热泵在工业余热上的应用.doc

热泵在工业余热回收中的应用 1工业余热现状 在工业工艺中,存在着大量低温位工业废热(50~100℃)。这些废热由于不能被生产工艺过程所直接利用,大部分都被排放到了环境中,不仅造成巨大的能源浪费,而且也造成了环境的热污染。如：温排水引起水温、溶解氧等指标的变化;改变水生物的生活条件;加剧水体富营养化。而我国能源的消费结构中,工业部门是能源消耗的大户，每年消耗的总能量中，以冷却水、废汽和工艺过程中用水的形式排放出的废热量是相当大的。火电在我国能源结构中占重要地位，以火电厂为例：火电厂的燃料燃烧总发热量中只有35%左右转变为电能,而60%以上的热能主要通过锅炉烟囱和汽轮机凝汽器的循环冷却水失散到环境中。相比之下,循环冷却水携带走的废热量又占其中绝大部分。对1000MW火电汽轮机组,循环冷却水量约35~45m3/s,温升(即超过环境水域的温度) 8~10℃,所对应的热量约1.2~1.7×1011kJ/d;按年运行7 000h计,年均3.8~4.6×1013kJ/a,折合标准煤约150万t/a) [1]。 2热泵与余热回收 2.1现状 一般来说,人们对工业余热对环境影响的认识不及其注意排烟、二氧化硫、烟尘和氮氧化物等污染物对大气环境的污染,加之废热回收往往涉及多个方面因素，所以即便很多有了废热回收装置的企业，其回收效果也不太理想。但是可喜的是，近年来国家大力倡导节能减排的政策，在很多地区很多政府、企业都积极关注相关问题。 2.2热泵用于余热回收的特点 工业余热的一个重要特点就是温度低，不能满足大多数工艺或民用要求，由此可知回收低温位工业余热的一个重要方面是制热。然而热泵的特点在于能将将环境中或者工业废热中的无用低温废热，变为满足用户需求的高温热能，只消耗少量的电能或燃料能。利用热泵能在在制取和其他加热装置相同的热能时只需消耗更少的高品味的电能或燃料能。热泵在制热方面的高效性使其在工业低温热源回收上有明显的优势。 3热泵装置及原理 按热泵的工作原理来看热泵可以分为: (1)蒸汽压缩式热泵 （2）吸收式热泵（3）蒸汽喷射式热泵（4）热电热泵（5）吸附式热泵。其中蒸汽式压缩式热泵和吸收式热泵具有良好的制热性能和较为宽泛的适用条件，故广泛用于余热的回收利用中。现已使用较为广泛的吸收式热泵为例，说明热泵的工作原理(原则上来说也适合其它吸收式热泵，其它类型热泵工作原理请查阅参考文献[9]) 3.1工作原理 按工作原理可将热泵分为第一类热泵和第二类热泵。其中第一类热泵是利用高温热源,将低温热源提高到某一中间温度而加以利用，该类热泵多用于家用热泵式空调;第二类是利用大量中间温度的废热和该废热源与低温热源的热势差,来制取热量少但温度高于中温废热的热水或蒸汽，这类热泵则多用于工业废热的回收,如热泵干燥机等。两类吸收式热泵在性能上的差别如下表所示。 两类吸收式热泵比较[2] 项目 第一类吸收式热泵 第二类吸收式热泵 驱动热源 高温热源或蒸汽废热 低温热源废热或环境热废热 冷却水 不需要 需要 供出热水温度/℃ 60~100 90~150 性能系数(COP) 1 1 由表1可见,第二类吸收式热泵有一系列的优点,特别是它不需要高温热源 , 然而在化工、石油化工、冶金、动力工程等行业中有大量低品位工业余热,这些低品位余热由于温度较低(如40~90℃的热水)而不能为工艺过程所直接利用，浪费极为严重。利用吸收式热泵技术将其中的一部分工业余热的温位提升到工艺用热所要求的温位上。从而节省生产中所使用的大量加热蒸汽,其节能效果十分可观。 根据对热回收温度的要求不同，可以依照不同的情况使用单级或双级热泵。对于单级吸收式热泵,被提升温位的余热占整个余热的50%左右,对于两级吸收式热泵被提升温位的余热占整个余热的32%左右,但余热被提升的温度是单级的两倍[3]。 第二种类型热泵从结构上,分单级泵、二级泵和多级泵;从工质循环上,分开式泵和闭式泵;从工质种类上,分LiBr-H2O型、LiCl-H2O型和H2O-NH3型等；从实现热泵循环的方法有化学吸收和机械压缩两种。通常称吸收式热转换器(absorption heat transformer),简称AHT。 第二类吸收式热泵装置主要五个组成单元为：蒸发器、再生器(又称解析器)、吸收器、冷凝器、热交换器。吸收式热泵得原理可理解为吸收制冷的逆过程,工作流体(以LiBr水溶液为例)在吸收热泵系统的吸收器与再生器之间循环,在再生器中liBr溶液吸收废热后完成蒸发浓缩过程，蒸发出来的水蒸汽在经过冷凝器（再次冷凝）、节流阀、蒸发器（吸热）后到达吸收器，以蒸汽的形式与从再生器中来的浓容液相遇，强烈的吸收过程放出大量的热，而该热量即为有用的热量。吸收式热泵装置如下图所示[4]。