吸收式热泵及其在余热利用中的应用

报告人：2014年4月2日吸收式热泵及其在余热利用中的应用1概述contents2分类及原理3溴化锂吸收式热泵与应用4总结、发展趋势热吸式收泵1概述吸收式热泵是利用工质的吸收循环实现热泵功能的一类装置,它采用热能直接驱动,而不是依靠电能、机械能等其它能源。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。概述水—溴化锂氨—水水为制冷剂，溴化锂为吸收剂氨为制冷剂，水为吸收剂吸收式热泵是利用由两种沸点不同的物质组成的溶液的气液平衡特性来工作的。2.分类第二类吸收式热泵升温型热泵吸收式热泵增热型热泵第一类吸收式热泵AHPAHT单效热泵双效热泵制冷/制热制冷/制热制热2.1第一类吸收式热泵(1)是利用少量的高温热源（如蒸汽、高温热水、可燃性气体燃烧热等）为驱动热源，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1.6～2.3。增热型2.1第一类吸收式热泵(2)驱动热源（100%）低温余热（80%）高温热水（180%）驱动热源废热源Ⅰ类热泵可用回热TgT0QgT0Th第Ⅰ类热泵TgThT0能量转换示意图热收支图低温余热（80%）高温热水（180%）驱动热源（100%）低温余热（80%）高温热水（180%）高温热水（180%）低温余热（80%）高温热水（180%）驱动热源（100%）低温余热（80%）高温热水（180%）高温热水（180%）高温热水（180%）低温余热（80%）高温热水（180%）驱动热源（100%）低温余热（80%）高温热水（180%）高温热水（180%）低温余热（80%）高温热水（180%）驱动热源（100%）低温余热（80%）高温热水（180%）驱动热源（100%）低温余热（80%）高温热水（180%）驱动热源（100%）低温余热（80%）2.1第一类吸收式热泵(3)工作原理示意图2.2第二类吸收式热泵(1)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0.4～0.5。升温型2.2第二类吸收式热泵(2)中温废热（100%）高温热水或蒸汽（45%）冷却水（55%）废热源Ⅱ类热泵可利用热环境第Ⅱ类热泵Th’Tg’T0’Ⅱ能量转化示意图热收支图高温热水或蒸汽（45%）冷却水（55%）中温废热（100%）高温热水或蒸汽（45%）冷却水（55%）中温废热（100%）高温热水或蒸汽（45%）中温废热（100%）冷却水（55%）高温热水或蒸汽（45%）中温废热（100%）T0’Q0’Tg’Tg’T0’Th’2.3第二类吸收式热泵(3)工作原理示意图吸收器热交换器Q1Q4Q3Q2123564发生器冷凝器蒸发器7系统循环：1-2-3：冷媒循环4-5：稀溶液循环6-7：浓溶液循环溶剂泵2.4AHP和AHT的比较AHT•1个驱动热源•热水回路只经过吸收器•提供150℃以下热水或蒸汽•可用于工业领域，满足某些工艺用热的需要AHP•驱动热源两个•热水回路是吸收器和冷凝器串联•主要提供100℃以下的热水•用于采暖、生活、给水预热等场合3.溴化锂吸收式热泵以溴化锂吸收式技术为基础的各种溴化锂吸收式热泵机组，就是以溴化锂溶液为工质的吸收式热泵。其中，水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。3.1Li-Br溶液工质对优秀的物理化学性质•溴化锂和水的沸点差很大使得其分离难度小、纯度高•作为制冷剂的水廉价、易得、气化潜热大、无毒、无味、安全性能好•溶液比热小，有利于提高循环效率•饱和气压低，溶液吸水性强，能够吸收低温水蒸气，且传质过程推动力强第一类溴化锂吸收式热泵机组需要用高品位热能作为补偿能源。至于低温热源，一般来说，温度≥15℃的热水即可。第一类溴化锂吸收式热泵机组的供热热水温度与余热热水出口温度及供热热水进口温度有关，余热热水出口温度越高，热泵机组能够提供的供热热水温度越高。•按补偿热源分类，一类热泵机组有蒸汽型、直燃型、烟气型等。3.2第一类溴化锂吸收式热泵机组(1)3.2第一类溴化锂吸收式热泵应用说明(2)中压蒸汽高温热水燃油/燃气高温烟气…….工艺废热水工艺冷却循环水原油分离水…….冶金/制药/化工工艺需要的伴热区域供暖卫生热水输出中温热源1.84高温驱动热源1.0低温废热源0.84机型单机供热（冷）量(kw)热源种类热源条件提供热水应用领域蒸汽型1160～30000低温热源热水、蒸汽低温热源热水温度≥15℃，蒸汽压力≥0.2MPa60～100℃有低温热水、蒸汽和供热需求的场所直燃型1160～9300低温热源热水、燃气（油）低温热源热水温度≥15℃60～100℃有低温热水、燃料和供热需求的场所烟气型1160～9300低温热源热水、高温烟气低温热源热水温度≥15℃，烟气温度≥250℃，烟气中的含硫量及含尘量较低60～100℃有低温热水、高温烟气和供热需求的场所第一类溴化锂吸收式热泵机组选型一览表蒸汽型第一类溴化锂吸收式热泵机组驱动热源为0.2～0.8Mpa的蒸汽；低温热源的热水出口温度须高于15℃；供热热水的出口温度比低温热源的热水出口温度高40～60℃，最高可达100℃；COP=1.75～1.85。蒸汽型第一类单效型溴化锂吸收式热泵机组(1)采用0.2～0.8MPa的蒸汽作为驱动热源吸收低温余热源（如工厂冷却水、生产工艺低温热水、原油分离水、地下温泉水等）的热量，提供中温采暖或工艺用热水的供热设备。广泛应用于钢铁、有色金属、煤炭、电力、石油化工……余热温度出口高于15℃（一般在20～50℃），上限没有要求。获得热源温度比废热出口温度高40～60℃，热水温度可达到100℃以上。功能蒸汽型第一类单效型溴化锂吸收式热泵机组应用案例之一胜利油田换热站采用6台单机供热量7.7MW的蒸汽型一类热泵供热，替代原来的原油加热炉，年节省原油5600吨，每年节能效益上千万元人民币。联合站蒸发器吸收器冷凝器发生器供热场所回灌地下锅炉一类热泵蒸汽0.5MPa凝水采暖水65℃85℃废热水45℃35℃蒸汽型第一类单效型溴化锂吸收式热泵机组应用案例之二阳煤集团热电厂采用8台单机供热量30MW的蒸汽型第一类溴化锂吸收式热泵机组进行采暖供热，补偿热源为0.5Mpa蒸汽，低温热源为温度40℃的凝汽器冷却水，提供90℃的采暖热水，可回收利用96MW冷凝热，回收的余热量可满足192万m2的建筑供热。同时还可减少电厂冷却塔水。阳煤集团热电厂溴化锂吸收式热泵机组应用工艺流程图直燃型第一类溴化锂吸收式热泵机组(2)驱动热源为燃料燃烧热；低温热源的热水出口温度须高于5℃；供热热水的出口温度比低温热源的热水出口温度高40～60℃，最高可达到100℃；COP=1.65～1.75，与热效率92％的锅炉相比，节能40％～43％。典型的用户案例：天津中海油项目(大洋三连)供热能力：5950kw我国自主开发的第一台直燃型溴化锂吸收式热泵烟气型第一类溴化锂吸收式热泵机组(3)驱动热源为温度≥250℃的高温烟气；低温热源的热水出口温度须高于5℃；供热热水的出口温度比低温热源的热水出口温度高40～60℃，最高可达到100℃；COP：单效热泵1.75～1.85，双效热泵2.3～2.45。烟气型第一类溴化锂吸收式热泵机组应用案例之一北京南站CCHP系统，2台烟气余热型冷水（热泵）机组，供热运行时，按双效热泵工作循环流程运行，余热烟气排放温度可降低到30℃，从而有效提高系统的能源综合利用率。3.3第二类溴化锂吸收式热泵机组(1)第二类溴化锂吸收式热泵机组运行时不需消耗高品质热能，能耗费用极低，应用该类机组具有良好的经济效益。二类热泵机组的驱动热源可是废热热水，也可是废热蒸汽，与之对应的第二类溴化锂吸收式热泵机组有热水型和蒸汽型之分。3.3第二类溴化锂吸收式热泵应用说明(2)中温废热源1.0获得高温热源0.48低温冷却水0.52工艺过程中需要冷却的气体生产过程乏汽原油分离水…….工艺加热（伴热）低压蒸汽高温热水采暖\卫生热水…….冷却水地下水地表水…….第二类溴化锂吸收式热泵机组选型一览表机型单机供热量(kw)热源种类热源条件供热种类应用领域热水型580～5800中温废热源热水废热源热水温度≥50℃热水或蒸汽有中温废热源热水和供热需求、且供热热水温度高于废热源热水温度的场所蒸汽型580～5800中温废热蒸汽废热蒸汽温度≥50℃热水或蒸汽有中温废热蒸汽和供热需求、且供热热水或蒸汽温度高于废热蒸汽温度的场所第二类溴化锂吸收式热泵机组应用案例之一第二类热泵橡胶工艺用冷却塔36℃30℃105℃95℃热源水冷却水汽提气进96.5℃汽提液出70℃汽提气出70℃大庆石化橡胶总厂应用一台供热量3.5MW的二类热泵，废热源为橡胶生产工艺中的化工多组分汽体，输出热水用于工艺加热，每年节省蒸汽5万吨以上，冷却水用量仅为原系统用量的50％。节能效益超过600万人民币/年。效果：节约能源、减少污染、提高企业经济效益。冷却水进冷却水出凝汽器冷却塔抽气汽轮机排气凝结水凝水加热器锅炉补水蒸汽锅炉高压蒸汽用户采暖吸收式热泵驱动热源供热水去供热水回低温热源水进低温热源水出汽轮发电机吸收式热泵在热电行业的应用垃圾焚烧炉凝水箱热用户溴化锂热泵烟气反应塔布袋滤尘器洗烟塔引风机换热器热电厂利用热电联供系统（电厂乏汽热回收）供热烟气经济器循环蒸汽低温热源供热用热凝水(1)吸收式热泵具有两个重要特点：一是可以利用低品位余热，节约能耗；二是以热能为动力，与压缩式机组相比，可以节约电耗。(2)整个机组除功率较小的屏蔽泵外，无其他运动部件，运转安静。(3)以溴化锂水溶液为工质，无臭、无毒，满足环保的要求。(4)机组在真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠(5)负荷调节范围广，对外界条件变化的适应性强。(6)操作简单，维护保养方便，易于实现自动化运行。(7)对安装基础的要求低，可在露天甚至楼顶安装，尤其适用于舰艇、医院、宾馆等场合。(8)机组可以一机多用，可供夏季空调、冬季采暖，兼顾提供生活热水之用，使用方便。(1)气密性要求高.实践表明,即使漏入微量的空气也会影响机组的性能,这就对制造有严格的要求.(2)因用水作制冷剂,故一般只能制取5℃以上的冷媒水,多用于空气调节及一些生产工艺用冷冻水.(3)热效率较低,初投资较高.4.吸收式热泵的发展趋势•1.第Ⅰ吸收式热泵正从单效向双效发展；第Ⅱ吸收式热泵正在开发二级机组。•2.吸收式循环工质正在目前LiBr—H2O溶液、NH3—H2O溶液、NaOH-H2O溶液的基础上，正在开发新的工质对。如LiBr+ZnBr2／H2O，LiCl／H2O，LiNO3+KNO3+NaNO3／H2O，LiBr+ZnBr2／CH3OH。•3.氢氧化物NaOH:KOH:CsOH(40:36:24)，亦正在被研究。它的COP比LiBr-H2O的高。参考文献【1】撒卫华.溴化锂第一类吸收式热泵的研究及应用[J].洁净与空调技术,2010(2):21-24.【2】范江,白海尚,李彪.热网供热调节方式对吸收式热泵性能的影响[J].暖通空调,2014(1)：140-143.【3】姜秀华.单双效结合运行的溴化锂第一类吸收式热泵[J].节能,2009(12):21-24.【4】方书起,骆萍梅.第二类吸收式热泵的研究及应用[J].应用能源技术,2008(10):36-39.【5】朱宏清,蔡小荣,毛洪财.溴化锂吸收式热泵在余热领域的应用[J].第十三届全国热泵与系统节能技术大会论文集,2008：239-242.【6】周振起,马玉杰,王静静,等.吸收式热泵回收电厂余热预热凝结水的可行性研究[J].流体机械,2010,38(012):73-76.【7】孙作亮,付林,张世钢,等.吸收式热泵回收烟气冷凝热的实验研究[J].太阳能学报,2008,29(1):13-17.【8】王力彪,李染生,王斌,等.基于