基于吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析

毕业设计（论文）题目名称基于吸收式热泵的集中供热系统运行参数优化分析院系名称能源与环境学院班级热能091班学号20901243学生姓名王春增指导教师于海龙2013年05月论文编号20901243基于吸收式热泵的集中供热系统运行参数优化分析BASEDONABSORPTIONHEATPUMOPERATINGPARMETRSOPTIMZATIONOFTHECNTRALHEATINGSYTEM院系名称能源与环境学院班级热能091学号20901243姓名王春增指导老师于海龙2013年5月摘要I摘要对国内外集中供热系统发展概况及现状进行了介绍，并分析现阶段我国集中供热系统存在的一些问题。吸收式热泵是集中供热系统中余热利用的有效手段,可以对提高供热系统或过程的节能率发挥至关重要的作用。着重介绍溴化锂吸收式热泵的工作原理及其在城市集中供热系统中的应用。分析了两类热泵的流程特点,并概述了该技术在热力学研究、新工质开发、循环的改进等方面的国内外进展,最后提出了该技术在民用和工业领域发展应用的前景及展望。我国面临严峻的能源问题，吸收式热泵的发展对未来城市集中供热节约能源提供了有效的措施。本课题对于已有的供热系统的运行参数分类进行详细分析计算，以选取最优的供热蒸汽参数（蒸汽温度、流量）,使供热系统经济性得到提高。关键词集中供热系统，城市供热现状，溴化锂吸收式热泵，热力计算，运行参数ABSTRACTIABSTRACTFIRST,INTRODUCEDTHECURRENTSITUATIONOFCENTRALIZEDHEATINGSYTEMDEVELOPMENTATHOMEANDABROAD,ANDTHENANALYSESOMEPROBLEMSOFTHECURRENTCENTRALHEATINGSYTEMINAWORDITISTHEABSORPTIONHEATPUMPTHATISTHEEFCTIVEMEASUREINRECUPERATIONANDPLAYSANIMPORTANTROLEINIMPROVINGTHEENERGYSAVINGEFICENCYOFSYTEMORPROCESANDTHENINTRODUCEDWORKINGPRINCIPLEOFLITHIUMBROMIDEABSORPTIONHEATPUMPANDITSAPPLICATIONINHEATINGSYTEMSTRESDINCITESAFTERTHATINTRODUCEDTHEFLOWCHARACTERISTICSOFTWOTYPESOFHEATPUMPTHEINLANDANDOUTLANDTECHNOLOGYRESARCHPROGRESSINTHERMODYNAMICSRESARCH,NEWORKQUALITYDEVELOPMENTANDCIRULATIONIMPROVEMENTARESUMMARIZED,THEAPPLICATIONSOFTHEHEATPUMPINCOLDTHERMOELECTRICTYINTEGRATIONSUPPLYANDTECHNOLOGICALPROCESAREALSOINTRODUCEDATLAST,THETECHNOLOGYDEVELOPMENTANDAPPLICATIONPROSPECTUSEDINCIVILIANANDINDUSTRYFIELDSISPROPOSEDCHINAFACEDTHESEVERENERGYPROBLEMSHOWEVERTHEDEVELOPMENTOFABSORPTIONHEATPUMPFORTHEFUTURECITYCENTRALHEATINGPROVIDESEFCTIVEMEASURESTOSAVEENERGYTHEISUEFORTHEOPERATIONPARAMETRSOFTHEATINGSYTEMOFTHEEXISTINGCLASIFCATIONOFDETAILEDANALYSIANDCALULATION,INORDERTOSELCTTHEBESTHEATINGSTEAMPARAMETRSVAPORTEMPERATUREORFLUX,TOIMPROVETHEECONOMICSOFHEATINGSYTEMKEYWORDSCENTRALHEATINGSYTEMSTAUSOFTHECITYHEATINGLITHIUMBROMIDEABSORPTIONHEATPUMPHEATINGCALULATIONOPERATIONALPARAMETR主要符号表I主要符号表主要符号表主要符号表主要符号表T温度（）H流体焓值（KGKJ/）H进出口焓差（KGKJ/）MQ体积流量（3/MS）沿程阻力系数局部阻力系数COP热泵性能系数Q热量（KGKJ/）/热负荷（MW）T管网效率A循环倍率放气范围P压力P阻力损失目录目录摘要I主要符号表I1绪论11课题研究背景与研究意义111研究背景112研究意义112热泵技术的发展概况213国内集中供热方式的发展现状及前景314国外集中供热方式的发展现状及前景415我国城市集中供热存在的问题及原因分析5151主要问题6152原因分析6153结论72溴化锂吸收式热泵921第一类吸收式热泵1021工作原理10212热泵各部件的作用1213应用实例122第二类吸收式热泵1221工作原理1222工艺流程1323基于吸收式热泵的集中供热系统14231吸收式热泵供热系统方案设计16232与传统热电厂供热的比较分析163吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析2231研究工程概况232供热系统运行参数优化的原则及分析233参数变化对吸收式热泵性能的影响2331泵循环的性能指标2332参数变化对热泵性能的影响分析2634供热系统中运行参数的优化分析3341研究供热机组概况3342换热站热力计算35343运行参数的优化414总论42参考文献45致谢46附图471绪论11绪论1课题研究背景与研究意义111研究背景随着环境、气候的逐渐恶化，发展低碳经济、促进可持续发展成为人类社会未来发展的必然选择。我国已成为世界上最大的温室气体排放国之一，“节能、减排、降耗”是“十一五”计划期间我国社会经济发展的一个重要核心。2009年9月联合国气候变化峰会和12月的哥本哈根气候变化谈判会议上，我国政府明确量化碳减排目标（2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40至45），展示了中国在应对气候变化、履行大国责任方面的积极姿态。这充分表明我国不再单纯追求经济的增长速度，而是更加强调资源的有效利用，关注可持续增长。节能、减排、降耗已被摆在前所未有的战略高度，而提高能源利用率、加强余热回收利用是节约能源、降低碳排放、保护环境的根本措施。目前，我国正处在城市化的进程中，建筑面积的不断增长还会持续相当长的一段时间，建筑能耗增长的趋势也会日益明显，节能、环保、低碳，发展循环经济是我国今后的城市建设的重要方针策略。有效实现能量的梯级利用，现有建筑面积不断扩大、不增加能耗的前提下，满足各用户的耗能需求，最大限度地提高能源利用率，减少能耗浪费等成为未来我国能源发展的趋势。热电联产集中供热方式具有很高的经济性和环保性,是目前我国城市集中供热的主要形式。随着国内城市发展进程加快和居民生活水平的提高，城市居民冬季供暖能源需求将持续增加，目前我国北方城市有26亿2M的建筑面积，并将到2020年扩展到50亿2M，因此不断扩大的供热面积与有限的供热能力、城市热网有限的输送能力之间的矛盾日益突出。因此，如何在保证现有供热热源不变的情况下,进一步改善运行参数提高热源供热能力和热网输送能力是广大工程技术人员需要思考的一个重要课题。而吸收式热泵的出现和应用为城市集中供热系统现有问题的解决和未来的发展提供了研究方向。112研究意义能源与环境问题已成为中国乃至世界经济可持续发展的瓶颈,节能减排已成为人类生存与可持续发展的首要命题,成为各国政府、企业、人民共同的责任与使命。在城市的建设中，不断扩大的需求供热规模与现有热源有限的供热能力、城市热网有限的输送能力之间的矛盾日益突出。在电力、冶金、化工、纺织、采油、制药等1绪论2行业的工艺生产过程中，往往会产生大量的废热（废蒸汽、废热水等），若不加以利用，不仅造成能源浪费，而且还污染环境。在我国，建筑能耗超过全球总能耗的25，这部分能耗还将随着人类生活水平的日益提高而快速增长。面对国内能源紧张的现状、能源耗量大、利用率低等问题，提高我国城市集中供热能力，提高能源利用率成为我们噬待解决的问题。溴化锂吸收式热泵余热回收技术以其高效节能和具有显著经济效益的特点，在城市集中供热系统中得到广泛的应用。溴化锂吸收式热泵以溴化锂溶液作为工质，对环境没有污染，不破坏大气臭氧层，而且具有高效节能的特点。吸收式热泵的性能结构优化以及供热系统中运行参数的优化对提高热网的供热和输运能力有着显著的影响，本课题研究的基于吸收式热泵运行参数的优化分析有着重要的作用，不仅能够有效的解决城市发展带来的供热规模的扩大与有限供热能力之间的矛盾，提高供热效率，同时也能够有效的缓解我国能源紧张的局势因此，本课题的研究我国社会的可持续发展有着重要的作用和意义。12热泵技术的发展概况热泵是以消耗一部分低品位能源为补偿，使热能从低温热源向高温热源传递的装置。由于热泵能将低温热能转变为高温热能，提高了能源的有效利用率，因此它是回收低温余热、利用环境介质（地下水，土壤等）中储存的能量的重要途径。随着工业革命的发展，19世纪初，人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问题产生了浓厚的兴趣。英国物理学家JPJOULE提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的原理。1854年，WTHOMSON教授发表论文，提出了热量倍增器HEATMULTIPLIER的概念，首次描述了热泵的设想。20世纪30年代，随着氟利昂制冷机的发展，热泵也有了较快的发展。特别是二战以后，工业经济的长足发展带来的对供热的大量需求及相对能源短缺，促进了大型供热及工业用热泵的发展。1973年的全球性能源危机，进一步促进了热泵在全世界范围内的发展。但热泵在世界范围内的大规模商业应用是最近20年的事，如美国，截至1985年全国共有14000台地源热泵，而1997年就安装了45000台，到目前为止已安装了550000台，而且每年以10的速度稳步增长。在国际上，由奥地利、荷兰、加拿大、挪威、法国、西班牙、德国、瑞典、意大利、瑞士、日本、墨西哥、英国、美国等国发起成立的国际能源组织IEA下设的热泵中心HPC专门推广热泵技术的转化利用，提高能源利用率。近几年来，我国热泵发展很快，这得益于国家和个人对能源、环境、安全、舒适等方面认识的不断提1绪论3高。我国的热泵事业近十几年已开始起步，而且发展势头良好。节约不可再生的燃料是国家的一项重要任务。世界上很多国家从经济上、政策上鼓励对热泵的研究和应用，对保护生态环境，节约能源起到了显著的效果。我国有发展热泵的许多有利条件，水力、风力和太阳能资源十分丰富，黄河、长江流域夏季长、冬季一般在0以上，没有严寒。我国南方没有冬季，最适合发展热泵；我国北方冬季又是城市大规模集中供热的时间，对能源的消耗量极大，热泵技术的发展可以有效的缓解能源浪费和紧张带来的问题。此外，工业上100以下的低温热源也很丰富，仅上海市每年随废水、热气、热风放掉的热能就相当于浪费掉十万吨原煤，热泵与废水废热处理相结合是很有发展前途的，实践证明，一般可节约燃料30一80。一台500O0KW的小型发电机，其循环冷却水就可提供33810KCAL/H的热量,由此可以解决26M1074住宅和建筑物的冬季取暖和热水供应,同时节约燃料约32。13国内集中供热方式的发展现状及前景2006年，建设部组织对我国北方城市集中供热管网进行调查，并在此基础上分析存在问题，作为供热管网改造规划的基础资料。改革开放以来，城市集中供热发展迅速。1981年，全国集中供热面积仅有24M10167，蒸汽管道长度为79KM，热水管道长度为280KM，蒸汽供热能力为528MW，热水供热能力为440MW。到2005年，全国集中供热面积达到28M102125，蒸汽管道长度为KM104814，热水管道长度为KM101374蒸汽供热能力为747GW，热水供热能力为198GW。1981年2005年全国集中供热面积、管道长度统计见表1。下表1我国城市集中供热所需能源主要包括煤炭、石油、天然气、电能、核能、太阳能、地热能等，但是集中供热所用能源主要以煤炭为主，北京、上海和其他有资源条件的城市开始使用天然气、轻油或电。目前，我国的供热方式多种多样，主要包括热电联产、区域锅炉、分散锅炉、电热地膜、热泵技术等，已经逐步形成了以热电联产为主、集中锅炉房为辅、其他先进高效方式为补充的供热局面。据不完全统计，我国供热产业热源总热量中，热电联产占629、区域锅炉房占3575、其它占135。随着经济的迅速发展，作为城市基础设施的热力网输送热能系统发展很快，全国设有集中供热设施的城市已占到428，尤其是“三北”地区13个省、市、自治区的城市全部都有供热设施，形成了较大规模，并正在向大型化发展。全国城市集中供热面积中，民用住宅建筑面积占5976、公共建筑面积占3312、其他占711。目前，我国城市供热绝大多数以保证城市冬季采暖为主，用于生活热水供应仅是很少一部分，用于夏季供冷就更少了。城市供热已从“三北”（东北、华北、西北）1绪论4向山东、河南及长江中下游的江苏、浙江、安徽等省市发展。各地区都努力从现有条件出发，积极调整能源结构，研究多元化的供热方式，实现供热事业的可持续发展。表1全国集中供热面积、管道长度统年份集中供热面积/蒸汽管道长度/KM热水管道长度/KM1981年167104792801983年184104675861985年2742104769541987年1531081631576198年1941084012678191年27108653952193年42108532516195年64108908456197年801087054254019年968108733050201年146310891834390203年1890108190580205年251081480713014国外集中供热方式的发展现状及前景供热系统的供热方式的选择以及发展与一个国家所处的地理位置、能源资源、经济环境、能源技术水平等情况的差异而存在不同。城市集中供热开始于前苏联。俄罗斯也是世界上集中供热比较发达的国家之一，自1924年开始集中供热至今已有80多年的历史。无论是从热负荷的数量、热网的长度、热电厂的规模，还是从供热综合技术各方面来衡量，俄罗斯在国际上都占有极其重要的地位和作用。其中，莫斯科有世界上最大的热网、最大直径的供热管道、最大功率的热电厂。目前，俄罗斯城市集中供热占总热量需求的86，其中热电厂供热占36，大型及超大型锅炉房占46。美国是世界上第一个热电冷联供系统建成并投入运行的国家。丹麦几十年来一直不遗余力地发展热电联产，每座大城市都建有热电厂和垃圾焚烧炉用于集中供热。热电联产、天然气和再生能源满足丹麦全1绪论5国3/4的热负荷需求。自1970年以来，丹麦经济增长了70，但能源消耗总量却仍保持在上世纪70年代的水平，这要归功于能源利用的高效率和建筑保温技术的改善。近年来，日本集中供热（冷）系统发展速度也较快，特别是以东京为中心的关东地区尤为明显，已占日本全国的60，集中供热（冷）系统比较注重节能和环保，如采用热电供给系统、蓄热槽及利用城市废热作为能源等，以提高能源的利用效率。德国集中供热总热量为1961万GJ，也是集中供热发展较好的国家。韩国集中供热的历史与中国相当，基本上都是始于上世纪70年代，上世纪80年代中期进入快速发展阶段。经过十几年的发展，韩国供热发展速度之快、规模之大以及技术之先进均使人刮目相看。韩国集中供热的规划、设计、施工、监理，全面引进芬兰的供热先进技术和经验，扬长避短，达到了技术先进、投资效率高、施工运行管理方便、安全的目的。世界各国几十年的供热发展证明，热电联产是最有效的生活用能供应方式。国外集中供热技术、管理水平己经非常成熟。主要表现在1计算机管理水平普遍较高，软件功能齐全，具有热用户及热源厂结算的计量管理、故障分析与报警、热网的控制与调度、热力站的无人值守、热源的控制与调度等功能，热网管理人员少，像丹麦的VEKS这样的大热力公司，管理、运行人员仅有44人。2计算机控制系统广泛采用集散式控制系统，主要特点是分散控制为主，集中控制为辅，在灵活性、可靠性、可扩展性上有很强的优势。3供热系统大都采用新技术、新设备和新材料，硬件质量好，基本上不存在漏水现象，计量设备准确，执行机构动作可靠，为计算机管理和调节提供可靠的信息来源，普遍采用自力式流量控制器等来解决水力失调问题，效果很好。4用户的暖气设备进出口都安装温控阀，用户可以自行调节，基本上可以做到按需供热。除集中供热外，国外还有与其优势能源相对应的供热方式。日本、冰岛、法国、美国、新西兰等都大量利用地热采暖。冰岛地处北极圈边缘，气候寒冷，一年中有300340天需要取暖。但该国缺煤少油，常规能源极其贫乏，他们依靠得天独厚的地下热水，全国有85的房屋用地热供热。地热采暖是发达国家最大的地热直接利用项目，占地热资源总利用量的33。15我国城市集中供热存在的问题及原因分析对我国城市集中供热情况而言，有着具体的国情和发展历史，随着国民经济的发展我们已经取得了较大进步和良好的效果。但由于我们特殊的历史环境和有限的条件也使我国供热技术的发展遇到许多问题，譬如先进的技术和设备等。因此，未1绪论6来我国城市集中供热还有很大的发展前景，增强技术创新和先进设备的制造发明，保护环境、降低能耗，更好的提高我国城市供热能力和供热效率。目前各个城市大都采用的方法是把之前分散的采暖系统用一些方式直接或者间接地连系到一起，变成一个比较大的集中供热系统。这个系统还在不断的扩大，把同区域的一些新建筑的供热系统和原有建筑的供热系统逐渐的连系起来。用这样的方式，改善原有供热存在的一些问题，把我国集中供热事业快速地扩建起来，同时也充分地利用了原有的供热系统，在投资上节约很多。虽然我国城市集中供热发展已经取得了良好的成效，但同时也存在着不同的问题151主要问题（1）管道管道老化、材质低劣、施工技术落后是造成管道事故的主要原因。由于部分城市供热企业长期亏损，缺乏更新改造资金，一些供热管网已出现老化。东北一些集中供热发展较早的老工业区，如齐齐哈尔、长春、沈阳、哈尔滨等城市的老工业区，部分管网已运行了30年以上，问题尤为突出。早期敷设的供热管道由于技术和工艺的限制，大部分采用管沟和架空敷设，管材保温质量差，加上供热运行温度较高，工作环境恶劣，年久失修，管道腐蚀严重，保温层脱落和管沟进水情况普遍，常常发生泄漏和堵塞事故，管道热损失也造成了能源的大量浪费；（2）非正常的工况变化某些供热系统由于补水量较大，超出了设计补水能力。为降低补水成本，直接采用了自来水、江河水、地下水，导致水质不达标，造成管道结垢、氧化腐蚀等问题；（3）运行管理用户发展无序、规划设计和运行管理不当，造成部分管网超负荷运行，不能满足用户需求。目前，由于管理不够完善，普遍存在热用户私自放管网热水的现象，导致热网严重丢水，不但影响了管网的水力情况，流失了热量，同时给补水的除氧和水处理带来很大问题；（4）缺乏调节装置及手段10年前建设的大部分热力站、热网没有安装调节阀和水力平衡调节装置，造成水力工况失调，冷热不均，热损失较大。大部分系统由于调节不善，采取大流量小温差的运行方式，导致耗电量居高不下；（5）未安装热量计量装置大部分热力站和二级管网用户热力入口没有安装热量计量装置，不能达到供热体制改革中要求的按用热量收费的目标。152原因分析（1）产权责任不清，缺乏专业化管理城市供热的发展经历了社会单位集资发展建设的过程。二级管网以及社会供暖设施大部分由用热单位集资联建，并委托某一参建单位负责管理。随着时间推移及单位的变迁，特别是房屋产权的变化，使供1绪论7热管网设施的产权关系变得十分复杂，影响到供热管网的维修、管理。目前，全国供热行业的社会化、企业化程度比较低。大量的供热系统是由单位后勤部门负责，这部分供热管理粗放，设施维护管理不到位，设备设施老化严重。特别是一些联片供热和联建供热企业，供热管网设施长期处于无人管理的境况。（2）资金不足由于供热体制改革尚在推进中，许多历史问题尚未解决。一是供热收费率不高，历史欠热费数量大。据不完全统计，供热企业平均收费率不到80，有的只有5060，收费困难，直接影响了供热企业的正常运行。北方地区81座城市供热企业历史陈欠热费已高达81077114元，这些历史陈欠，约有70无法收回，使供热企业背上沉重的历史包袱。二是老旧管网设施更新改造量大，缺乏改造资金。据调查，北方地区81座城市更新改造资金缺口达810275元，直接影响供热质量，企业无能为力。再加上热价尚未完全理顺、政策性亏损等原因，导致部分供热企业只能维持简单再生产，供热管网设施更新改造投入不够，如不及时更新改造，严重影响着供热安全和节能。（3）设施老化，技术落后约有25的供热管网是2O世纪90年代以前修建的，其敷设方式大部分为半通行或不通行管沟敷设，砖混结构，防水性差，沟内常年积水难于治理。加之管理水平较低，不能及时抽水，沟内积水严重，长年浸泡供热管道，导致供热管道保温层破损脱落，管道外部腐蚀严重，热损失大。一些供热管网年久失修，设备老化，渗漏严重，造成事故频发，不能保证供热质量。在以前供热管网的建设过程中，受资金和认识限制，对供热调节不是很重视，一般都不安装流量调节装置、热量计量装置、管道检漏仪器，使得供热管网的自动化水平很低，无法实现手动或自动调节。运行时大多采用大流量、小温差的不经济运行方式，管网的热损失较大，水力失调现象十分严重，造成了热能、电能、水资源的极大浪费。（4）建设管理缺陷某些供热管网在施工过程中，为降低造价，在选用管材、补偿器、阀门等时，常常选择价格便宜、质量差的材料，没有按设计要求和规范标准施工，施工质量差，导致供热管网在使用不久就出现问题。（5）设计方案不合理近年来，集中供热市场发展很快，有的供热项目没有经过严格、科学的建设程序就仓促上马，一些非专业的设计单位也参加到供热设计中，造成供热系统设计不合理，建设资金浪费，运行成本高，管网可靠性差。153结论从以上的分析可知，我国城市集中供热以其特有的优势和对我国国情的适应性，在改革开放30年以来呈现快速发展势头，特别是近十几年来集中供热发展迅速，对城市的发展、居民生活质量的改进、环境质量的提高起到了重要作用。但由于起点1绪论8较低、技术和资金的匮乏，供热管网存在的诸多问题，具体供热情况较为复杂。随着供热体制改革的推进和节能减排政策的实施，城市集中供热系统将迎来大规模的改造和升级，也面临更好的发展机遇。因此，深入分析现有供热管网系统的情况，抓住问题实质，在实施改造升级的过程中根据具体情况制定改造方案，对提高管网改造的技术层次和经济性，改善供热运行，提高整体供热能力，保护环境，加快供热行业科学发展具有重要而积极的意义。2溴化锂吸收式热泵92溴化锂吸收式热泵溴化锂吸收式热泵溴化锂吸收式热泵溴化锂吸收式热泵热泵是从低温热源吸热，有效地利用高温侧排放热，并把以吸收式冷冻机为基体的设备，称为吸收式热泵。吸收式热泵是一种利用溶液的热力性能和工作循环，实现把低温热源能量向高温物体转移成为可以利用的有用热能的装置。它突出的优点在于可直接利用各种热源来驱动，而不是消耗电能、机械能或其它能源。吸收式热泵需要依靠工质来实现循环，但这种工质不是单一的或混合的物质，而是一种二元溶液。这两种溶液的沸点截然不同，但是可以互相溶解。其中沸点较低受热后容易蒸发的物质叫溶质或叫工质，沸点较高的物质叫溶剂吸收剂。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。是回收利用低温位热能的有效装置，具有节约能源、保护环境的双重作用。吸收式热泵，按其循环，大致分为第一类吸收式热泵（AHP）和第二类吸收式热泵（AHT），两类吸收式热泵流程简图如下图21两类吸收式热泵流程简图第一类吸收式热泵，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。第一类吸收式热泵的性能系数大于1，一般为1525。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。第二类吸收式热泵性能系数总是小于1，一般为0405。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。目前，吸收式热泵使用的工质为LIBRH2O或NH32O，其输出的最高温度不超2溴化锂吸收式热泵10过150。升温能力T一般为3050，制冷性能系数为0816，增热性能系数为1225，升温性能系数为0405。21第一类吸收式热泵211工作原理第一类溴化锂吸收式热泵机组是一种以高温热源（蒸汽、高温热水、燃油、燃气）为驱动热源，溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，回收利用低温热源（如废热水）的热能，制取所需要的工艺或采暖用高温热媒（热水），实现从低温向高温输送热能的设备。其原理如图22所示（单效）（双效）图2第一类吸收式热泵系统原理图从吸收器出来的溴化锂稀溶液通过溶液泵升压流经换热器时被发生器出来的高温溴化锂浓溶液加热，然后进入发生器，在发生器中被驱动蒸汽加热至沸腾，其中的水分逐渐蒸发，溴化锂稀溶液浓度不断提高变成浓溶液，冷剂蒸汽被送往冷凝器。发生器出来的制冷剂蒸汽经挡液板将夹杂的液滴分离后进入冷凝器，在冷凝器中与供热供水换热，冷剂蒸汽凝结成冷剂水。积聚在冷凝器下部的冷剂水经U形液封喷人蒸发器内，U形液封可防止冷凝器中的蒸汽直接进入蒸发器。冷剂水进人蒸发器后，由于压力降低首先闪蒸出部分低压冷剂蒸汽。由于蒸发器采用喷淋式换热器，喷淋量要比蒸发量大许多倍，因此大部分冷剂水聚集在蒸发器的水盘内，然后由冷剂水泵升压后送人蒸发器的喷淋管中，经喷嘴喷淋到管簇外表面上。在吸取了流过管簇内的低温热源进水的热量后，蒸发成低压冷剂蒸汽。低压冷剂蒸汽经挡液板将夹杂的液滴分离后进入吸收器，被均匀喷淋在吸收器管簇外表的溴化锂浓溶液吸收，形成溴化锂稀溶液，稀溶液聚集在吸收器底部，再由溶液2溴化锂吸收式热泵1泵送到发生器，如此循环。流程图如图23图23第一类吸收式热泵流程示意图212热泵各部件的作用热泵由蒸发器、吸收器、再生器、冷凝器和热交换器等主要部件及抽气装置，屏蔽泵（溶液泵和冷剂泵）等辅助部分组成。抽气装置抽除了热泵内的不凝性气体，并保持热泵内一直处于高真空状态。为了提高系统循环效率，一般设置溶液热交换器。各部件分别介绍如下（1）蒸发器（从热源水回收热）蒸发器中，利用散布在管外表面的制冷剂的蒸发潜热，从在管内流动热源水等低温热源吸取热量。（2）吸收器（温水加热）经再生器浓缩的溴化锂的浓溶液散布在吸收器管的外面。溴化锂的浓溶液，吸收从蒸发器来的制冷剂蒸汽，将该吸收热用于温水加热，溴化锂则变成稀溶掖。（3）再生器（溶液再生）用吸收器吸收制冷剂的蒸汽，用溶液泵把降低了吸收能力的溴化锂溶液泵送至再生器。在再生器中，通过在管内流动的驱动热源加热浓缩溴化锂的稀溶液，而排出制冷剂蒸汽，变成恢复了吸收能力的浓溶液，再送回到吸收器内。（4）冷凝器（通过制冷剂再生加热热水）在再生器发生的制冷剂蒸汽,送到冷凝器冷凝,加热冷凝器管内流动的热水,成为制冷剂液,返回蒸发器。2溴化锂吸收式热泵12（5）溶液热交换器（通过回收溶液热提高效率在再生器中，使从吸收器来的溴化锂稀溶液上升到饱和温度，使之产生制冷剂蒸汽，从而进入再生器的稀溶液，温度上升得越高在再生器内的必要加热量（即驱动热源量）越少循环效率也就能提高。为此目的，一般需要设置从吸收器来的溴化锂稀溶液与再生器来的浓溶液进行热交换的溶液热交换器，以提高进入再生器的溴化锂稀溶液的温度。也就是说，第一种吸收式热泵，是用吸收器和冷凝器两个设备使热水升温，达到高温，而用于各种用途的。213应用实例（1）大楼空调在有大型计算机房的大楼、冬季制冷负荷大的超高层大樱、百货公司等，在冬季对计算机的制冷和周边与内部制冷进行热回收并用作吸收式热泵的低温热源，可有效地同时利用冷水及热水进行大楼的空调。另外在能够使用井水的场合，把井水用作冬季吸收式热泵的低温热源，可取出采暖用热水，约能减少40采暖用热源。（2）加热锅炉给水该应用例是把冷却塔排掉的冷却水排热作为低温热源用，运转单效吸收式热泵，加热锅炉给水，力求减少锅炉蒸汽汽消耗量，以提高电厂的效率。（3）工厂工序加热在各种工厂的排热中,如把过去认为热回收困难的温度比较低的排热作为低温热源，运转吸收式热泵就能节能。另外，在工厂的生产工序中同时需要10C0左右冷却，50C0左右加热的场合，如有作为驱动加热源的排热，就可大幅度地提高节能效果。（4）井水的利用把井水作低温热源水，应用吸收式热泵，与以往的锅护加热相比，可大幅度地节约能源。该方法用于园艺设施、养鱼场的升温、干燥仓库等。2第二类吸收式热泵221工作原理第二类溴化锂吸收式热泵机组也是回收利用低温热源（如废热水）的热能，制取所需要的工艺或采暖用高温热媒（热水），实现从低温向高温输送热能的设备。它以低温热源（废热水）为驱动热源，在采用低温冷却水的条件下，制取比低温热源温度高的热媒（热水）。它与第一类溴化锂吸收式热泵机组的区别在于，它不需要更2溴化锂吸收式热泵13高温度的热源来驱动，但需要较低温度的冷却水。原理如图24所示图24第二类吸收式热泵系统原理图222工艺流程第二类吸收式热泵的主要组成部分包括蒸发器、冷凝器、再生器、溶液热交换器和吸收器，基本循环流程如图25所示。蒸发器中的冷媒吸收外界大量中间温度废热Q3蒸发成冷媒蒸汽，进入吸收器，被来自溶液热交换器的吸收剂浓溶液吸收，在吸收器中进行传热传质，对外放出热量Q4并形成稀溶液，吸收剂稀溶液进入溶液热交换器进行热交换后进入发生器，发生器吸收外来的热量Q1，放出冷媒蒸汽形成浓溶液，浓溶液进入溶液热交换器最后进入吸收器，完成浓溶液的循环。放出的冷媒蒸汽进入冷凝器冷凝放出热量Q2，形成液态冷媒，进入蒸发器进行下一次循环。系统循环主要包括123的冷媒循环以及45的稀溶液循环和67的浓溶液循环。图25第二类吸收式热泵工艺流程23基于吸收式热泵的集中供热系统在我国面临严重地能源短缺、能源利用效率低下、环境污染严重地情况下，而又在国家大力倡导节约能源、保护环境的大背景下，热泵作为一种高效、环保的供2溴化锂吸收式热泵14热手段近年来在全国获得了大范围的推广和应用，并取得较好的节能、减排效果。目前热泵主要包括空气源热泵、污水源热泵、地源热泵、海水源热泵及溴化锂吸收式热泵。而不同热泵适用的条件不同，其性能也不同，其中溴化锂吸收式热泵具有制热温度高、能效比高、单机制热量大、可靠性高、环保性好等特点，成为近几年学术界研究的热点和余热回收领域推广的重点。基于溴化锂吸收式热泵的良好效果和发展前景，本节着重介绍其与传统城市集中供热系统中的优势及其在供热系统中的一些应用等。以下示例来说明吸收式热泵在集中供热系统中的应用热电联产利用发电后工作介质的热能，以蒸汽或热水形式向用户供热，热电联产是节约能源、保护环境的有效措施。传统的热电联产集中供热系统，主要采用图26所示的大型热电联产方式。但随着我国城市建设不断增速，热电厂的供热能力扩容速度逐渐与城市建设脱节。图26传统热电联产集中供热系统231吸收式热泵供热系统方案设计来自凝汽器30循环冷却水通过上塔前的支管送至吸收式热泵的取热端，热泵吸收余热后，循环水温度降至20送至冷却水池；同时在热泵的加热端，来自采暖用户二次热网50的供热回水进入热泵，经过热泵加热的热水温度升至70后送至换热站，在换热站内通过二次泵加压送至采暖用户。在冬天寒冷期，热水温度需要进一步升高时，利用原换热站的热网加热器作为尖峰加热，热水温度达到要求后再送至采暖用户；从汽轮机分汽缸，引出一路04MPA，250蒸汽送至热泵作为驱动热源，蒸汽放热后变成凝水，送至凝结水回收装置后回到锅炉。基于吸热式热泵供热工艺流程如图27所示。232与传统热电厂供热的比较分析传统热电厂集中供热系统中，采用背压机组或抽凝机组抽汽供热，用户得到的热量为THHMQ101H（21）式（21）中，HQ为用户得到的热量，单位KWM为抽汽流量,单位KG/S；H1为抽2溴化锂吸收式热泵15汽焓，单位KJ/KG；H10为凝水焓，单位KJ/KG；T为管网输送效率。图27基于吸收式热泵集中供热工艺流程图若采用循环水热泵系统对外供热，则上述抽汽可继续在汽轮机中膨胀做功，可多产生电能ELHHMP21A（22）式（22）中，H2为凝汽器压力下的焓值，单位KJ/KG；EL为汽轮发电机组相对电效率。若用以上多发的电能为动力驱动压缩式热泵，以循环水为热源，能够向外供应的热量为忽略散热损失COPPQEAP（23）式（23）中，E为电网输配效率；COP为热泵性能系数。定义式（24）中，表示在相同的抽汽量和抽汽参数下，通过循环水热泵系统的对外供热量与热电厂抽汽供热向用户提供的热量之比。如果1，则表示采用循环水热泵系统更节能。而传统的集中供热系统，直接以汽轮机04MPA，250抽汽作为热源向城市热网供热。其工艺流程如图28所示。TEELHHHCOPHHQ2121P2溴化锂吸收式热泵16图28传统集中供热系统供热流程图一次网热水依次通过回收电厂汽轮机排气热量，温度由20升到32；通过蒸汽双效溴化锂吸收式热泵，由0294MPA汽轮机抽汽驱动，吸收占总吸热量55的低温循环水热量，温度提升到50；通过蒸汽单效溴化锂吸收式热泵，由0294MPA汽轮机抽汽驱动，吸收占总吸热量40的低温循环水热量，温度提升到73；通过蒸汽双效吸收式热泵，由0294MPA汽轮机抽汽驱动，吸收占总吸热量25的低温循环水热量，温度提升到85；通过汽水换热器，由0294MPA汽轮机抽汽加热，温度提升到130。整个系统温升如图29所示吸收式热泵鉴于以下特点（1）具有显著的节能性制取相同热量和温度的热水，其消耗的燃料约为热水锅炉的50左右，见表1。表21吸收式热泵与燃气锅炉性能对比项目制热量/KWCOP燃料耗量/（NM3/H）溴化锂吸收式热泵燃气锅炉10101618080956312126/117825456（2）可实现热源水、热水大温差设计对于第一类溴化锂吸收式热泵，由于工质的性质不同于蒸汽压缩式热泵，其低温热源侧可实现20左右的温差设计，热水侧可实现高达55的温差设计。而蒸汽压缩式水源热泵的同侧水源温差一般不超过10。（3）具有较大的装机容量蒸汽压缩式水源热泵主要产品的螺杆式热泵机组，其双机头的装机容量一般不超过2MW，而目前溴化锂吸收式热泵的最大单机装机容量约为50MW，特别符合目前中2溴化锂吸收式热泵17国市场对大容量热泵机组的需求。图29热电联产集中供热温升图（4）具有超强的环保性溴化锂吸收式热泵采用“溴化锂水”为工质对，对臭氧层无破坏，意外泄漏不会造成环境污染。由以上分析综述得出以下结论（1）与传统热电联产供热方式相比，在热电厂内使用吸收式热泵回收热电厂凝汽器余热，所回收的余热可提高电厂总供热量的3050左右，具有极高的节能性。（2）在城市供热管网末端利用溴化锂吸收式热泵提取城市管网回水余热，可起到扩充城市管网容量功能，解决远离供热中心的新建小区供热困难问题。并且，由于使城市供热回水温度降低，结合（1）的应用方式，可以更有效地提高热电厂的综合能源效率，降低电厂节能减排压力。（3）在有地热资源或城市污水资源的地区，利用溴化锂吸收式热泵回收上述资2溴化锂吸收式热泵18源余、废热，可制取温度相对较高的大量热水，用以替代燃料锅炉对居民小区、厂区及办公场所供暖。与锅炉相比，节能4050。（4）在其他领域，如化工厂、油田、大型工矿企业，均可利用溴化锂吸收式热泵回收低品位余、废热，制取大量高温热水用以集中供热、工艺加热等。综上，在集中供热行业大力发展溴化锂吸收式热泵具有广阔的前景和深远的意义。3吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析193吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析集中供热既能有效提高能源的综合利用率，又能降低污染物排放，因此，近几年在中国，特别是三北地区发展迅速。中国城市正在不断地发展和扩大，集中供热系统的规模越来越大，形式也越来越复杂，同时，国家对分户热计量技术的大力推广，要求集中供热系统适应用户的短期热负荷变化，这些都对集中供热系统的运行管理提出了更高的要求。国外，特别是丹麦、瑞典、德国等，对集中供热系统的规划及运行优化做了大量工作。目前，国内城市供热系统运行调节主要采取一次网质量并调，二次网质调节的方式。但一次网质量调节并不是真正意义上的最优调节，而主要是依靠经验，从而导致供热系统能耗较高，难以实现按需供热。因此，实现集中供热系统一次网的优化运行，保证以最小的运行成本适应用户负荷的变化，达到按需供热，这对提高供热系统的运行管理水平与能源利用率，促进国家节能减排目标的早日实现，具有非常重要的现实意义。运行参数是供热运行中重要的技术指标，运行参数主要包括一次网的供热流量和温度、二次网的供热温度等，参数的合理性直接关系到供热小区供热质量和节能效果。从基于吸收式热泵集中供热系统的运行参数优化入手，将运行参数优化与热网水力平衡有机地结合，并分析研究参数变化对吸收式热泵的性能的影响，可达到供热节能效果。然而,在实际工作中，到底采用哪种调节方式，控制怎样的供热参数才算经济合理循环流量偏高则必然带来运行电费的上升，而供水温度的升高，虽然可以降低运行电费，却又增加了管网的热损失，对于那些保温状况不好的管道，问题显得尤为突出。因此，供热参数应在根据当地的具体实际情况，充分利用现有资源，最大限度地减少冬季供热运行费用这一原则下加以确定。31研究工程概况本工程位于北京市朝阳区，供热负荷400MW，设计要求一次网供回水温度130/20，二次网供回水温度为65/50，热源为京能热电高安屯电厂的汽轮机第六级抽汽和凝汽器循环水，吸收式机组凝水流至第七级加热器疏水。汽轮机第六级抽泣压力0294MPA,温度180，吸收式机组凝结水温度90，循环水凝汽器进出口温度为33/40。3吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析2032供热系统运行参数优化的原则及分析不同设计单位对住宅小区热网设计方案的选择会有所不同，尤其是对热网管径与系统阻力的匹配，由于考虑因素和每个设计者的思维方式和以往设计经验的差异，易得到不同的设计成果。即使同一个设计方案，由不同施工单位实施，因各自的施工经验差异，施工成果及对以后运行管理产生的效果也会截然不同。一般情况下，在确定优化运行参数时，首先要对供热系统设计图纸进行细致研究，估算系统总阻力。其次要对施工质量进行评估，为修正系统总阻力提供依据。根据修正系统阻力，结合实际运行经验，确定合理的优化运行参数。在选取最优的运行参数时应遵循以下原则保证供热质量稳定、可靠；根据气候条件特别是室外温度等影响因素将一级管网、二级管网的供回水温差控制在合理范围内；二级管网定压压力应保证运行时最不利端充满水，并能将气排净；二级管网供、回水压差应满足系统运行时的最小值。在传统的城市集中供热系统中，进行系统运行参数优化分析时主要需考虑运行参数变化时系统管网承受能力及对循环水泵的性能的影响等。目前，由于城市集中供热存在诸多的问题，因溴化锂吸收式热泵的诸多优点可以改进以往供热所面临的一些问题，大多以改进采用基于吸收式热泵的集中供热系统，使管网供热的效率得到显著的提高。因此，对管网供热系统运行参数的优化分析，不仅要综合分析运行参数变化对一次网、二次网合理运行的影响，还有分析参数变化对吸收式热泵的性能影响，在综合分析计算了运行参数（供热流量、供回水温度）变化对管网运行费用的影响，将供热流量与温度控制在最佳范围以内，以使得供热运行中，在保证供热效果的前提下，将供热系统运行中热费和电费之和降到最低。3参数变化对吸收式热泵性能的影响331泵循环的性能指标该泵的循环系统原理如图33所示理论循环是指工质在循环过程中没有任何阻力损失，各设备与环境不发生热量交换，发生终了和吸收终了的溴化锂溶液浓度均达到平衡状态图34所示为系统的溶液循环压力图，包括工质水、溴化锂溶液循环。图34中各循环点与图33中各点一一对应PE为蒸发压，PC为冷凝压。图35所示为系统热力循环过程中，工质水和溴化锂溶液焓值及质量分数关系图。3吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析21图3吸收式热泵系统原理图根据H图，通过查图表可以确定各典型状态点的焓值、温度、压力以及溴化锂溶液的浓度等，进而求得循环过程中各换热器的换热量以及系统的热力系数、换热器热负荷等重要性能指标。图34吸收式热泵溶液循环图35吸收式热泵热力循环（H）根据已知参数及H图，可求得表1中各参数值，进而求得吸收式热泵在运行过程中的性能COP、单位热负荷等重要指标。根据表1定义溶液循环倍率A和放气范围。122A（31）3吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析2式中A发生器中每产生1KG水蒸气所需要的溴化锂稀溶液的循环量。12（32）式中放气范围，即发生器浓溶液与吸收器吸收终了稀溶液的浓度差。A与随系统参数变化而变化，最终对系统COP、热负荷等指标产生直接影响。系统在循环过程中，根据热平衡可以求得各个具体设备的单位热负荷。1蒸发器310HH33）2发生器734G1AHHHA34）3冷凝器33KHH35）4吸收器21A1AHHHAG36）5溶液热交换器热负荷14EXGHHA37）6热平衡及COP若忽略屏蔽泵输入功以及系统与周围环境热交换等带给系统的热量，整个系统的热平衡为KA0G38）性能系数COP为GAKCOP39）7换热器传热温差换热器内流体换热形式总体上分为三种，即顺流换热、逆流换热和叉流换热。顺流及逆流对数换热温差可以统一表示为MINMAXMINMAXLNTTTTTM310）式中MAXT、MINT分别为两种流体温度的端差最大和最小值。叉流换热温差可以表示为MMMTT311）3吸收式热泵集中供热系统运行参数优化分析23由于叉流形式过于复杂，在工程上通常是在计算出顺流或逆流传热温差后再乘以系数M，而M通常取值为081。332参数变化对热泵性能的影响分析影响溴化锂吸收式热泵性能的因素很多，除了受驱动蒸汽的压力温度、冷媒水温度和冷却水温度及流量影响外，还受水质、机组内真空度、溶液的流量等因素影响。本为主要研究驱动蒸汽的压力温度、冷媒水温度和冷却水温度及流量影响。研究过程中拟定基本参数1驱动热源压力04MPA；2冷源水出口温度30；3冷却水进口温度50；4冷却水出水温度75。4个基本参数中其他3个保持不变，研究某个参数在一定范围内变化对热泵性能的影响，并分析其原因。一