吸收式热泵技术在工业余热回收利用中的应用研究优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴.pdf

声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在指导教师的指导下 独立进行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本声明的 法律责任由本人承担 论文作者签名 日期 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管 使用学位论文的规定 其 中包括 学校有权保管 并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件 学校可以采用影印 缩印或其它复制手段复制并保存学位论文 学校可允许学位论文被查阅或借阅 学校可以学术交流为目的 复制赠送和交换学位论文 学校可以公布学位论文的全部或部分内 容 保密学位论文在解密后遵守此规定 签各爿落l 导师签名 珊 太原理工大学硕士研究生学位论文 吸收式热泵技术在工业余热回收利用中的应用研究 摘要 统计数据显示 热电厂排放到环境中的冷凝余热量占总能源供应量的 4 0 一6 0 本文针对这种情况提出了利用复合单效吸收式热泵技术回收热 电冷凝余热的新方法 通过对国内外吸收式热泵最新研究成果进行总结 分析 创造性的从 循环溶液压力变化的角度将吸收式热泵系统分为高 低温两组制热循环 得出不同类型吸收式热泵的适用范围及变化规律 依据基本理论建立了吸 收式热泵热力计算模型 根据热电联产配合条件进行量化处理 得到单效 双效吸收式热泵不同工程应用下的边界条件以及机组c o p 的变化规律 通过计算 比较得出 单效吸收式热泵机组合理的热水出水温度不应高于 9 0 考虑工程应用条件 其合理的热水回水温度不应高于6 0 c 双效 吸收式热泵机组合理的热水出水温度不应高于6 0 两种热泵机组c o p 均随热水供 回水温度提高而降低 且受热水供水温度影响更显著 余热 水温度在合理温度范围内波动时对吸收式热泵机组c o p 的影响相对较弱 本文基于实例分析 提出了检验不同热泵机组应用于热电联产的配合 度 完成度指标 结合吸收式热泵属性特征提出了基于各个热电工程实际 个性化 定制化复合热泵机组设计的新思想 根据实例条件 得出复合单 效吸收式热泵系统是目前用于热电联产改造工程的配合度良好 完成度最 高的技术选择 通过热力计算和卡诺定理推导 共同论证了基于复合单效 吸收式热泵装置的热电联产综合能效高于单效吸收式热泵组成的热电联 太原理 i 大学硕 二研究生学位论文 产系统 最后将复合单效吸收式热泵技术应用于某热电厂节能改造工程 给出了采暖季供热负荷逐时变化条件下的新型热电联产节能效益 并通过 投资回收期 能源利用率等技术指标对复合单效吸收式热泵的工程应用做 出经济效益和环境效益评价 结论显示 不改变热电联产循环工况 仅用 复合单效吸收式热泵机组替代首站换热设备 扩大供热面积9 2 4 万m 2 单个采暖季直接节约一次能源2 0 6 万吨标准煤 热电厂一次能源利用率 提高到7 3 最后指出热泵技术用于热电联产冷凝余热回收在余热流量分 配 运行管理调节中可能存在的问题与隐患 本 丈的研究体系 结论与提 出的问题对工业余热回收利用具有重要的参考价值 关键字 复合单效吸收式热泵 余 热回收 性能分析 经济性评价 太原理二l 一大学硕士研究生学位论文 t h ea p p l i c a t l o nr e s e a r c ho fa b s o r p t i o nh e a t p u m pt e c h n o l o g yi nt h er e c y c l eo fi n d u s t r i a l e x h a u s th e a t a b s t r a c t t h es t a t is t ic a ld a t as h o w st h a tt h ec o n d e n s i n gw a s t eh e a to ft h et h e r m a l p o w e rp l a n ti s4 0 一6 0 o ft h et o t a le n e r g ys u p p l y a i m e da tt h i ss i t i a t i o n t h i sa r t i c l e p u tf o r w a r d t h en e wm e t h o do fu s i n gc o m p l e xs i n g l e e f f e c t a b s o r p t i o nh e a tp u m pt e c h n o l o g yr e c o v e rt h e r m o e l e c t r i cc o n d e n s a t i o nw a s t e h e a t a c c o r d i n gt oal o to fs u m m a r i e sa n da n a l y s i s e sw h i c hi sa i m e da tt h e l a t e s tr e s e a r c hr e s u l t so ft h ea b s o r p t i o nh e a tp u m pa th o m ea n da b r o a d t h i s p a p e rc r e a t i v l y d i v i d e st h e a b s o r p t i o n h e a t p u m p i n t o h i g h a n d l o w t e m p e r a t u r eh e a t i n gc y c l ei nt h ep o i n to fv i e wt h a tt h ec y c l es o l u t i o np r e s s u r e c h a n g e a n dg e t st h ec h a n g el a wa n da p p l i c a t i o ns c o p eo fd i f f e r e n tt y p e a b s o r p t i o n h e a t p u m p a c c o r d i n g t ot h e b a s i ct h e o r y t h i s p a p e r a l s o e s t a b l i s h e st h ea b s o r p t i o nh e a tp u m pt h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o nm o d e la n d l e t st h em o d e l e x p e r a n c e t h e p r o c e s s o fq u a n t i f i c a t i o na c c o r d i n gt ot h e t h e r m o e l e c t r i cs y s t e m sc o o r d i n a t ec o n d i t i o n s t h e ng e t st h eb o u n d a r yc o n d i t i o n o fs i n g l e e f f e c ta n dd o u b l e e f f e c t a b s o r p t i o n h e a tp u m pt h a ti s a p p l i e di n i i i 太原t n 3 1 大学硕十研究生学位论文 d i f f e r e n te n g i n e e r i n ga n da l s og e t st h ec o pc h a n g el a wo ft h eu n i t st h r o u g h t h ec a l c u l a t i o na n dt h e o r e t i c a l a n a l y s i s t h r o u g h t h e c a l c u l a t i o na n d c o m p a r a t i o n t h ec o n c l u s i o n s h o w st h a tt h er e a s o n a b l eh o tw a t e ro u t l e t t e m p e r a t u r eo fs i n g l e e f f e c ta b s o r p t i o nh e a tp u m pu n i t ss h o u l dn o tb eh i g h e r t h a n 9 0 c a n d c o n s i d e r i n g t h e e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nc o n d i t i o n s t h e r e a s o n a b l er e t u r nw a t e rt e m p e r a t u r eo fh o tw a t e rs h o u l dn o tb eh i g h e rt h a n 6 0o c b o t ht h ec o po ft h et w ok i n d so fh e a tp u m pu n i t sd r o p e da l o n gw i t ht h e h o t1 w a t e rs u p p l ya n dr e t u r nw a t e rt e m p e r a t u r ei n c i e a s e d a n dt h es u p p l yw a t e r t e m p e r a t u r ei n f l u e n c e t h ec o pm o r es i g n i f i c a n t t h ew a t e rt e m p e r a t u r eo f e x h a u s th e a ti n f l u e n c e st h ec o po fa b s o r p t i o nh e a tp u m pu n i t sr e l a t i v e l yw e a k w h e nt h ew a t e rt e m p e r a t u r eo fe x h a u s th e a t c h a n g e d i nt h er e a s o n a b l e t e m p e r a t u r er a n g e b a s e do nt h e e x a m p l e a n a l y s is t h isp a p e rp r o p o s e st h ec o o p e r a t i o n d e g r e ea n dt h e f i n is hi n d e xt h a tisa p p i e di n c o g e n e r a t i o ni n o r d e rt ot e s t d if f e r e n th e a t p u m p a n d a ls o p r o p o s e d t h en e wid e a so fd e s i g n i n gt h e c o m p o s i t eh e a tp u m pu n i t sw h i c hi sb a s e do nt h em e t h o do ft h e r m o e l e c t r i c e n g i n e e r i n gp r a c t i c l e i n d i v i d u a t i o na n d c u s t o m i i z a t i o n a c c o r d i n g t ot h e e x a m p l e sc o n d i t i o n s t h i sp a p e rg e t s t h ec o n c l u s i o nt h a tt h e c o m p l e x s i n g l e e f f e c ta b s o r p t i o nh e a tp u m ps y s t e mi st h et e c h n o l o g yc h o i c ew i t hg o o d c o o p e r a t i o nd e g r e ea n dh i g h e s tf i n i s hd e g r e et h a ti su s e di nt h ec o g e n e r a t i o n r e c o n s t r u c t i o np r o je c t t h r o u g ht h et h e r m o d y n a m i c c a l c u l a t i o na n dd e d u c t i o n o ft h ec a n ot h e o r e m i tp r o v e st h a tt h ec o m p r e h e n s i c ee n e r g ye f f i c i e n c yo ft h e i v 太原理 l 火学硕士研究生学位论文 c o g e n e r a t i o ns y s t e mw h i c hi sb a s e do nc o m p l e xs i n g l e e f f e c ta b s o r p t i o nh e a t p u m pd e v i c ei sh i g h e rt h a nt h eo n et h a ti sf o r m e db ys i n g l e e f f e c ta b s o r p t i o n h e a tp u m p f i n a l l y t h r o u g ht h em e t h o do fl e t t i n gt h ec o m p l e xs i n g l e e f f e c t a b s o r p t i o nh e a tp u m pt e c h n o l o g ya p p l yt ot h ee n e r g ys a v i n gr e c o n s t r u c t i o n p r o j e c to fac e r t a i nt h e r m a lp o w e rp l a n t t h ee n e r g ys a v i n ge f f i c i e n c yo fn e w c o g e n e r a t i o ns y s t e mi sg i v e nu n d e rt h ec o n d i t i o no ft h eh e a t i n gl o a dt h a ti s c h a n g e dw i t ht i m ei nh e a t i n gs e a s o n a n dt h e nm a k e st h ee c o n o m i cb e n e f i t sa n d e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t se v a l u a t i o no ft h e e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n o f s i n g l e e f f e c ta b s o r p t i o n h e a t p u m pb yu s i n g t h e t e c h n o l o g y d a t a so f i n v e s t m e n tr e c o v e r yp e r i o da n de n e r g yu t i l i z a t i o nr a t e t h er e s u l ts h o w st h a t t h eh e a t i n ga r e a sc a ne x p a n d9 2 4t h o u s a n d 聊 t h ep r i m a r ye n e r g yc a nb e s a v e d2 0 6t h o u s a n dt c ei nas i n g l eh e a t i n gs e a s o n a n dt h ep r i m a r ye n e r g y u t i l i z a t i o nr a t eo ft h et h e r m o e l e c t r i cp l a n tw i l li n c r e a s et o7 3 u n d e rt h e c o n d i t i o no fn o tc h a n g i n gt h ec o g e n e r a t i o nc y c l ew o r k i n gc o n d i t i o n sa n do n l y l e t t i n gt h ec o m p l e xs i n g l e e f f e c ta b s o r p t i o nh e a tp u m pu n i t sr e p l a c et h ef i r s t h e a te x c h a n g ee q u i p m e n t s a tl a s t i tp o i n t so u tt h ep r o b l e m sa n dt h eh i d d e n t r o u b l e so fh e a tp u m p t e c h n o l o g yt h a ti su s e di nc o g e n e r a t i o nc o n d e n s i n gh e a t r e c o v e r yw h i c hm a y e x i s ti nt h er e m a i n i n gh e a tf l o wd i s t r i b u t i o na n do p e r a t i o n m a n a g e m e n tr e g u l a t i o n t h er e s e a r c hs y s t e m c o n c l u s i o n sa n dq u e s t i o n so f t h i s p a p e rh a v ec e r t a i nr e f e r e n c ev a l u et ot h ei n d u s t r i a lw a s t eh e a tr e c o v e r y v 太原理一l 人学硕十研究生学位论文 一 k e yw o r d s c o m p l e xs i n g l e e f f e c t a b s o r p t i o nh e a tp u m p e x h u s th e a t r e c o v e r y p e r f o r m a n c ea n a l y s i s e c o n o m i ce v a l u a t i o n v i 太原理 l 火学硕士研究生学位论文 目录 摘要 i a b s t r a c t 一i i i 第一章绪论 1 1 1 能源现状概述 1 1 1 1 世界能源现状 1 1 1 2 我国能源现状和特点 一4 1 2 论文研究背景 5 1 3 国内外研究概况 7 1 3 1 吸收式热泵在国内外研究进展 7 1 3 2 吸收式热泵在余热回收方面的应用 8 1 4 论文研究的目的和意义 9 5 论文研究内容及方法 1o 1 5 1 热泵技术应用于热电联产的配合度 完成度 1 0 1 5 2 论文论述的两条主线与汇集 11 5 3 论文研究的主要工作和方法 1 2 第二章溴化锂吸收式热泵系统与热电联产系统 13 2 1 溴化锂吸收式热泵的分类与介绍 1 3 2 1 1 溴化锂吸收式热泵的分类 1 3 2 1 2 第一类溴化锂吸收式热泵系统分类与介绍 1 4 2 2 溴化锂吸收式技术的特点 18 2 2 1 主要优点 18 2 2 2 主要缺点 18 2 3 溴化锂二元溶液的性质 1 9 2 3 1 溴化锂二元溶液的一般性质 19 2 3 2 溴化锂二元溶液的热物理性 9 2 3 3 水 溴化锂工质对溶液的腐蚀性 2 0 2 4 溴化锂吸收式热泵制热原理 2 1 v i i 太原理t 大学硕士研究生学位论文 2 4 1 溴化锂吸收式热泵各部件作用与高 低温制热循环 2 1 2 4 2 溴化锂吸收式热泵制热原理 2 3 2 5 热电联供系统 2 5 2 5 1 热电联供的发展及趋势 2 5 2 5 2 热电联产方法 2 6 2 5 3 热电联产集中供热的优点与不足 2 9 第三章不同类型吸收式热泵的量化传热计算与比较 3 1 3 1 前言 3 1 3 2 在限定工质条件下各类吸收式热泵系统的传热计算 3 1 3 2 1 单效溴化锂吸收式热泵系统的传热计算 3 2 3 2 2 双效溴化锂吸收式热泵系统的传热计算 3 9 3 2 3 单效复合溴化锂吸收式热泵系统的传热计 算 5 3 3 3 外界条件的变化对各类吸收式热泵能效的影响 6 3 3 3 1 单效溴化锂吸收式热泵的能效影响 6 3 3 3 2 双效溴化锂吸收式热泵的能效影响 6 8 3 3 3 复合单效溴化锂吸收式热泵的能效影响 7 0 3 4 对各类吸收式热泵系统传热影响因素的评价 7 2 3 4 1 外部条件对各类吸收式热泵能效的影响 7 2 3 4 2 内部条件对吸收式热泵机组能效的影响 7 3 3 5 本章小结 7 3 第四章吸收式热泵系统在热电联产中的实际应用与评价 7 5 4 1 基于吸收式热泵循环的新型集中供热系统 7 5 4 1 1 供热负荷随室外温度的逐时延续变化 7 7 4 1 2 新型热电集中供热系统流程 8 1 4 1 3 新型热电联产循环运行工况 8 4 4 2 热电循环新系统的经济与环境效益 8 8 4 2 1 经济效益 8 9 4 2 2 环境效益 8 9 4 3 对工程实例的说明以及对分析结果的总结与延伸 9 2 v 1 i 奎堕墨塑堡 竺 窒竺堂垡堡窒 一 x 太原理工火学硕士研究生学位论文 1 1 能源现状概述 第一章绪论 当人类的目光不再畏惧黑暗 当我们的脚步不再止步于大洋 当全世界的思想突 破银河的壁障抵达外太空 我们应该感谢生命给予我们的能量 是这种能量演变为我 们伟大的智慧以及我们去实现梦想最坚实保障 能源 从数千年前的刀耕火种 到横跨欧亚大陆的天然气管道 人类文明的孕育与成长 无不与我们自身对能源认识利用水平提高息息相关 从利用天山野火熔炼金属到蒸汽 机诞生催发的产业革命再到卫星技术带来的全球网络互联 能源无一例外的充当着最 重要的角色 能源真正可谓国之重器 人类文明之重器 1 1 1 世界能源现状 欧洲工业革命的爆发直到全球第二次世界战争的终结 是人类文明空前膨胀的阶 段 而这一时期全球范围内最主要的能源 煤炭为加快世界的脚步做出了辉煌且不 可磨灭的贡献 但随着科学技术的不断发展 全球经济水平的不断提高 石油在一次 能源消费结构中的比例骤然增加 其全球消费比例早在2 0 世纪6 0 年代就超过煤炭 此后 煤炭所占比例缓慢下降 石油 天然气所占比例稳步上升 风能 太阳能 核 能等新能源及可再生能源逐步发展 形成了我们2 世纪初全球能源格局以化石燃料为 核心 新能源 可再生能源并存发展的新态势 据国际能源署2 0 0 6 年相关数据 1 2 0 0 6 年全球的一次能源供应中 煤炭 石油 天然气 核电 水电 可燃及可再生能源及 废弃物 其他能源 地热能 太阳能 风能等 所占的比例分别为2 4 1 3 3 3 2 0 9 5 5 2 2 1 0 6 和0 4 2 0 0 6 年全世界终端能源消费结构中 煤炭 石油 天然 气 可燃及可再生能源 电力和其他能源所占的比例分别为8 4 4 2 3 15 0 1 2 7 1 5 2 t n2 4 可见全球对于核能 太阳能等新能源的研究和利用比例逐步提高 对 天然气等清洁能源的消费也有提高 但是石油 煤炭这些传统能源的供应还是占全球 一次能源供应的主导地位 然而按照当下的消费速度与开采速度 这些传统化石能源 将在本世纪中叶迅速接近枯竭 根据英国b p 公司在2 0 0 6 年发布的 世界能源统计报告 1 2 对不同的能源类型 1 太原理 火学硕士研究生学位论文 以及对能源的储量 开采量和消费水平进行了统计和分析 报告将全世界分为北美 中南美 欧洲及欧亚大陆 中东 非洲和亚太七个地区 从化石能源的储存状况看 到2 0 0 5 年术 石油方面 全球已探明储量为1 6 3 6 亿 吨 其中中东地区占到总量的6 1 9 其他地区均不足1 0 天然气方面 全球剩余 可采储总量为17 9 万亿立方米 且主要分布在俄罗斯和中东地区 这两地储量占天然 气总 储存量的6 5 7 其他地区均不足1 0 煤炭方面 全球已探明的剩余可采储总 量9 0 9 0 6 4 亿吨 主要分布在欧影 i t 及欧亚大陆 亚太 北美 且这三地的采储量占总 量的9 9 2 从化石能源的采掘开发状况看 2 0 0 5 年全年 全球石油开采总量为3 8 9 5 0 亿吨 其中中东地区开采量占总产量的3 1 0 为全球之最 其次为欧7 7 h 和欧亚大陆 占开 采总量的2 1 7 而后为北美地区 占开采总量的15 5 其他地区相当 均在1 0 左右 全球天然气总产量为2 7 6 3 0 万亿立方米 主要来自欧7 7 1 及欧亚大陆和北美三个 地区 占总产量的6 4 6 全球煤炭产量为2 8 8 7 2 亿t e e 其中主要出产区域为在亚太 地1 噩 5 6 0 北美地1 噩 2 1 3 欧洲及欧亚大陆 1 4 1 其它地区均不足总量的 0 0 5 从化石能源的全球消费状况看 2 0 0 5 年全年 全球石油消费总量为3 8 3 6 8 亿吨 其中 最主要的消费区域为北美 亚太和欧洲及欧亚大陆 约占总量的8 2 7 随后是 中南美洲 中东和z l b f 7 h 全球天然气消费总量为2 7 4 9 6 万亿立方米 欧洲及欧亚大陆 北美是主要消费区域 这三地消费量之和占总量的6 9 全球煤炭消费总量为2 9 2 9 8 亿t c e 亚太地区消费量最大 占总量的5 5 3 另外值得注意的是全球核能消费总量 已达到5 2 7 2 亿t c e 其主要消费区域分布在欧7 7 1 1 欧亚大陆及北美 占总量的7 9 而亚 太地区仅占 9 9 2 太原理l 大学硕士研究生学位论文 表卜12 0 0 6 年世界主要能源消费国家一次能源消费结构 t a b1 1p r i m a r ye n e r g yc o n s u m p t i o ns t r u c t u r eo fe n e r g yc o n s u m p t i o ni nt h ew o r l d sl e a d i n gc o u n t r yi n 2 0 0 6 比例 国家能源消费 mt o e全球消费总量同比 石油煤天然气核能 水电 美国 2 3 2 6 4 0 42 3 42 3 48 2 82 1 3 8 中国 1 6 9 81 8 27 0 22 2 0 74 51 4 6 1 俄罗斯 7 0 5 1 8 21 55 4 244 6 5 4 8 日本 5 2 04 4 22 2 91 3 6 2 23 13 7 8 印度 4 2 3 2 8 45 5 28 415 2 8 9 德国 3 2 93 6 52 4 12 2 9 1 1 61 92 0 2 加拿大 3 2 23 0 7 1 0 82 65 92 3 6 2 9 6 法国 2 6 33 4 341 4 5 3 8 94 32 4 2 英国 2 2 73 5 31 9 33 5 1 6 50 82 0 8 韩国 2 2 64 5 6 2 3 31 2 71 3 9o 5 2 0 8 巴西 2 0 74 3 65 3 9 21 53 8 41 9 根据上文及表1 1 中数据可以看出 1 全球一次能源消费中 化石燃料仍然占据主导地位 约占8 0 非化石能 源及可再生能源的消费增长较快 但比例仍然较低 占2 0 左右 2 石油 天然气 煤炭这些传统化石燃料的储采比相差较大 2 0 0 5 年全年产 量水平分别为4 0 6 6 4 1 和1 5 5 同时石油 天然气和煤炭储量地理分布存在明 显的不均衡 主要集中在部分地区和少数国家 其中中东地区石油储量约占全球石油 总储量的6 1 9 尤为明显 俄罗斯和中东地区天然气储量占全球总量的6 5 7 欧洲 及欧亚大陆 亚太 北美煤炭储量约占全球总量的9 2 2 3 就化石燃料产量而言 全球各地区也存在很大差别 石油 天然气和煤炭产 量主要来自部分地区和少数国家 2 0 0 5 年 中东地区 欧洲及欧亚大陆 北美的化石 燃料产量分别占全球总产量的3 1 o 2 1 7 矛1 11 5 5 天然气主要来自欧洲及欧亚大 陆和北美地区 占全球总产量的6 4 6 煤炭产量的一半以上在亚太地区 5 6 0 其 次在北美地区 2 13 和欧洲及欧亚大陆 1 4 1 3 太原理t 人学硕士研究生学位论文 4 各主要工业国家一次能源消费水平也极不平衡 少数国家的能源消费量占全 球能源消费量的半数以上 5 不同地区和国家的能源消费结构也存在较大差异 发达地区主要以石油 天 然气为主 而欠发达地区煤炭则占有很高的比重 1 1 2 我国能源现状和特点 我国的能源现状大体可以概括为总量丰富 但人均不足 中国是发展中国家 人 口众多 人均能源相对匾乏 随着中国经济的不断发展 能源的消耗不断增加 近年 来 中国能源事业的发展取得了巨大的成就 2 0 0 4 年 中国的一次能源产量为18 4 6 亿t c e 位居世界第1 位 其中煤炭产量1 9 5 6 亿吨 居世界第一 原油产量为1 7 5 亿吨 居世界第5 位 天然气产量为4 0 8 亿m3 居世界第1 4 位 发电装机容为量3 4 亿k w h 居世界第2 位 2 0 0 4 年 全国一次能源消费总量为 9 7 亿t c e 中国已成 为世界第二大能源1 3 消费国 全国终端能源用户的能源消费达1 2 5 万亿元 占全年g d p 的1 3 而美国仅占7 这说明处于高速工业化 快速城镇化过程的发展中国家对 能源消费的高依赖度性 4 1 2 0 0 5 年中国一次能源总产量为2 0 6 亿t e e 其中煤炭产量将近2 2 亿吨 原油1 8 亿吨 进口原油 成品油1 2 亿吨 天然气5 0 0 亿m3 2 0 0 5 年全国一次能源消费总量 为2 2 2 亿t c e 原油消费量超过2 亿吨 我国一次能源消费除了总量巨大外还 有以下四个特点 1 一次能源人均消费指标低 虽然我国一次能源消费水平居世界第二位 但由于我国人口基数大 所以人均一 次能源消费水平较低 以2 0 0 5 年为例 全国人均能源消费量为1 0 8 t c e 仅达到当年 全球水平的6 0 更是不到发达国家人均能源消费水平的一半 2 一次能源消费结构单一 我国一次能源消费结构远达不到发达国家多样化水平 煤炭仍然是最主要的 次 能源消费品 以我国2 0 0 5 年的一次能源消费构成比例来看 煤炭占总消费量的6 8 9 石油占2 1 0 天然气占2 9 水电比例为6 2 2 0 0 5 年全国一次能源生产构成比 例中 煤炭占7 5 4 石油占1 2 6 天然气占2 3 水电比例6 7 煤炭的生产和 消费水平都远远高于石油等其他一次能源 而天然气和核电的消费总量远低于世界平 4 太原理一 大学硕士研究生学位论文 均水平 5 1 而且这种以煤为主的能源消费结构在相当长的时间内不会发生改变 以煤 为主的消费结构也是造成我国现阶段能源消费强度高 能源利用率普遍较低和环境污 染严重的重要原因 3 能源消费强度高 能源利用普遍较低 2 0 0 2 年我国的能源强度为1 1 8 t c e 千美元g d p 远远高于发达国家水平 全国能 源开采 加工 提炼 储运以及终端利用效率约为3 4 较之国际平均水平相差1 0 个百分点 究其原因 主要是由于产品附加值低 高能耗的经济产业结构和单位产品 能耗水平较高等能源粗犷式消费模式造成 目前8 个高耗能行业的单位产值能耗平均 相比全球先进水平要高出4 7 而这8 个行业的能源消费量占全国工业产业能源消费 总量的7 3 按此数值计算 相比发达国家水平我国的工业产业每年额外消耗一次能 源约为2 3 亿t c e 约占年能源总消费量的1 5 i6 1 同时我国每吨标准煤的产出效率较 低 只相当于美国的2 8 6 欧盟的1 5 8 日本的1 0 3 每吨水的产出效率 全球 平均为3 7 美元 我国只有2 美元 英国是9 3 美元 日本是5 5 美元 德国是51 美元 改革开放3 0 年以来 我国能源消费强度始终处在高位 节能空间十分巨大 同时 随着经济的进步 技术水平的提高尤其是国民能源认识及利用手段的提升 促使我国 近年来能源消费强度逐步降低 总体能源消费结构与变化趋势朝着好的方向发展 4 工业为能源终端消费的主要部门 2 0 0 5 年我国的终端能源消费结构中 工业占7 0 7 7 交通运输占6 6 4 生活消 费用能占1 0 4 7 农业占2 5 7 建筑 商业和其他行业占6 7 3 5 发电装机容量增长迅速 但消费水平不高 我国电力产业发展较快 尤其是近年来电厂与电网的分离更是极大促进了电力产 业的升级与进步 但是人均用电量依旧较低 仅为全球平均水平的6 8 且电力占我 国终端能源消费结构的比重低 约为1 3 3 8 电力耗煤量占总煤炭消费量比重也很低 太原理1 人学硕十研究生学位论文 能源需求与供给矛盾愈演愈烈 加之近年来全球主流舆论对发展中国家能源利用不合 理所造成环境污染的责难以及来自发达国家利益团体借能源问题给各发展中国家经济 全球化所增设的壁障 这一切都严重抵触了我国经济平稳 快速 可持续的发展诉求 同时能源危机带来的压力更应该是我们每一位地球公民的责任 所以当下以及很长一 段时间内 解决能源危机将是人类文明史上的一次考验同时也必将是人类社会进步 文e 月升级的重要契机 结合我国自身国情 实事求是地看待能源问题 尽可能的提高一次能源的利用率 无疑是最基础 最直接也是能够立竿见影的措施与手段 尤其对于我国主要工业产业 及电力产业一次能源浪费及污染的重灾区 就应当受到全社会尤其是来自学术界更多 的关注 以电力产业为例 2 0 世纪末期的二十年为保障国民经济的快速发展 全国范围内 刮起了普建电厂的风潮 大小发电厂在全国范围内装机入网 在一定程度上保障了改 革开放初期国民经济的快速起步 但随着十几年的发展 在技术水平提高 能源矛盾 日渐突出的环境下 电力产业内部逐渐由效率更高的大功率发电厂并配套规模化电网 的形式进行整合 这是中国电力产业的第一次升级 而后再十年的发展过程中随全国 城镇化步伐加快 中国电力产业面临第二次大规模升级改造 即原有大型发电系统转 变为冷凝抽气式热电联产系统 这使得电力系统在冬季增加供热负荷条件下 热电联 产的综合一次能源利用率首次突破到5 0 以上 但即便如此热电联产的运行流程中仍 然有大量的冷凝余热产生 这部分余热不但温度品味低利用价值极低 重要的是这部 分热量值占一次能源提供热量总值的4 0 以上 将其排放到大气环境中造成大量热能 浪费的同时更会对周围城镇和水系产生了严重的生态破坏 新世纪过去的十年里 发达国家对热泵技术研究的逐渐成熟和进步让我们意识到 依靠热泵技术回收工业余热以提高一次能源利用率的可行性 尤其是吸收式热泵技术 突飞猛进的发展使得在热电厂实现以高温热能为补偿从低温位热源向高温位热水输送 热量变为可能 以此达到余热回收利用 提高一次能源利用率的目的 在吸收式热 泵技术中 溴化锂溶液为工质的单效第一类吸收式热泵能够保证较高的制热效率 提 供高参数的热水和具有较短的投资回收期等优点更坚定了 我们对传统工业余热回收利 用实现节能减排的信心 6 太原理1 大学硕士研究生学位论文 1 3 国内外研究概况 1 3 1 吸收式热泵在国内外研究进展 吸收式热泵 a h p a b s o r p t i o nh e a tp u m p 作为一种以一定量高温热量为补偿 从 低温位热源汲取热量并将之输送给高温位热水的设备 可以达到有效回收利用余热的 目的 因此在其节能方面有广阔的应用前景 常用的吸收式热泵溶液工质有以水为溶 剂的氨水溶液及以水为工质 溴化锂稀溶液为溶剂的溴化锂溶液 由于氨水溶液的发 生作用需要增加一套精馏设备 而溴化锂溶液对金属材料的腐蚀作用已经通过隔绝氧 气和添加缓释剂等多种措施得到有效控制 所以目前主流吸收式热泵机组基本上都是 以溴化锂溶液作为系统循环制热工质l 9 1 热泵技术的诞生最早可追溯到18 2 4 年 卡诺提出 制冷机也可以有效地用于供 热 这一经典的表述似乎就预示了当今热泵技术的飞速发展和全面进步 世界上第一 台热泵机组在2 0 世纪中叶的欧洲诞生 它把莱茵河的河水作为低温热源 机组循环系 统设计为冬季供暖 夏季供冷 其输出的热水温度达到了6 0 c 1 10 1 但是由于当时技术 不成熟及制造成本等原因 热泵技术的发展一直比较缓慢 直到了1 8 5 2 年 由l k e l v i n 提出了基于热泵技术的新型供暖模型 人们才逐渐意识到基于热泵技术的供暖系统与 现有的供暖系统相比其节能效果十分明显 随之人们对热泵技术的研究推向一次高潮 但是由于当时化石燃料供应充足 价格十分低廉 所以热泵技术并没有得到大规模推 广 直到2 0 世纪7 0 年代全球性石油危机爆发 导致原油价格大幅上涨 热泵技术这 才迎来了全球发展的春天 直到今天 全世界有超过1 3 亿台热泵机组在正常运行 总供热量超过了4 7 e 1 0 g j 年 1 美国 日本等发达国家在热泵领域内的研究和发展 处于领先地位 1 2 13 1 除美国和日本以外 其他一些能源紧缺的国家比如 英国 法国 意大利 德国 瑞典等都对热泵技术做了大量的研究工作 14 1 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 热电以及冶金等领域i 1 1 6 国内热泵技术的发展从2 0 世纪6 0 年代开始 但限制于当时粗放经营 计划经济 等社会因素影响 且加上国家对节能技术的相关扶持政策较少 最终导致热泵技术在 国内相当长一段时间内发展十分缓慢l 7 1 直到改革开放以后 国内经济飞速发展 定程度上促使了热泵技术在国内的普及与发展 尤其是近些年来 伴随着全球能源 龟 机的加剧 国家相关节能扶持政策的出台 我国的热泵技术迎来了发展的春天 其中 7 太原理工人学硕十研究生学位论文 中华人民共和国节约能源法 第三十九条指出 将热 电 冷联产技术列为国家鼓 励发展的通用技术 国家经贸委 2 0 0 0 2 0 15 年新能源和可再生能源产业发展规划要 点 指出 积极推广地热采暖和地热发电技术 加快地源热泵技术的引进和开发 加速国产化 现阶段国内有关吸收式热泵技术的研究状况主要集中在以下两点1 1 8 1 1 对新工质的研发 吸收式热泵机组采用何种溶液工质决定了其机组运行的条件 性能以及设备配套 所选用的管件材质和投资规模等 吸收式热泵系统常用的循环工质基本上是n h 一i t 2 0 溶液和l i b r h 2 0 溶液两种 但是n h 3 毒性和l i b r 溶液对金属材料的腐蚀性使这两种 工质的广泛应用受到限制 因此对新型工质的研究始终都在进行 同时还有一些研究 人员致力于传统工质的改进 比如针对l i b r 溶液的通过添加缓蚀剂等方法来减小其腐 蚀性 并且已经有了阶段性成果 如l i b r l i n 0 2 一h 2 0 l i b r z n c l 2 一h 2 0 等工质对的 出现 2 对溶液吸收 发生循环的改进 为了得到更高温升 更高效率的热泵系统 在研究过程中对溴化锂溶液吸收一一 发生 循环的优化进行了许多尝试 如现在的双效 三效吸收循环技术 实现了更高的 机组制热效率 单效式与双效式联合循环运行的形式等 并且在吸收式热泵的驱动能 源选择上也扩展到了利用太阳能 地热等可再生能源1 1 9 1 3 2 吸收式热泵在余热回收方面的应用 在国外 利用吸收式热泵系统回收余热技术的研究已有多年的发展 早在1 9 7 6 年 美国b c l b a t t e l l ec l u m b e rl a b s 就已经提出这一概念并进行市场预测 确信该 项技术有很高的实用价值 并于1 9 8 0 年与a c 公司 a d o l p h c o o cc o m p a n g e 合作 共 同研发出较为完善的吸收式a h t 系统 1 9 8 3 年已能规模化生产 并将它用于回收炼 油厂中汽提塔和蒸馏塔塔顶蒸汽的冷凝余热 以及造纸厂制浆工艺和食品加工过程中 泄漏蒸汽的余热 日本在吸收式热泵的制造和应用方面也较为先进 1 9 8 1 年以来 f 1 本的三洋公司已为日本和全球各地建立了2 0 套大型吸收热泵装置 部分机组已成功运 行十年以上 同时在日本的千叶工厂 已将吸收式热泵装置集成于橡胶装置中的凝聚 釜顼废热的回收系统中 并且取得了良好的效果 据记载其改造投资回收期只有1 5 年 8 太原理上大学硕士研究生学位论文 在溴化锂吸收式制冷技术上我国已经积累了雄厚的技术基础 但在吸收式热泵系 统的应用技术上还比较落后 近几年来 大量的研究工作者对吸收式热泵技术用于回 收利用工业余热方面做了很多工作 1 2 0 0 7 年太原理工大学根据山西某热电厂冷凝抽汽工况条件设计了基于单效 吸收式热泵机组的新型热电联产系统 改造后的热电联产系统统在原有汽轮机抽汽量 不变的条件下回收汽轮机冷凝余热 实现热网供热负荷增大 热电厂一次能源利用率 提高 节能减排的目标 实际运行工况良好 经济效益和社会效益显著 2 辽河油田进行了吸收式热泵用于稠油污水余热回收的仿真和优化 利用单效 第一类吸收式热泵回收稠油污水的余热并为石油长输管线拌热 用户供暖及锅炉自来 水加热等提供热源 运行工况良好 获得较大的经济效益和社会效益 3 大庆石油学院结合油田的实际情况 通过对油田污水热源和油田用热要求的 分析 探讨了采用单效第一类吸收式热泵为油田的生产过程供热的可行性 节能和经 济效益1 2 0 4 清华大学2 0 0 8 年提出了基于