吸收式熱泵在供熱應(yīng)用中的高效化研究

張 浩 徐長(zhǎng)周 李娉婷

（大連三洋制冷有限公司，遼寧 大連 116600）

0 引言

在國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的大背景下，熱泵作為一種高效、環(huán)保的供熱手段因符合國(guó)家政策導(dǎo)向，近年來(lái)在全國(guó)獲得了大范圍的推廣和應(yīng)用，并取得較好的節(jié)能、減排效果。目前熱泵主要包括空氣源熱泵、污水源熱泵、地源熱泵、海水源熱泵及溴化鋰吸收式熱泵。不同熱泵適用的條件不同，其性能也不同，其中溴化鋰吸收式熱泵具有制熱溫度高、能效比高、單機(jī)制熱量大、可靠性高、環(huán)保性好等特點(diǎn)，成為近幾年學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)和余熱回收領(lǐng)域推廣的重點(diǎn)。本文結(jié)合溴化鋰吸收式熱泵在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用方式，考慮換熱器熱損失以及整體管網(wǎng)能力最大化，對(duì)吸收式熱泵機(jī)組內(nèi)部運(yùn)行構(gòu)架以及系統(tǒng)流程進(jìn)行分析，尋求一種可提高溴化鋰吸收式熱泵供熱系統(tǒng)應(yīng)用效率以及供熱能力的方法。

1 第一類溴化鋰吸收式熱泵的原理及特點(diǎn)

1.1 第一類溴化鋰吸收式熱泵的原理圖

圖1 為第一類溴化鋰吸收式熱泵的循環(huán)原理圖，從圖中可知，第一類溴化鋰吸收式熱泵的運(yùn)行原理與單效吸收式制冷機(jī)相同。

圖1 第一類溴化鋰吸收式熱泵的循環(huán)原理圖

其制熱量為發(fā)生器輸入熱量Qg與蒸發(fā)器吸收熱量Qe之和，因此其制熱的熱力系數(shù)（COP）將恒大于1，一般約為1.6～1.8，而制取相同溫度熱水的燃料鍋爐的熱力系數(shù)（COP）一般為0.8～0.9。由此可見(jiàn)，利用其替代燃料鍋爐供熱，可大幅節(jié)約能源消耗。另外，溴化鋰吸收式熱泵的高溫驅(qū)動(dòng)熱源，除可采用天然氣、輕油等燃料能源，也可采用高溫?zé)崴⑺羝榷文茉矗刹捎萌細(xì)獍l(fā)電機(jī)、工業(yè)窯爐等產(chǎn)生的余、廢熱煙氣、工廠工藝排出的余、廢熱水或余、廢蒸汽等廢熱能源。而可作為其低溫?zé)嵩吹挠唷U熱能源也非常廣泛，包括油田采油伴生污水、地?zé)崴⒊鞘泄┡菜㈦姀S循環(huán)冷卻水、軸冷水、化工工藝低溫余、廢熱水、工廠煙氣脫硫水等等。

1.2 第一類溴化鋰吸收式熱泵的特點(diǎn)

1.2.1 具有顯著的節(jié)能性

制取相同熱量和溫度的熱水，其消耗的燃料約為熱水鍋爐的50%左右，如表1所示。

表1 第一類溴化鋰吸收式熱泵與燃?xì)忮仩t性能對(duì)比表

1.2.2 可實(shí)現(xiàn)熱源水、熱水大溫差設(shè)計(jì)

對(duì)于第一類溴化鋰吸收式熱泵，由于工質(zhì)的性質(zhì)不同于蒸汽壓縮式熱泵，其低溫?zé)嵩磦?cè)可實(shí)現(xiàn)20 ℃左右的溫差設(shè)計(jì)，熱水側(cè)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)55 ℃的溫差設(shè)計(jì)。而蒸汽壓縮式水源熱泵的同側(cè)水源溫差一般不超過(guò)10 ℃。

1.2.3 具有較大的裝機(jī)容量

蒸汽壓縮式水源熱泵主要產(chǎn)品的螺桿熱泵機(jī)組，其雙機(jī)頭的裝機(jī)容量一般不超過(guò)2 MW，而目前溴化鋰吸收式熱泵的最大單機(jī)裝機(jī)容量約為32 MW，特別符合目前中國(guó)市場(chǎng)對(duì)大容量熱泵機(jī)組的需求。

1.2.4 具有超強(qiáng)的環(huán)保性

溴化鋰吸收式熱泵采用“溴化鋰－水”為工質(zhì)，對(duì)臭氧層無(wú)破壞，意外泄露不會(huì)造成環(huán)境污染，屬環(huán)保工質(zhì)。

2 溴化鋰熱泵在供熱系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

在供熱二級(jí)站應(yīng)用溴化鋰吸收式熱泵的換熱系統(tǒng)可增大一級(jí)供熱管網(wǎng)的換熱溫差，是一種增大現(xiàn)有管網(wǎng)供熱能力、減少供熱投資的有效途徑。吸收式熱泵換熱系統(tǒng)主要由溫水型溴化鋰吸收式熱泵及換熱器組成，因溴化鋰吸收式熱泵制熱效率一般為1.6～1.8，換熱器的換熱不考慮損失效率可認(rèn)為是1.0，而目前該系統(tǒng)中吸收式熱泵驅(qū)動(dòng)熱源熱量、吸收式熱泵回收余熱熱量以及換熱器換熱量三者比例為1.6∶1.0∶1.6，也就是說(shuō)，目前該系統(tǒng)的綜合效率為1.3左右。那么在該系統(tǒng)中如果能讓吸收式熱泵回收更多的熱量，不僅系統(tǒng)的綜合效率會(huì)隨之上升，也會(huì)更進(jìn)一步加大一級(jí)管網(wǎng)供熱溫差，從而更進(jìn)一步增大現(xiàn)有供熱管網(wǎng)供熱能力，現(xiàn)狀如圖2所示。

圖2 原吸收式熱泵機(jī)組（系統(tǒng)）流程圖

3 高效方案研究

現(xiàn)提出一種高效率溴化鋰吸收式熱泵換熱機(jī)組，該機(jī)組與換熱器結(jié)合使用，可進(jìn)一步提高吸收式熱泵換熱機(jī)組中吸收式熱泵回收熱量，從而提高系統(tǒng)效率，增大供熱管網(wǎng)溫差，增大現(xiàn)有供熱管網(wǎng)供熱能力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：在現(xiàn)有溫水型溴化鋰吸收式熱泵基礎(chǔ)上增加回?zé)崞鳈C(jī)器連接管路，利用該回?zé)崞骺墒逛寤囄帐綗岜迷趽Q熱系統(tǒng)中回收更多熱量，從而提高換熱系統(tǒng)效率。因一級(jí)管網(wǎng)熱水作為溴化鋰吸收式熱泵的驅(qū)動(dòng)熱源后，其溫度與溴化鋰吸收式熱泵的濃溶液溫度相當(dāng)，但仍高于稀溶液溫度，就是利用增加的回?zé)崞魇逛寤囄帐綗岜玫南∪芤号c從發(fā)生器出來(lái)的一級(jí)管網(wǎng)熱水進(jìn)一步換熱，從而加大一級(jí)管網(wǎng)熱水作為溴化鋰吸收式熱泵驅(qū)動(dòng)熱源部分的使用量，因溴化鋰吸收式熱泵驅(qū)動(dòng)熱源熱量與回收低溫余熱量是成比例的，所以溴化鋰吸收式熱泵回收的低溫余熱熱量也會(huì)進(jìn)一步加大，這樣就使該換熱系統(tǒng)中吸收式熱泵回收更多的一級(jí)管網(wǎng)熱水熱量，而換熱器回收的熱量減少，實(shí)現(xiàn)提高吸收式熱泵換熱系統(tǒng)效率的目的，如圖3所示。

圖3 高效改進(jìn)后吸收式熱泵機(jī)組（系統(tǒng)）流程圖

該溴化鋰吸收式熱泵換熱機(jī)組主要由溴化鋰吸收式熱泵、換熱器、一級(jí)管網(wǎng)熱水系統(tǒng)及二級(jí)管網(wǎng)熱水系統(tǒng)組成，其中溴化鋰吸收式熱泵主要由發(fā)生器1-1、冷凝器1-2、吸收器1-3、蒸發(fā)器1-4、回?zé)崞?-5等構(gòu)成，其特點(diǎn)是機(jī)組增加回?zé)崞鳎墒逛寤囄帐綗岜没厥崭嗟囊患?jí)管網(wǎng)熱水熱量，從而提高吸收式熱泵換熱機(jī)組的系統(tǒng)效率。

該機(jī)組運(yùn)行過(guò)程為：一級(jí)管網(wǎng)熱水3進(jìn)入發(fā)生器1-1作為驅(qū)動(dòng)熱源實(shí)現(xiàn)一次換熱降溫后，進(jìn)入回?zé)崞?-5與溴化鋰溶液熱交換實(shí)現(xiàn)二次換熱降溫，然后進(jìn)入換熱器2與二級(jí)管網(wǎng)熱水換熱實(shí)現(xiàn)3次換熱降溫，最后進(jìn)入蒸發(fā)器1-4進(jìn)行余熱回收實(shí)現(xiàn)4次換熱降溫后作為一級(jí)管網(wǎng)回水；二級(jí)管網(wǎng)回水4可以串聯(lián)也可以并聯(lián)進(jìn)入溴化鋰吸收式熱泵的吸收器1-3、冷凝器1-2和換熱器2，然后混合后作為二級(jí)管網(wǎng)供熱熱水。該系統(tǒng)因增加回?zé)崞?-5回收的熱量，使溴化鋰吸收式熱泵在該換熱系統(tǒng)中利用更多的熱量作為驅(qū)動(dòng)熱源，與之對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器回收的低溫余熱也更多，這樣在該系統(tǒng)中吸收式熱泵可以回收利用的一級(jí)管網(wǎng)熱量更多，換熱器回收熱量減少，因溴化鋰吸收式熱泵效率遠(yuǎn)高于換熱器，因此應(yīng)用該系統(tǒng)可提高系統(tǒng)綜合換熱效率，也可使一級(jí)管網(wǎng)供熱溫差進(jìn)一步加大。

以上系統(tǒng)中，溴化鋰吸收式熱泵可以與換熱器分開(kāi)設(shè)置，也可整體設(shè)置。二級(jí)管網(wǎng)熱水進(jìn)入溴化鋰吸收式熱泵與換熱器可以是串聯(lián)的，也可以是并聯(lián)的。

從上述描述來(lái)看，如此的吸收式熱泵供熱系統(tǒng)較傳統(tǒng)的系統(tǒng)流程相比，系統(tǒng)的綜合效率將得到有效提高，將從1.3提高至1.4以上，并且可大幅度增加一級(jí)管網(wǎng)供熱溫差，提高一級(jí)管網(wǎng)的供熱能力。

4 結(jié)論

（1）與傳統(tǒng)吸收式熱泵供熱系統(tǒng)相比，此流程吸收式熱泵或熱泵系統(tǒng)可大幅度增加管網(wǎng)供熱能力，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、供熱需求增加，一定程度上解決了原系統(tǒng)新增供熱負(fù)荷，降低供熱系統(tǒng)整體改造成本。

（2）在工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中，也可適當(dāng)運(yùn)用文中流程，增加系統(tǒng)管路溫差，降低流量，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。

（3）換熱器部分可作為熱泵機(jī)組中的部件進(jìn)行整體控制、管理，使得系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便。

（4）本流程吸收式熱泵機(jī)組可廣泛應(yīng)用于余廢熱回收系統(tǒng)中，如化工廠、油田、大型工礦企業(yè)，均可利用溴化鋰吸收式熱泵，穩(wěn)定回收低品位余、廢熱，制取高溫、大量熱水用以集中供熱、工藝加熱等。

綜上，該流程對(duì)于溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組在供熱系統(tǒng)中以及工業(yè)余廢熱回收系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，具有重要意義。

［1］肖永勤，韓世慶，劉明軍.溴化鋰吸收式熱泵在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用及節(jié)能性分析.制冷與空調(diào)，2012，12（4）

［2］大連三洋制冷有限公司. 一種高效率溴化鋰吸收式熱泵換熱機(jī)組：實(shí)用新型專利，2013