工业余热型高温水源热泵机组

1、工业余热型高温水源热泵机组一、技术内容（一）技术原理本水源高温机组采用的技术原理是逆卡诺循环和复叠式制冷循环。复叠式制冷循环是由两个独立的制冷系统组成，即高温级部分和低温级部分。高温级部分使用高温制冷剂，低温部分使用另一种蒸发温度较低的制冷剂。高温部分制冷剂蒸发的制冷量作为低温部分制冷剂的冷凝热量。这个循环过程是在冷凝蒸发器中完成的。也就是说，冷凝蒸发器既是高温制冷剂的蒸发器，同时又是低温制冷剂的冷凝器。低温制冷剂在低温级蒸发器中吸收低温热源的低品位（低温）热量后，在冷凝蒸发器中将该热量传递给高温制冷剂，而高温制冷剂吸收热量后，又在高温级冷凝器中将吸收的低品位热量转换为高品位（高温）热量，并将

2、该热量传递给热水，使其温度上升到需求值（80c或85C）。jmuws蒸t器节醐检i节油i检二）工艺流程示意图（三）关键技术及创新点1 .机组创造性地采用了复叠式制冷循环系统。水源高温热泵机组利用工业废水或工艺冷却水作为热源，通过采用复叠制冷循环，制取高达85c的热水。该机组的最大创新点就是将复叠制冷循环技术由传统的低温制冷应用到高温制热上。该机组实用技术申请国家专利，专利证书号为：ZL5952.3（详见附件实用新型专利证书，专利证号为：ZL5952.3）;该项技术通过山东省省级科技查新咨询单位查新论证，查新结论为："国内未查到与本项目查新点相同的研究报道”（详见附件科技查新报告）；该

3、项目产品已通过山东省科技厅的技术成果鉴定，鉴定委员会一致认为“该产品整机设计先进、高效、节能环保；可广泛应用于各种余热利用领域，具有较高的经济和社会效益，填补了国内空白，属于国内首创，达到了国际先进水平”（详见附件科学技术成果鉴定证书）。复叠式制冷循环是由两个独立的制冷系统组成，即高温级部分和低温级部分。高温级部分使用高温制冷剂，低温部分使用另一种蒸发温度较低的制冷剂。高温部分制冷剂蒸发的制冷量作为低温部分制冷剂的冷凝热量。这个循环过程是在冷凝蒸发器中完成的。也就是说，冷凝蒸发器既是高温制冷剂的蒸发器，同时又是低温制冷剂的冷凝器。低温制冷剂在低温级蒸发器中吸收低温热源的低品位（低温）热量后，在

4、冷凝蒸发器中将该热量传递给高温制冷剂，而高温制冷剂吸收热量后，又在高温级冷凝器中将吸收的低品位热量转换为高品位（高温）热量，并将该热量传递给热水，使其温度上升到需求值（80c或85C）。（详见附件合肥通用机电产品检测院出具的检测报告）。2,成功开发了一种适应高出水温度的ZHR01型高温制冷剂。根据高出水温度的要求，结合环保、蒸发压力、冷凝压力和排气温度等条件，与天津大学合作研发了一种型号为ZHR01的高温制冷剂。其特点见下表：ZHR01与R22的基本物性制冷剂R22ZHR01ODP0.040.011GWP1500<580摩尔质量【kg/km186.4797.00正常沸点【C】-40.8-

5、19.84临界温度【C】96.2122.8临界压力【MPa4.994.4825C饱和液密度【kg/m31191113225C饱和气密度【kg/m344.7818.7825C气化潜热kJ/kg180.30195.525c饱和液定压比热kJ/kg.k1.2881.27525c饱和气定压比热容kJ/kg.k0.9050.884R22(10C)、ZHR01(45C)饱和液导热系数【mW/m.K90.3774.03R22(10C)、ZHR01(45C)饱和气导热系数1mW/m.K10.1412.92R22(55C)、ZHR01(85C)饱和液导热系数【mW/m.K69.9759.92R22(55C)、Z

6、HR01(85C)饱和气导热系数1mW/m.K15.3218.74R22(10C)、ZHR01(45C)饱和液粘度【mPa.s】0.19570.1703R22(10C)、ZHR01(45C)饱和气粘度【mPa.s】0.011960.01134R22(55C)、ZHR01(85C)饱和液粘度【mPa.s】0.11530.1048R22(55C)、ZHR01(85C)0.014550.01357饱和气粘度【mPa.s】0.1MPa下的滑移温度【C】一8.362.0MPa下的滑移温度【C】一5.68从表中可知:A、ZHR01的消耗臭氧潜能值OD林口全球变暖潜能值GW嘟小于R22的OD环口GWP综合环

7、境性能良好，优于R22.日沸点温度较高。对比一般的常温水源热泵R22工况（蒸发温度为10C,冷凝温度为55C）和对应的高温水源热泵ZHR01的工况（蒸发温度为40C,冷凝温度为85C）下的各参数基本相当，从热工参数方面可以实现直接冲灌。对于常温水源热泵R22工况，其冷凝温度为55c时对应的冷凝压力为2.175MPa,而高温水源热泵ZHR01的工况，其冷凝温度为85C时，其冷凝压力仅为2.09MPa说明从热力学性质来看，ZHR01如果采用原R22的压缩机，ZHR01排气压力比R22的还低，有利于压缩机的工作和延长寿命。CZHR01与润滑油的互溶性好。与原R22机组的冷冻油是否相溶也是检验新工质能

8、否直接充灌的问题之一。R22原润滑为矿物油，实验发现ZHR01与矿物油的互溶性良好。D安全性好。当热泵机组的充灌量较大时，工质的安全性就需要确定，以保证机组安全运行。工质的安全性主要指毒性和可燃性。国际上通用由TLV（ThresholdLimitvalue）值来衡量物质的毒性。ZHR01的三种组元TLV值均为1000Ppm，在美国ASHRA标准戈U分上等级均为“A”级，即无毒。综合起来，ZHR03的TLV仍为1000ppm,是无毒的，可以安全地使用在热泵系统中。ZHR01的三种组元均为不可燃物质，其中一种组元被用于消防灭火，综合起来，确认ZHR01为不可燃，正规的可燃性试验也即将进行。上述结果

9、说明，ZHR01无毒不燃，在使用中是安全的。3.优化蒸发温度、冷凝温度和传热温差机组的蒸发温度和冷凝温度以及换热器的传热温差，不仅决定系统的操作压力和系统配置，更主要的是决定机组的性能参数。我们通过理论指导，设计计算和试验验证，总结出适合不同压缩机、不同型式的换热器、不同制热工况的蒸发温度、冷凝温度和换热温差数据。通过对SL/ZHR60型机组样机的制作及测试得出：冷凝器、蒸发器和蒸发冷凝器的换热面积比大体为：1/1,1/1.3。为特大型机组的设计、生产提供了坚实基础。该项目产品中的SL/GRH6理机组于2009年10月16日通过了合肥机电产品检测院国家压缩机制冷设备质量监督检测中心的检测（详见

10、附件合肥通用机电产品检测院出具的检测报告）；（详见附件实用新型专利证书，专利证号为：ZL5952.3）。4,将不同型式压缩机（螺杆式、涡旋式等）、不同厂家的压缩机、不同型式的膨胀阀（热力、电子）和不同型式的换热器（壳管式、钎焊板式），均形成系列化配套配置。5.自动化控制和开停机顺序程序化。中央空调系统均实现了电脑自动化控制。但在复叠式循环中如何开机、如何停机、如何进行能量调节等技术问题，是常规中央空调机组所未遇到的，复杂性和重要性更显突出。我们对控制系统进行了长期研讨，总结出新的具有特色的控制规律和控制程序，实现了开、停机安全，能量调节程序合理，机组始终运转在高效率区。我公司开发的此款水源高温

11、热泵机组是以工业冷却水或工业废水作为热源，制取高达85c的热水。机组出水温度高，可通过暖气片直接供暖，克服了风冷热泵和普通水源热泵机组出水温度低，供暖质量不高的缺点。同时由于该水源高温热泵机组是利用工业冷却水或工业废水作为热源，克服了水源热泵机组打井，回灌，消耗和污染地下水资源的问题。另外该机组既冷却了工况企业的工艺冷却水，节省了冷却塔的运行费用和冷却塔冷却水的损耗，同时又冷却企业的工业废水，使其达到排放要求，达到了能源的双向利用，实现了最大化的经济效益和社会效益。二、主要技术指标工业余热型超高温热泵机组利用工业余热的形式进行供热，既减少了锅炉采暖造成的环利用境污染，又节约了宝贵的水资源，省去

12、了冷却塔系统，避免了冷却塔噪音及霉菌污染。工业冷却水或工业废水、矿井水作为冷热源，克服了水源热泵机组打井，回灌，消耗和污染地下水资源的问题。另外该集成技术既冷却了工况企业的工艺冷却水，节省了冷却塔的运行费用和冷却塔冷却水的损耗，同时又冷却企业的工业废水，使其达到排放要求，达到了能源的双向利用。按可供热面积100万平方米计算，利用回收的工业余热，减少燃煤量和排放量。节能减排的主要数据如下：节约原煤量2.5万吨/年，减少二氧化硫排放225吨/年。减少飞灰量456吨/年，减少灰渣量6000吨/年。该产品以SL-500型水源热泵的产品检验结果为例：制冷量：443.749制冷消耗功率：72.058能效比

13、：6.16按20年的使用年限计算，共计可节省标准煤40万吨，相当于为地球栽种2000万棵树，节能减排的主要数据如下：节约原煤量2万吨/年，减少二氧化硫排放180吨/年。减少飞灰量456吨/年，减少灰渣量6000吨/年。工业企业的废热回收利用、节能减排，所产生的社会效益和经济效益更为突出，而且潜力非常巨大，特别是在煤炭、石油、化工、钢铁、电力、纺织印染、水产养殖、食品酿造、市政污水等行业，大量的废水、废热被排放，在对环境造成热污染的同时还要消耗大量燃料用于生产工艺中的加热。产品采用国际标准ISO13256-1/1998、ISO13256-2/1998,年综合利用量为1000台套。三、适用范围1、

14、在地热开发利用中，产生大量的地热尾水，温度在3040C,甚至高达50c而不能再利用被白白地排掉；在石油开采过程中，也有大量的尾水，温度在3040C,甚至高达50c就直接被排走，而同时在石油输送过程中，又需消耗燃油将物料加热到7080c以便于输送。如能应用该机组，则可充分利用这部分浪费的能源。2、在化工、化纤、食品、制药、钢铁等行业的工艺流程中都存在大量的废热排放，而同时这些行业又消耗大量的能源。如某化纤厂有250吨/时，温度为50c的废水，要冷却到35c才能排放到污水处理厂中，而还有160吨/时的工艺水，需要用蒸汽加热到50c以上,采用水源高温热泵机组将两者结合起来，即冷却了废水，达到了处理标准，又节省了加热蒸汽。3、在石油化工、钢铁制造、化纤行业、淀粉加工、发电行业等高能源消耗企业中包含下述冷却水：压缩机械的气缸冷却循环水、蒸汽透平机械的冷却循环水、钢铁行业工艺粉碎循环冷却