了发生器和吸收器里的溶液量、溶液 浓度以及溶液温度的稳定，使得热泵机组可以连续运行。待加热的冷水分别在吸 收器和冷凝器中吸收热量变为热水。 2(2(2溴化锂吸收式热泵制热原理 吸收式热泵的循环工质对是一种二元溶液，由制冷剂和吸收剂组成。如图2(2 a 所示，两个密闭容器被连接在一起。左边容器内装的是制冷剂，右边容器内 装的是二元溶液作为吸收剂。首先右边容器内的溶液会吸收左边容器内的冷却剂 蒸汽使其内部压力降低。在冷却剂蒸汽被吸收的过程中，因为蒸发作用剩下的冷 却剂温度会降低(这就使左边容器产生了制冷效果。与此同时，右边容器内的溶 这个过程叫做吸收过程。通常吸收过程是液吸收了冷却剂蒸汽而变得稀释。 一个 放热过程，因此，系统会向周围环境释放热量来维持吸收过程。 图2(2 a 吸收过程; b 分离过程 当制冷剂饱和之后，吸收过程就无法继续了，所以必须把制冷剂从稀溶液中 分离出来。通常使用加热的方法来实现这个分离过程的(图2(2 b 表示了制冷 剂从稀溶液中分离出来的过程【291。冷剂蒸汽通过向周围环境释放热量使自身体积 变小(通过这些过程，可以用少量的高品位热量获得大量的中温热量。然而这两 个制热过程并不能像这样同时进行，所以需要一个吸收式循环把这两个过程组合 起来。如图2(3所示，加热稀溶液产生冷剂蒸汽的过程需要更高的压力环境，所 以需要一个溶液泵来使溶液循环起来。 16 浙江大学硕士学位论文 制冷剂分离过程 吸收过程 图2(3由吸收和分离两个过程组成的吸收式热泵循环过程 2(3本章小结 本章首先简要介绍了，溴化锂吸收式热泵的工质对LiBr-H20的基本性质， 一定浓度的溴化锂溶液温度降至特定值时其中的溴化锂会结晶析出，影响热泵机 组的正常运行，在设计中要考虑结晶问题。介绍了溴化锂溶液的p-t关系和h-专 关系两个重要的关系，溴化锂溶液处于汽(液平衡状态时溶液的质量浓度、饱和水 蒸气压力、温度三者之间的关系，这三个状态参数之间只要知道其二，就可根据 P(t图或者查表找出对应的第三个状态参数。当已知澳化锂吸收式热泵各点的参数 P、t，t、芎，p、乏 后，可以用h(芎图或者表格来确定相应点的焓值，得到 了焓值就可以算出热泵各部件的热量交换量。之后简要介绍了溴化锂溶液的腐蚀 性，以及一些解决办法。接下来简要介绍了溴化锂吸收式热泵各部分的作用 和热 泵的基本制热原理。 浙江大学硕士学位论文 第三章溴化锂吸收式热泵的理论计算 3(1前言 溴化锂吸收式热泵机组的计算包括热力计算、传热计算、结构计算等内容。 热力计算的目的主要是针对制热量和热水温度的要求，和可利用的低温热源条 件，加热热源条件等，合理选择设计参数进行热泵循环计算，确定各部件的换热 量、各种介质的流量以及热泵机组的热力系数等。传热计算的目的是为了确定个 换热设备的传热面积。结构计算的目的是对各个换热设备的结构、介质流速、配 管尺寸、传热管数量和压降等进行计算。 3(2溴化锂吸收式热泵的热力计算 3(2(1双效溴化锂吸收式热泵的制热循环 双效溴化锂吸收式热泵的基本机构如图3(1所示。 浙江大学硕士学位论文 图3(1双效第一类澳化锂吸收式热泵的基本结构示意图 A ^ 以 鸯簸:辩 3 ^以 3 l 。(_Ih 质t引二二捌i|| 3(2循环在h(芎图上的表示 浙江大学硕士学位论文 整个制热循环过程如下: 2―7H为溴化锂稀溶液在高温溶液热交换器中的加热过程。溶液温度由t2升高 为t7H质量分数保持不变。 7H一5H为稀溶液在高温发生器中的加热过程。稀溶液进入高温发生器后先被 加热升温到达高温发生器pr下的饱和状态。 5H一4H为高温发生器的发生过程。稀溶液在高温发生器中继续被加热沸腾， 产生3H’状态的冷剂蒸汽，溶液的质量分数和温度都升高，到达点4H状态。 4H一8H为高温发生器流出的浓溶液在高温溶液换热器中的冷却过程。溶液温 度降低到t8H，质量分数没有改变( 2―7为稀溶液在低温溶液热交换器中的加热过程。溶液温度升高为t7，质量 分数没有改变。 7―7(为低温溶液热交换器出口稀溶液在凝水换热器中的加热过程(溶液温度 进一步升高为t7??，该点处于过热状态。 7??一5’为稀溶液在低温发生器中的闪发过程。稀溶液进入低温发生器后，闪发 出一部分冷剂蒸汽，温度降为t5‘，质量分数稍微上升。 5??一4为低温发生器中的发生过程。稀溶液被来自高温发生器的冷剂蒸汽加 热，产生3。状态的冷剂蒸汽，溶液的温度和质量分数增加，达到点4状态。 4―8为低温发生器流出的浓溶液在低温溶液热交换器中的冷却过程。溶液温 度降为t8，质量分数没有改变。 2,8H一9和2,8―9为点8H和点8状态的浓溶液与吸收器中的稀溶液的混合过 程，混合后的溶液状态为点9。 9―9(为混合溶液在吸收器中的闪发过程。相对于吸收器中的压力来说，混合 溶液处于过热状态，进入到吸收器后一部分冷剂蒸汽闪发出来，溶液温度略微降 低，质量分数略微增加，最后到达9’状态。 9-一2为混合溶液在吸收器中冷却和吸收的过程。混合溶液加热冷水后吸收来 自蒸发器的冷剂蒸汽，溶液的质量分数和温度下降，最后到达2状态的稀溶 液。 3H’一3H为高温发生器产生的冷剂蒸汽在低温发生器中的冷凝放热过程，最终 变成3H状态的冷剂水。 3H一3为高温发生器产生的冷剂蒸汽变为冷剂水后流入到冷凝器中的冷却过 程。最终变为3状态的冷剂水( 3‘一3为低温发生器产生的冷剂蒸汽在冷凝器中的冷凝过程。最终变为3点状 浙江大学硕士学位论文 态的冷剂水。 3―1??为冷凝器中的冷剂水进入到蒸发器中的节流和蒸发过程。3状态的冷剂 部分冷剂水压力和温度降低，但总焓值不变，水流经节流阀后进入到蒸发器， 在 蒸发器中吸收低温热源的热量，达到1。状态的水蒸气。 3(2(2双效溴化锂吸收式热泵的设计参数 已知参数: 1 从低温热源吸收的热量Qo 50kW 2 低温热源水进12温度tcl 30"C 3 低温热源水出口温度t。2-20? 4 吸收器冷却水进口温度tw 32"C 5 冷凝器热水出口温度tw2 45U，热水管路串联布置。 6 加热蒸汽压力ph O(71MPa 7 加热蒸汽温度th 165"C 8 稀溶液浓度亏a---54, 设计参数的选定: 1 蒸发温度tl 取AtI 2? ，1 tc2一at, 20―2 18?; Pa; 查饱和水蒸气压表得Pl 2066 2 吸收器压力P。 取卸口 27Pa 则见 Pl一瓴 2039Pa 3 吸收器冷却水出口温度twl和冷凝器冷却水出口温度tw2 Atwl 9(66"C，Atw2 3(34"C则， 0l 32+Atwl 41(66"C 4 冷凝温度tk和冷凝压力pk 设&。 2(5? tk tw2+觚 45+2(5 47(5? 浙江大学硕士学位论文 查47(5"C下纯水饱和压力Pk 10879Pa 5 吸收器稀溶液出口温度t2 At2 4? f2 twl+At: 41(66+4 45(66? 6 取高低温放气范围 芎r1(亏。 5,， 乏r2(芎。 4, 由芎a-54, 得，芎，1 59,，专r2 58, 7 低温发生器浓溶液出口温度“ 根据芎a 58,，Pk 10879Pa，查h-毛图得:‘’。90(1? 8 高温发生器出口浓溶液温度t4 高压发生器压力97kPa 选定值 所以高温发生器平均沸腾时的温度由混合后平均浓度磊 鱼姜鱼: 56(5, prr-97kPa，查"图 得，如 146(15"C 高温发生器出口浓溶液温度由乏r1 63,，prl 85kPa，查一图 得，L 152(6。C 9 取高温溶液热交换器出口浓溶液温度t2?? 60"C 由专，l 59,，查溴化锂溶液的结晶曲线，其结晶温度ts约为14(4? 60 14(4所以，可行 10 低温溶液热交换器出口浓溶液温度t2??- ,Rt:” 60? 由专a 58,，查溴化锂溶液的结晶曲线，其结晶温度ts约为6(9"C 所以，可行 各状态参数值 ?蒸发器出12冷剂蒸汽，点1?? 由po 2(066kPa，查饱和水蒸气热物性表，得hl’ 2949(7 kJ,kg ?蒸发器中的冷剂水，点1 由专 0，po 0(87kPa，查饱和水热物性表，得h1 494 kJ,kg ?吸收器出12稀溶液，点2 kJ,kg ?冷凝器中冷剂水，点3 浙江大学硕士学位论文 由t3 47(5"C，查饱和水热物性表，得h3 617(5 kJ,kg ?冷凝器中饱和冷剂蒸汽，点3?? 由t3’ 47(5，查饱和水热物性表，得h3’ 3007