压缩式热泵技术方案

1、压缩式热泵余热回收实验方案一、技术背景 电厂和硫化厂等企业含有大量的中低温循环水，其余热属于低品位热源， 直接排放到环境中将造成巨大的能源浪费，对其排放环境也会造成负面的影响。 热泵技术的快速发展和日益成熟，无疑为余热回收利用工程的实施提供了可靠 的技术保障。利用热泵技术能有效的回收利用电厂硫化厂等循环冷却水中的低 品位热能，将其转换为高品位的热能，提高机组的效率或者供热能力。因此，应该对循环冷却水这一巨大低温热源的资源效益加强重视，在“把 节约放在首位，依法保护环境，合理使用资源，提高资源的利用率，实现永续 利用”的方针指导下，以先进技术为龙头，因地制宜、因时制宜地开展这一高 效余热利用的事

2、业，组织示范工程，使电厂和硫化厂循环水余热高效利用实用 化、规范化、规模化。压缩式热泵是以输入一定量的机械功为代价 ,通过热力循环 ,实现热量由低 温物体转移到高温物体 , 供用户用热的一种装置。在原理上 , 它和制冷机并没什 么区别, 但其使用目的在于供热而不是制冷。二、基本原理压缩式热泵消耗少量电能或燃料能W将环境中蕴含的大量免费热能或生产过程中的无用低温废热 Q2变为满足用户要求的高温热能Q1。根据热力学第一定律，Q1, Q2和 W之间满足如下关系式：Q仁Q2+W由上式可见，Q1 W即热泵制取的有用热能，总是大于所消耗的电能或燃料能，而用燃烧加热、 电加热等装置制热时，所获得的热能一般小

3、于所消耗的电能或燃料的燃烧能， 这是热泵与普通加热装置的根本区别，也是热泵制热最突出的优点。压缩式热泵系统中的工作介质在压缩机中压力P1升高到P2,温度也同时升高，由 T1升高到相应 P2的压力下的温度 T2,然后进入冷凝器，将热量 Q1释放给水，使水温升高，而工质温度下降到T3,降温后的工质经过节流阀以后压力降到 P4,温度降到相应的 T4,然后低温低压的工作介质进入压缩机 重复循环，这时冷却器出来的热水可供取暖或生活用热水。压缩式热泵的主要设备有：压缩机、换热器（包括冷凝聚器和蒸发器） 、节流阀。理想的压缩式热泵工作原理见图 1，温熵图和压焓图见图 2和图 3：衿凝器73T2I I. .1

4、 I1 WT4 Ti蒸发器低温热源4 Q2图1.压缩式热泵工作原理图理想循环有Qi二Q2 W压缩式热泵制热性能系数 COP二Qi/W =(Q2 W)/W =1 Q2/W 1图2.机械压缩式热泵系统T 一 S图图3.机械压缩式热泵Lnp-h图普通单级压缩式热泵的最大温升为 45C，最佳过热度为2C,最佳过冷度为 5C。冷凝温度在60-80E范围内最佳工质为R152a,在80-110C温度区间内 R143综合性能最优,在110-160C温度区间内R123最优。各工质物性参数见表 1所示：表1.工质物性参数表序号名黠分子量Tcr(r)Per (V)OLFaw1RI茁152.03I 27X21K3.6

5、S34W40.02771RIU*26.(n1ALC6406703RI521-2.02116做D124444.196.74424772205gs170UD4163410L.75缈0咖&152.056.19139.29350207IU7R6DU5K.12-0.94151.9*3796020R6Wa5SJ241.75134.66MM602009R2亦114315.141M.013651c10R245134,0525.13174.4239250693三、工程计算3.1实验条件：热源温度为60C的低温废热水，热泵工质吸收热量后给常压，温度为 90C 热水加热，吸热后在一个大气压下升到 105C变成水蒸汽

6、来加以利用；根据工 况条件和环境友好型原则，工质选择为 R123(1) 低温热源出口温度在30-55E之间时，压缩机压缩比在13.1-6.2之 间，相应的COPt 2.45-3.45之间变化。为避免压缩比过大，在此案例中我们 取 42C；(2) 工质出蒸发器的温度与饱和温度之差称为过热度。当压缩机对工质蒸 气中的液滴较敏感时,一般需要使压縮机进口蒸气具有一定的过热度 (2 C-15C),以 确保压缩机压缩过程中的工质蒸气无液滴，保证压缩机工作的安全可靠，在此我 们取6C；(3) 工质在冷凝压力下的饱和温度和出冷凝器的过冷温度之差称为过冷度。当热泵工质的饱和液线较倾斜时，通常需要对冷凝器出口工质

7、进行适度过冷，以 减少节流后湿蒸气中的闪蒸气量，使工质经过节流阀后干度较小，提高单位质量 工质的吸热量和制热量，在此我们取 3C；(4) 制热系数COF要尽可能高。根据MATLA编程模拟计算分析，最终初始参数设置和计算如下表2:表2.实验模拟数值热源入口温度60 C有机工质吸热量Q251.71* 10 kJ/kg热源出口温度42 C有机工质放热量Q11.30* 105 kJ/kg蒸发温度/压力37C /139.73kPa冷源入口温度90 C过热度6C冷源出口温度105C压缩机出口温度120C冷凝温度/压力110C /976.03kPa压缩机出口压力1199kPa过冷度3C压缩机效率0.8压缩比

8、8.58压缩机耗功4.44* 104 kJ/kgCOP2.923.2数据分析假定低温热源出口温度在30-55C之间，蒸发温度相应改变，在冷凝温度一定情况下，通过数据分析得出：随着低温热源出口温度(蒸发温度)不断降 低，有机工质吸热量不断增大，但压缩机压缩比变大，耗功增大，压缩机COP变小。在工程实际中，应结合经济性考虑对各点参数予以分析：若有机工质吸热 量增大，换热器面积增大，压缩机耗功增大，COP减小；若有机工质吸热量减小，则低温热源余热不能很好的利用。综合分析，我们取热源出口温度为42C,工质蒸发温度为37C，具体数值及各点参数如上表2所示。3.3 工程概况按表 2 所示数值计算： 换热器损失，管道远程和弯头损失以及泵耗功等均忽略不计； 假定低温热源流量为1OOt/h,则其由60C降到42C，供给低温工质热量为 Q2=2091kW工质蒸发量为44kg/h，压缩机耗功为542.7kW,放给高温热源热量 为Q仁1588.9kVy产生常压下105。过热水蒸汽量为2.48t/h,每小时节约 1046.2kW