溴化鋰吸收式熱泵的應(yīng)用與研究探討

劉世宏 梁磊 張建良

（上海電力學(xué)院能源與機械工程學(xué)院 上海 200090 上海熱交換系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心 上海 200090）

我國是一個制造業(yè)大國，能源利用率僅有30%左右，即便是歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，尚有43%～60%的工業(yè)余熱白白浪費掉[1]。因此，深入開展工業(yè)節(jié)能，回收工業(yè)余熱資源是節(jié)能減排的一項重要措施[2]。近幾年溴化鋰吸收式熱泵在工業(yè)余熱節(jié)能環(huán)保尤其是電力、石化、鋼鐵及紡織等行業(yè)得到的大力發(fā)展。

1 溴化鋰吸收式熱泵工作原理

溴化鋰吸收式熱泵工作原理見圖1。發(fā)生器的驅(qū)動熱源為蒸汽或燃料，吸收器和冷凝器構(gòu)成供熱回路對熱網(wǎng)水等熱媒進(jìn)行加熱。蒸發(fā)器通過余熱回路從低品位熱源吸收熱量，產(chǎn)生冷劑蒸汽。運行時溴化鋰稀溶液從溶液泵排出經(jīng)溶液熱交換器升溫后進(jìn)入吸收器，噴淋在傳熱管表面，吸收驅(qū)動熱源熱量產(chǎn)生蒸氣。發(fā)生器中濃溶液通過溶液熱交換器換熱后進(jìn)入吸收器，濃度稀釋放熱，從而完成溴化鋰溶液循環(huán)。而從發(fā)生器蒸發(fā)的蒸氣流經(jīng)冷凝器加熱熱媒后流入蒸發(fā)器吸收低溫余熱進(jìn)而回到吸收器稀釋溴化鋰溶液，從而完成水循環(huán)。熱媒在吸收器和冷凝器兩次被加熱，最終達(dá)到設(shè)計溫度。

圖1 溴化鋰吸收式熱泵工作原理

2 吸收式熱泵在工業(yè)余熱中的應(yīng)用

吸收式熱泵是回收利用工業(yè)余熱的有效裝置，具有節(jié)約環(huán)保的雙重作用。截止2014年初，推向市場的吸收式熱泵項目已達(dá)60多個，總?cè)萘拷?500MW。主要分布電力、石化、鋼鐵及紡織等行業(yè)，具體見表1。

以雞西矸石熱電廠為例，采用吸收式熱泵回收電廠循環(huán)水余熱供暖年節(jié)約標(biāo)煤2.41×104t，減少CO2排放約6.25×104t，減少SO2排放約202.4t，減少NOx排放約176.2t，具有很好的經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境效益。

表1 溴化鋰吸收式熱泵的應(yīng)用案例

3 熱泵的應(yīng)用與研究探討

自1971年日本荏原公司研制出世界首臺溴化鋰吸收式熱泵機組以來，諸多公司一直致力于熱泵的應(yīng)用研究工作。目前國內(nèi)主要有雙良集團(tuán)、大連三洋、煙臺荏原、同方川崎等企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)吸收式熱泵，有如下特點：1.驅(qū)動熱源壓力范圍為0.2～0.8MPa的蒸汽；2.可用工業(yè)余熱一般為20～60℃；3.機組性能系數(shù)可達(dá)1.7～2.4；4.機組耗電小，用電量僅為30kW·h/h左右；5.機組真空運行可靠性高、噪聲小無振動、運行平穩(wěn)壽命長久。但在研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用過程中還應(yīng)注意以下幾個方面：

第一、針對熱泵工質(zhì)對，諸多學(xué)者研究添加第三種（溴化鋰和緩蝕劑外）組分，如CaCl2、C2H6O2等[3]，同時嘗試新工質(zhì)如LiCl·H2O等雖克服了溴化鋰工質(zhì)的不足但造成機組性能系數(shù)偏低，溶解度不理想等新問題。

第二、加強管材耐腐蝕與傳熱性能研究。熱泵機組常用的紫銅管傳熱性能優(yōu)良但其易腐蝕，在熱泵長達(dá)十幾年運行中易出現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象，如三門峽某電廠吸收式熱泵因腐蝕嚴(yán)重被迫停機事故。可以考慮選用耐蝕性能好的奧氏體或鐵素體不銹鋼替代紫銅。強化傳熱方面，KimJK等人對管材表面進(jìn)行微觀處理如表面斜紋，液膜雷諾數(shù)和粗糙度增大等可提高傳熱系數(shù)，ChoHC等研究表明凹凸粗糙的管材傳熱性能比光管好一倍以上。

第三、系統(tǒng)性能優(yōu)化。系統(tǒng)性能的優(yōu)化能夠一定程度上提高性能系數(shù)（COP）。GrossmanG等人20多年做了許多吸收式熱泵系統(tǒng)方面的開創(chuàng)工作，開發(fā)了能夠方便靈活模擬單效、雙效、閉式和開式等機組的ABSIM程序。另外在高性能自動抽真空系統(tǒng)、安全啟動控制系統(tǒng)及專家診斷系統(tǒng)方面有待深入研究探討。

4 結(jié)語

在節(jié)能環(huán)保形勢下，溴化鋰吸收式熱泵在工業(yè)余熱回收利用方面得到初步的發(fā)展與應(yīng)用。不少學(xué)者對熱泵的推廣應(yīng)用、工質(zhì)對研發(fā)、管材選擇、系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)及行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了大量研究。但相比日本國內(nèi)技術(shù)還相對落后，因此，在國家重點支持的情況下，加大對吸收式熱泵的應(yīng)用推廣，促進(jìn)對熱泵的深入研發(fā)與技術(shù)交流，規(guī)范市場，使其在節(jié)能環(huán)保方面取得良好的效益。

[1]郭小丹.基于能的梯級利用的先進(jìn)動力系統(tǒng)研究[D].北京:華北電力大學(xué),2010.

[2]Wang C J, He B S, Sun S Y, et al.Application of a low pressure economizerfor waste heat recovery from the exhaust flue gas in a600MW power plant [J].Energy,2012,48(1):196-202.

[3]耿惠彬,戴永慶,蔡小榮.從第7屆國際吸收式熱泵會議看吸收式技術(shù)的研究和開發(fā)[J].制冷與空調(diào),2003,3(4):1-9.