溴化锂吸收式热泵

溴化锂吸收式热泵基础知识溴化锂吸收式热泵原理基础知识原理结构设计性能概述溴化锂吸收式热泵是利用水的蒸发、冷凝，以及溴化锂水溶液吸收及解析水蒸气的循环过程中产生的传热作用。其主要组成部件有蒸发器、吸收器、冷凝器及发生器。为进一步提高效率，在发生器和吸收器之间放置了溶液热交换器。根据这些主要设备的组合情况不同，可分为一类吸收式热泵和二类吸收式热泵。一类吸收式热泵，是以消耗高温热源作为代价，通过向系统输入高温热能(蒸汽、燃料)，将低位热源(废热)的热能，提高其温度以中温形式供给用户。二类吸收式热泵，是在不供给其它高温热源的条件下靠输入的中温热能(废热)驱动系统运行，将其中一部分热能品位提高，成为高温热水或蒸汽送至用户，另一部份则排放至环境。溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述结构设计性能原理溴化锂吸收式一类热泵循环同溴化锂吸收式制冷机循环相同，只是制冷机获得冷量，吸收式热泵获得热量。该热泵可以从不容易利用的低温热源中取得热量制备热水(一般最高90℃)。另外溴化锂吸收式一类热泵也可以在夏季供冷，冬季供热。其循环流程图：溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述结构设计性能原理制冷剂液体先从蒸发器的喷淋装置喷淋到传热管上，吸收了传热管内流动的热源水(工厂排出的废热水)的热量而蒸发成低温冷剂蒸汽进入吸收器，低温冷剂蒸汽在吸收器内被溴化锂浓溶液喷淋吸收，成为稀溶液，在吸收过程中放出热量加热应用水，此应用水进入冷凝器。稀溶液由泵输送到发生器内，受到外界高温热源的加热，产生高压冷剂蒸汽，同时溴化锂溶液浓度提高，成为浓溶液，经换热器放热进入吸收器。高压冷剂蒸汽进入冷凝器凝结放热成冷剂水，同时此放热进一步加热应用水。溴化锂吸收式一类热泵的性能系数大约在1.5~1.7之间。其可以利用15~40℃的废热源，将20~50℃的应用水加热到50~90℃的热水供用。溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述结构设计性能原理溴化锂吸收式二类热泵的循环正好与溴化锂吸收一类热泵的机内循环相反，能有效地利用热水或蒸汽在吸收器内产生的热量，不需要外界提供高温热源，其循环图：溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述结构设计性能原理溴化锂溶液先流入发生器，收到发生器管内外界提供的废热蒸汽(热水)的加热，产生低压冷剂蒸汽，溴化锂溶液浓度提高，成为浓溶液，由泵打入到吸收器。产生的冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却成冷剂液体，由泵打入到蒸发器，蒸发器内冷剂液体通过喷淋装置，吸收了传热管内外界提供的废热蒸汽(热水)的热量蒸发成高压冷剂蒸汽进入吸收器，该冷剂蒸汽被溴化锂浓溶液吸收，成为溴化锂稀溶液，同时产生吸收热，加热了应用热水。溴化锂吸收式二类热泵的性能系数在0.4~0.6之间。由于溴化锂吸收式二类热泵用的是60~100℃的废热，冷却水在10~40℃时，输出的热水或蒸汽的温度可在100~150℃，因此节能效果十分明显。溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述结构设计性能原理由于溴化锂溶液的特殊性质，在利用废热蒸汽时，并不是所有60~100℃范围内的蒸汽或热水都能输出100~150℃的热水或蒸汽的，它与冷却水的温度有关，更重要的与溴化锂溶液的浓度有关(浓度太高容易结晶)，也与溴化锂溶液的放气范围有关。放气范围小，溶液循环量大，热效率低，反之亦然。溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能1）蒸发器借助于工质的蒸发来从低温热源吸热2）吸收器吸收工质蒸汽，放出吸收热3）发生器使稀溶液沸腾产生工质蒸汽，稀溶液同时被浓缩4）冷凝器使发生器产生的工质蒸汽凝结放出热量5）溶液热交换器在稀溶液和浓溶液之间进行热交换6）溶液泵将稀溶液送往发生器7）工质泵将工质加压喷淋在蒸发器管子上8）抽气装置抽出不凝性气体9）制热量控制装置根据用户的需热量控制热泵的制热量10）安全装置确保热泵安全运转所需要的装置此外，对于直燃式机组还有燃烧装置等主要部件：溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能节流板和Ｕ形管(也有成Ｊ形管)1)Ｕ形管节流装置将冷凝器和蒸发器的连接水管做成Ｕ形管，为防止低负荷工质水减少时发生传统现象(蒸汽未经过冷凝直接进入蒸发器)U形管蒸发器一侧的U形管弯头部分的长度H，必须大小按下式求得的值H=最大负荷时的压力差(mH2O)+余量(0.1~0.3mH2O)2)孔板节流装置在连接冷凝器和蒸发器的工质水管中，装设孔板或者开节流小孔，工质的流动组力为液封节流部件：溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能溴化锂吸收式热泵的安全装置主要用于防止工质水冻结、溶液结晶、机组压力过高导致破裂，防止电动机绕组过流烧毁，保证直燃式机组的燃烧安全等，相关的检测点及检测内容如下：１）蒸发器工质水温度与流量，防止水冻结。２）高压发生器溶液温度、压力和液位，防止出现溶液结晶。３）低压发生器熔晶管处温度，防止出现溶液结晶。４）吸收器和冷凝器待加热水温度和流量，防止溶液结晶。５）屏蔽泵液囊液位，防止屏蔽泵吸空；电动机电流或绕组温度，防止过流使绕组烧毁。６）直燃机组燃烧部分火焰情况，确保安全点火及熄火自动保护；燃气压力，确保燃气管道安全、燃烧安全（如压力过低时防止回火），防止燃烧波动过大；烟气温度，确保燃烧及烟气热量回收部分工作正常；风压及燃烧器风机电流，确保空气供应部分工作正常。７）机组内的真空度确保机组的密封性安全装置：溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能安全装置：名称用途冷水流量控制器冷水缺水保护，水量低于给定值一半时断开冷剂水低温控制器冷剂水防冻，一般低于３℃时断开冷剂水高位控制器防止溶液结晶冷剂水低位控制器防止冷剂泵气蚀溶液液位控制器防止高压发生器（特别是直燃机组中的高压发生器）中液位变换高压发生器压力继电器防止高压发生器高温、高压待加热水流量控制器待加热水断水保护，一般水量低于给定值的７５％时断开稀释温度控制器及停机稀释装置防止停机时结晶屏蔽泵过载继电器保护屏蔽泵溶液泵过载继电器保护溶液泵溶液高温控制器防止溶液结晶及高温自动溶晶装置结晶后自动熔晶安全阀防止压力异常时筒体破裂排烟温度继电器防止燃烧不充分积热回收装置部分故障，用于直燃机组燃烧安全装置安全点火装置，燃气压力保护系统，熄火自动保护系统，风压过低自动保护系统，燃烧机过流自动保护溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能设计步骤：１)根据用户要求、能源条件，确定机组的工作参数２)根据确定的参数，划出机组的简图、工质与溶液循环以及循环在P-T图和h-ξ图上表示３)根据热平衡、质平衡、溴化锂平衡，求得所需要制热量相适应的工质循环量、溶液循环量和各设备的传热量４)根据各设备的传热量，确定传热面积５)根据工质、溶液的流量，确定配管的大小、对泵及阀的流量要求等６)根据用户的空间及安装条件，确定采用单筒或者双筒等结构形式，则可绘制设计横截面图７)根据设备布置，校核液滴分离是否有问题，连接各设备的配管尺寸是否合理，介质通过管内的压力损失是否限制在允许的范围内，可确定泵的扬程和必要的吸入性能，并对泵和阀门选型。溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能循环图的绘制：１)在已知输送给用户的热水出口温度的基础上，加上适当的温差（冷凝温度与热水出口温度的差值,△Tem）即得冷凝温度Tc，与冷凝温度相对应的水的饱和蒸汽压力即为冷凝压力Pc２)从低温热源水出口温度中，减去适当的温度差(低温热源水出口温度与蒸发温度的差值,△Tem)即得蒸发温度Te，与蒸发温度相对应的水的饱和蒸汽压力即为蒸发压力Pe３)选定适当的吸收器和冷凝器的热负荷比值QA/QC，并求得被加热水出吸收器的温度。在此温度上，加上适当的传热温差，即得吸收器出口溶液温度T2(但应考虑吸收器出口实际循环中溶液浓度与理论浓度的偏差对传热温差值的影响)４）在溴化锂溶液的h-ξ图上，找出等压曲线pe和等温曲线T2的交点，该点的横坐标即为稀溶液浓度ξ1溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能5)确定适当的浓溶液与稀溶液之间的浓度差，由ξ1加上浓度差，则可得浓溶液的浓度ξ26)等浓度线ξ2与等压线pc的交点，从此点作等温线，可查发生器出口浓溶液温度T4７)求等浓度线ξ2与等压线pe交点，检查该点适当远离结晶线。一般里结晶线5～6℃即可。若无这一裕量，则要进行浓溶液与稀溶液的混合８)考虑到循环的实际特性与上述描述有一定的差异，通常需要进行修正，如吸收器出口与发生器出口处溶液的实际浓度与ξ1及ξ2的差异(设实际循环吸收器出口出溶液浓度为ξ1a，ξ1-ξ1a＝△ξA；实际循环发生器出口溶液浓度为ξ2a，ξ2a－ξ2＝△ξG)。因此需要重新求取修正后的发生器出口温度T4a与吸收器出口温度T2a，并校核在吸收器被加水出口温度上的传热温差值应部小于(T2－T2a)）。在T4a上加以适当的传热温差，即得驱动热源的温度(如加热蒸气的饱和温度与饱和压力)。溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能设计简例：设某用户需要温度为41.5℃的热水100m3/h，热水经用户后温度降为32℃；低温热原水进蒸发器温度为13℃，在其中降温5℃，出蒸发器温度为8℃；驱动热源采用2.0atm的蒸气。1、基本工作参数的确定假定不考虑△ξA，△ξG的影响，其基本参数如下：蒸发温度：Te＝6℃；冷凝温度：Tc＝44.5℃；发生器出口浓溶液出口温度：Tg＝94℃；吸收器稀溶液出口温度：T2＝42℃；溶液热交换器的热回收效率：∫ex＝0.73溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能设计简例：2、循环参数的确定根据前面确定各点状态点的方法，暂定循环工质的质量流量为1kg/s，得循环各个状态点的参数如下表：溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能设计简例：点物质位置温度(℃)压力(mmHg）焓(kj/kg)质量分数(LiBr)%质量流量(kg/s)1水蒸发器进口674450约11′水蒸气蒸发器出口672940012稀溶液吸收器出口4272655815.53水冷凝器出口44.570607013′≈4′≈5′水蒸气发生器蒸气出口94703103014浓溶液发生器溶液出口94703496214.55稀溶液发生中85703325815.56浓溶液吸收器中5272976214.57稀溶液热交换器出口71－3125815.58浓溶液热交换器出口60－2986214.5溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能设计简例：主要部件的传热量假定机组处于稳定工作状态，设循环工质的质量流量为D=1kg/s，且已知溶液循环倍率为a=15.5，计算如下：1、蒸发器吸热量QEQE=D(h1′-h3)=2332(kw)2、冷凝器放热量QCQC=D(h4′-h3)=2496(kw)3、吸收器放热量QAQA=D(h1′+(a-1)h8-ah2)=3162(kw)4、发生器耗热量QGG=D((a-1)h4+h4′-ah7）=3328(kw)5、溶液热交换器的环热量QHQH=(h4-h8)(a-1)D=(h7-h2)aD=731(kw)6、机组热平衡分析入机组的能量=QE+QG=5660(kw)出机组的能量=QC+QA=5658(kw)入、出机组的能量基本平衡，可以认为前面计算机基本正确。7、热力系数∫=(QA+QC)/QG=5658/3327=1.7溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能设计简例：参数计算1、用户需要热量已知热水流量Vw=100m3/h=27.8kg/s(取水的密度1000kg/m3)，进吸收器的水温Twai=32℃，出冷凝器温度Twco=41.5℃，设水的比热容为Cpw=4.2kj/(kg.℃)，则热量为Q=VwCpw(Twc-Twai)=27.8×4.2x(41.5-32)=1109(kw)2、热泵循环工质的实际循环量循环工质质量流量为1kg/s时，热泵的制热量为QC+QA=5658(kw)故热泵的循环工质的实际质量流量为D=1109/5658=0.196(kg/s)溴化锂吸收式热泵原理基础知识概述原理结构设计性能设计简例：参数计算3、各部件的实际传热量蒸发器吸热量：QE=2332×0.196=457(kw)冷凝器放热量：QC=2496×0.19