一种复合第二类吸收式热泵新型机组的热力分析与应用.doc

中国石油大学（华东）硕士学位论文一种复合第二类吸收式热泵新型机组的热力分析与应用姓名：刘伟光申请学位级别：硕士专业：动力工程及工程热物理指导教师：李华玉201205 刘伟 光 碳 肮 倘 任 锢 要 瓵 甌 琓 中国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文论 文 研 究背景及其 意 义率较 低， 从 而 助 长了对能 源 的 需 求 量的 剧 增 ， 我 们可以 通 过表进 行 分 析 ， 其 突 出表煤， 年 到 年 的 能 源 消 耗 量比 之前 年 发 展所需 的 能 源 消 费量总 和还要多 ， 平均增 长率达到 了 。 改 革开放 以 后 ， 年 到 年 年 均能 耗 增 幅达到 ， 年 到 年 能 耗 增 幅达到 ， 可见 能 源 消 费增 长非 常 的 快 ， 需 要特 别注 意 的 是年 其 增 长速 度 达到 昴芎 脑 龀俣 却 锏 ， 由 这些 数据统 计可以 看 出我 国在经济 进 入高 速 通 道后 ， 能 源 消 耗 量的 增 长较 经济 增 幅还要高 。能 源 的 消 耗 速 度 与 经济 的 增 长速 度 的 比 值 ， 被称 为能 源 的 消 耗 弹性 系 数；另 一个是能 源 第 一章引 言状 态 ， 而 年 以 后 其 值 又 以 年 均 的 速 率上 升。与 国际 上 其 他 国际 的 能 源 消 耗 相 比 ， 我 国的 能 源 消 耗 较 高 ， 能 源 需 求 度 也很 大 。 假能 耗 值 的 倍 ， 韩 国能 耗 值 的 倍 ， 法 国能 耗 值 的 倍 ， 和印 度 的 能 耗 值 基 本 相 同， 现 今，油田 余 热 的 利 用已 经 到 了 一个 快速 发 展阶段，在 不 同 领域 都有 很 多 方 案 得 到实施 ，这 些 方 案 包 括回 收 烟气 余 热 ，回 收 油田 污 水 废 热 ，利 用地 热 资 源 发 展地 源 热 泵 等 。胜 利 油田 也较 早 尝 试 了 对其 油田 污 水 余 热 进 行回 收 利 用，例如利 用溴化 锂吸收 式 热 泵 提取余 热 资 源 ，直 接 利 用油田 污 水 取暖，通 过 各 种方 式 为生 活提供 热 水 和 对原 油进 行加 热等 等 。生 的 矿 产 资 源 。 中国 石 油大学 6 硕 士学 位论 文用能源 成 为必 然 趋势 。长 非 常快，同 时 各 种燃 料 的 价 格 稳 步提高 ，使 得 热 水 成 本随之 提升 ，从 而增 加 了 居民生 美国于 年就 提 出 了 利 用 热 泵 回 收 余 热 的 想法并 对其 进行了 市场 预测 ， 结果 表明个 该 技 术 具有潜在 实 用 价 值， 随后 在 年由 瓹 与 瓹两个 公 司合作 研 究 开 发了 一套吸 收 式 热 泵 装 置， 并 于 三 年后 成套生 产这种 吸 收 式 热 泵 机 组， 把 该 机 组主 要 用 于回 收 炼 化厂中 汽 提 塔 和 蒸馏塔 塔 顶 排 放 的 蒸汽 冷凝 热 ， 同 时 还 被 用 于 回 收 造 纸厂和 食品厂中 泄露的 蒸汽 热 量 。用 热 泵 机 组对稠 油污 水 余 热 回 收 的 经 济 性进 行 分 析 ， 认 为将 热 泵 利 用 到 用 户冬季供暖 ，通 过 审 核 该 机 组不 但 达到 设 计 要 求 ， 同 时 生 产一吨橡 胶 ， 所需蒸汽 消 耗 量 降低 年度 费 用计 算， 并 结合 实 际计 算出该 方 案 的 减 排、 环保 效 益。参 数 进 行 优化 设 计 。冷凝温度 等因素 对该 新型 热 泵性能有什 么影响， 如 何 影响。 热 泵定 义 及 其原 理 中 吸 取室 内 空 气热 量 并 变 成 冷 剂 蒸 汽，冷 剂 蒸 汽再 流 经 换 向 阀 流 回到 压 缩 机 中 再器 中 冷 剂 蒸 汽释放潜热 给室 内 空 气后变 为冷 剂 液 ，然 后 流 经 节 流 装 置 后 进 入蒸 发 第 二章 热 泵压 缩式 热 泵机组 是 通 过压 缩机对 冷 媒介 质 进 行 压 缩， 然 后 排 出 进 行 循 环， 而吸收式 热 泵机组 是 把 冷 剂 蒸 汽 吸收在 某 种工质 中， 再由 泵送 到 高 压 侧， 再通 过吸热 变 成 冷 剂 蒸 汽 进 行 循 环流 程。 压 缩式 热 泵机组 用 电作 为 其 驱 动 热 源 ， 而吸收式热 泵机组 是 通 过吸收余 热 资 源 或 者 蒸 汽 作 为 驱 动 热 源 ， 来制 取 更 高 的 热 能 ， 所 以吸收式 热 泵机组 是 回 收低 温 废 热 再利 用 的 装 置， 有更 好的 节 能 效 益， 吸收式 热 泵机组 如 图 所 示： 中国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文剂 蒸 汽 使得溶 液重 新 变浓， 然后 再将溶 液送 回 到吸 收 器中， 即 可 避免溶 液因吸 收第 一 类吸 收 式 热泵 机 组输 送 的 热能 低 于 其驱 动介质的 温 度 ， 它 的 目的 是 把 低 第 二章 热 泵 猀 ， 和 肌 荔 的 可 利 用 热 能 。 望 热 量， 。成 能 源 利用 不 合理， 是 不 可 取 的 ， 采 用 热 泵供 热 和 加 热 能 更 有 效的 利用 电 能 。 油 田余热 资 源 及 其 价 值以 中 原油 田含 油 污 水 为 例 ， 其 可 根 据温度高 低 分 为 两 部 分 ， 一部 分 含 油 污 水 中国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文冬 季 采 暖 进水换热器 中国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文 还灿 梅 鰿一 共 用冷 凝器 一 二级蒸 发 器 一 级节流阀 一 冷 剂 液 泵 换 器 与其 中的 浓 溶 液 进 行 热 交 换 ， 然后 流出 并 分 为 两 路 。其 中一 路 稀 溶 液 流 ； 共 用 冷 凝 器 一级 吸收 器 篍 欢 墩 舴 畇 篈 一二 级 吸收 一蒸发 器 ： 一一级 节 流 阀 篒 蝗 芤 罕 淙 唇橹式 谖露群 统隹 谖露确 直鹞 #簍 。 妗 。 ； 然后 可 以 分 别求得 点和 点的 焓 值啊 。 、 啊 。 。蒸 发 温度一般 比余 热介 质 出口 温度低 ， 根 据 实 际 需 求可 以 适 当 调 整 ， 中国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文并 且 二 者温差 越大 从 余 热介 质 吸收 的 热量越多 ， 机 组的 性 能 指 数也 随之 减小 ， 本 第 四章 熟泵与供 暖 系 统结合 方 案在二 级 吸收 器 中， 浓 溶 液 的 出口 温度 话 惚缺 患 尤 冉 橹食 隹 谖 露雀 段 找徽 舴 鰽 中各 个参 数的 确 定 中国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文 ，。 一 一再 根 据 二 级 吸收 器 的 热平 衡 ， 确 定 进入 的 冷 剂蒸 汽流 量 。 ： 第 四章 热泵与供 暖 系 统结合 方 案。 一 。 。 籬 在共用 溶液 热交 换器 中 ， 可 以 通过热平 衡求 得 愕撵 手礹。 ：籱 可 以 确 定 愕奈露 绕 链 送中 各 个状 态 点 都已确 定 。 ， 一 表 示被 加 热介 质通 过 一 级吸 收器 带出 系 统的 热负荷 ， ； 竺 兰 二 ： ： 复合 第 二 类 吸收式热泵新型 机组 各设 备 热负荷 计 算 中 国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文整 理 计 算得 共用发 生 器 娜 雀 汉 蒰 暑 为： 。 。 。， 。 图 灿梅 鱃的 热平衡图 第 四章 热泵与供 暖 系 统结合 方 案 灿美 淠 鰿的 热负荷 计 算如下 图 荆 山 灿美 淠 鰿的 热平衡关 系 式 ： 。 一 。 整 理 计 算得 二 级吸 收器 的 热负荷 为： 瑉 】 一 。整 理 计 算得 其热负荷 为： 第 四章 热泵与供 暖 系 统结合 方 案耄 。 溴 化 锂 吸 收 式机 组 的 主要 性能 指 标 是 热 力系 数又称 为性能 指 数， 它 是 指 机 组表 示 ， 在如 图 所示 的机 组 中， 我 们获得 的热 量来 自 于 一 级吸 收 器 和二 级 齙互唬海 浩蟲 石石石葺豂石的 冷 剂 蒸汽所释 放 的 热 量 ， 使 得 温 度 得 到 再 次 提 升 ， 通过二 级吸 收 器 的 被 加可 由下式求 得 ： 中国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文 尊表 示 冷流体出口 温 度 。用 具有足 够精度 的 线 性 公式如 下 ： 流 速 、材质 、热 流 密度 、排 管 方 式 、水 质 等 ， 所 以 在设计 计 算 时 ， 需要 考 虑 综合 一 】丝栅一 释放出 热 量 加 热 进入 的冷 剂 液 ， 释放出 冷 剂 蒸 汽， 可 由以 下 公 式计算 二 级 吸交 换 ， 可 由以 下 公 式 计 算 共 用溶 液 热 交 换 器 的传 热 面积 ： 各 换 热 设备传热 面积计算 结果汇总如表 所 示 ： 标 发 生 变 化。 详 细 了 解 各 种 因 素变 化对本 机 组 的 影 响 ， 对于 正 确设 计 、 操 作 和 调控 机 组 ， 合理 选 用 机 组 ， 确保机 组 安全 运 行 ， 并 使机 组 实现 经 济 运 行 都 有 重 要 意义。 热泵 机 组 各 参 数 改 变 对性 能指数 的 影 响 收 器 中压力不变 而溶 液浓 度升 高 ，吸 收 更多冷剂 蒸汽 同 时 释放 更多热量 ，使和 二 级蒸发 器 热负荷都 变 小 ， 使整 个 机 组 热力系 数 变 大 。 ， ：旦 止址 灿 梅 鱃中 余 热介 质进 口温度变 化 对 热力 系 数 的 影响如 下 图 所示 ， 在 其 他 内 部 条件 和 外界条件 均 不 变 的 情 况 下 ， 只改 变 共 用。图 槿 攘 凳 婀 灿 梅 鱃余 热介 质进 口温度变 化 曲 线图 荷 的 减 小 量， 所以 机 组 的 热负 荷 随着余 热介 质进 口温度的 增 加 而 减 小 ， 其 温度值 一级蒸 发 器 余 热介 质出口温度 第 五章 复 合第 二 类 吸 收 式 热泵 新 型机 组 的 性 能分 析机 组 性 能指数 随二 级蒸发 器 余 热介 质出 口温 度变 化 的 曲 线 图二 级蒸发 器 余热介 质出 口温 厦 ， 中国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文机 组 性 能指数 随点 蒸汽流 量 变 化 的 由线 图变 点 的 冷 剂 蒸汽流 量 ，当 的 值逐 步从 痵 增加 到 罚痵 时 ，机 显 然 机 组 的 性 能指数 必然 随点 冷 剂 蒸汽流 量 的 变 大 而 减 小 。机 组 性 皂指数 随点 蒸汽流 量 变 化 的 瞄 线 图【 得 其值 如图逐 步变 大。 机 组 性 能 指数 随 点 至 髁 縦 值 变 化 的 由 线 图。，嘲 、嘲咖 一口 日 机 组 性 有 皂指数 随 冷却介 质出 口 温度变 化 的 曲 线 图机 组 性 能 指数 随 二 级 吸 收 器放 气 范 围变 化 的 曲 线 图二 级 吸收器越 放气 范 围 第 五章 复 合第 二 类 吸 收 式 热泵 新 型机 组 的 性 能 分 析影 响能指数 也 逐步增加 ，其每 增加 婊樾 阅 苤 甘 黾。 中国石 油 大 学 6 硕 士学 位 论 文 目 前 ，一些 油 田生 产 和生 活 中的 热 源 供 给 方 式 是 通 过 燃 油 锅炉 房进 行集中供暖，但 随 着 渣 油 价格 的 快速 上涨 ，其能源 利 用 率 低、 燃 料 结 构不合 理 等诸 多因 素的 影响，使得 这 种 方 式 在现实运用 中造 成 很大 的 浪费 ，显 然 今后 这 种 供 暖方 式 应该 逐渐减 少，我们 将 寻求 一些 更 加节能、 环保、 经 济的 方 式 来代 替传统粗放型 的供 暖方 式 。矿 折 算 每 年燃 烧渣 油 市场 价值，单 位 为 万 元 年。 耙 表示项 目初始 投 资总 额 ，万元；表 缺 没 橛 肴 加凸 眯员 冉 单位 ：万 元】化 物气体 。 我 们 知道 温 室 效应 的产 生 主要因 为拇罅 颗欧 牛 鳶 氧 化 物气负 荷 就 能节 约 渣油 的燃 烧，极大 的减 少 了有 害气体 的排 放量 ，其详 细 同 时减 少 们 ，排放量 ：少 欧 帕 ，可 知该 机 组 的节 能环 保效益很 好 。利 于 安全生 产 和降 低 劳 动强 度。 回 收含 有污水 余 热 等工 业 废热 ，并 应 用到生 产 生 活 当 中，起 到变 废为 宝的 作用。级 蒸 发 器 出 口点 的 冷 剂蒸 汽 流 量；龃 蠖 段找 徽 舴 鰽 出 口点 的 冷 剂蒸 汽 流 量。不 凝 性 气 体，采用适 当 的 溶 液 循 环量，强 化 换 热 设 备的 传 热 与传 质过 程，同 时 要 参 考 文 献 瓺 跫螅 盼岸 澄龀乔 胁 膳 墓 确 绞 絒 赤 峰学 院学 报 甌 獁 【 庞 拦 螅 吞 镂 鬯 嗳然厥 辗 桨 讣 捌渚 眯娌 馑鉡 浚 谀 芗 际 酰 ， 坷 罨 S竦龋 缺 糜肴 缺 霉 认低 诚