溴化锂吸收式热泵机组在余热供热领域中的应用

1、文章编号:CAR257溴化锂吸收式热泵机组在余热供热领域中的应用张长江(江苏双良空调设备股份有限公司江阴 214444摘 要溴化锂吸收式热泵机组以热能驱动运行,从低品位热源吸取热量,制取满足工艺或采暖用热水或蒸汽,能有效回收利用低温热能,节能效果显著,是余热供热领域中的重要技术装备。本文介绍了多种溴化锂吸收式热泵机组及其应用案例,为不同余热资源、热能条件和供热需求的场所进行余热供热设计提供技术参考。关键词溴化锂吸收式热泵机组余热利用供热一类热泵二类热泵APPLICATION OF LITHIUM BROMIDE ABSORPTION HEAT PUMP IN WASTE HEAT RECOVE

2、RY SECTORZhang Changjiang(Jiangsu Shuangliang Air-conditioning Equipment Company Ltd., Jiangyin 214444Abstract Lithium bromide absorption heat pump unit operate with heat energy source; obtain heat from low level waste heat to produce hot water or steam for industrial process heating or air-conditio

3、ning heating; it can recover low temperature waste heat efficiently and save energy significantly. So it is key equipment in waste heat recovery heating sector. This paper introduces several kinds of lithium bromide absorption heat pumps with application case studies and it may serve as references w

4、hen design waste heat recovery heating system on different waste heat source, under different heat energy condition and for different heating requirements.Keywords Lithium bromide absorption Heat pump unit Waste heat recovery Heating The first category heat pump The second category heat pump能源是国民经济发

5、展的物质基础,随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,我国对能源的需求量日益增大,经济和社会快速发展面临的能源约束矛盾和能源使用带来的环境污染问题日益突出。因此,提高能源利用率和利用效率,加强余热回收利用和可再生能源利用,是节约能源、缓解能源供需矛盾、降低碳排放、保护环境的根本措施,也是实现我国经济增长方式从粗放型向节约型转变的重要途径和实施“可持续发展战略”的必要措施。提高一次能源利用率和终端用能效率,加强余热回收利用是节约能源的主要途径,这涉及到各种高效节能设备、余热回收利用设备和节能技术的应用。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,是以热能驱动运行,溴化锂溶液为吸作

6、者简介:张长江,(1960- ,男,高级工程师,技术部副经理。主要研究方向:溴化锂吸收式技术、热电冷联产技术。收剂,水为制冷剂,从低品位热源(或废热热源吸取热量,制取满足工艺或采暖用中、高温热水或蒸汽,实现余热回收利用、从低温向高温输送热能的供热设备。其驱动热能可是蒸汽、高温烟气、直接燃烧燃料(燃气、燃油产生的热量,甚至是废热热水或废热蒸汽,其最大优势在于余热回收利用,在节能技术和余热供热领域中将发挥越来越重要的作用。在化工、冶金、制药、纺织、采油、电力等行业生产工艺过程中,随作生产的进行,往往有大量废蒸汽、废热水、废烟气等废热排放。这些废热排放不但浪费能源,还对环境造成热污染。如果在这些行业

7、中同时具有供热(工艺供热或空调供热需求,就可配置溴化锂吸收式热泵机组,回收利用生产中排放的余热来满足部分或全部供热需求,达到节约能源,降低生产成本的目的。此外,利用溴化锂吸收式热泵机组,还可吸取和利用地下水、地表水等低品位热源热水的热能用于供热,达到节能降耗和降低供热费用的目的。根据余热条件和供热需求的不同,可配置不同的溴化锂吸收式热泵机组。1 第一类溴化锂吸收式热泵机组第一类溴化锂吸收式热泵机组是一种以热能作为补偿能源,从低温热源取热,对外提供工艺用或生活用热水的供热设备。在低温热源方面,温度15的热水即可用做低温热源,油田、化工、冶金、焦化、发电等行业生产中存在的采油分离水、工艺废热水、循

8、环冷却水,以及低压废蒸汽等无法直接利用的低温废热源均是良好的低温热源,地下水、城市生活污水、湖水、河水、海水等也可作为低温热源。在供热需求方面,油田、化工、冶金、焦化等行业的生产工艺中往往需要大量中温热水;冬季采暖季节,北方地区的办公楼、商场、宾馆、住宅等场所都需要供热。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。第一类溴化锂吸收式热泵机组的升温特性如图1所示。 第一类溴化锂吸收式热泵机组的输出热量等于从低温热源回收的废热热量和驱动运行用补偿热量之和,输出热量始终大于所消耗的高品位热源热量,故又称为

9、曾能型热泵。补偿热量、从低温热源回收的废热热量及输出热量之间的比例为1:0.65:1.651:0.85:1.85,即机组的性能系数(COP 为1.651.85,比采用锅炉供热节能40%46%,节能效果显著。因此,在同时具有低温热源和供热需求的场所采用第一类溴化锂吸收式热泵机组,可大幅度降低能源消耗和提高经济效益,同时降低碳排放,有效保护环境。根据不同的低温热源、补偿热源(加热源条件和供热需求,有以下几种第一类溴化锂吸收式热泵机组可供选用。1.1 蒸汽型第一类溴化锂吸收式热泵机组蒸汽型第一类溴化锂吸收式热泵机组的驱动热源为0.20.8MPa 的蒸汽,低温热源的热水出口温度须高于5。供热热水的出口

10、温度比低温热源的热水出口温度高4060,供热热水的温升幅度和加热蒸汽的压力有关,供热热水出口温度可达到100。蒸汽型第一类溴化锂吸收式热泵机组的流程如图2所示,根据不同的运行工况,机组的COP 为1.751.85。例如,胜利油田换热站采用6台单机供热量7700kw 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,低温热源为通过对采油污水换热获得的温度为45的余热热水,提供85的采暖热水,替代原来的原油加热炉,每年节省原油约5600吨,每年节能效益高达上千万元。目前,蒸汽型第一类溴化锂吸收式热泵机组正在热电厂得到推广应用,用于回收蒸汽轮机发电机组的乏汽冷凝热,提供集

11、中供热热水。由于热电厂的乏汽冷凝热热量巨大,冬季需要供热的已有和新增建筑面积巨大,蒸汽型第一类溴化锂吸收式热泵机组在热电厂的推广应用必将创造巨大的经济效益和社会效益。图2 蒸汽型第一类溴化锂吸收式热泵机组流程图1.2直燃型第一类溴化锂吸收式热泵机组直燃型第一类溴化锂吸收式热泵机组的驱动热源为直接燃烧燃料提供的热量,对低温热源的要求与蒸汽型第一类溴化锂吸收式热泵机组相同,供热热水的出口温度比低温热源的热水出口温度高4060,最高可达100。直燃型第一类溴化锂吸收式热泵机组的性能系数(COP为1.651.75,与热效率92%的锅炉相比,节能40%43%。机组流程图如图3所示。 图3 直燃型第一类溴

12、化锂吸收式热泵机组流程图例如,华北油田采油厂正在安装的2台单机供热量2910kw的直燃型第一类溴化锂吸收式热泵机组,补偿热源为燃烧油田伴生气或原油提供的热量,低温热源为通过对采油污水换热获得的温度为50的余热热水,提供85的采暖热水。机组投入运行后,每年可节省原油约750吨。1.3烟气型第一类溴化锂吸收式热泵机组烟气型第一类溴化锂吸收式热泵机组的驱动热源为温度250的高温烟气,对低温热源的要求与蒸汽型及直燃型第一类溴化锂吸收式热泵机组相同,供热热水的出口温度比低温热源的热水出口温度高4060,最高可达100。该机组可用燃气发电机组、工业窑炉或其它装置排放的高温余热烟气作为驱动热源,能耗费用极低

13、。尤其是在热电冷联产(CCHP系统中配置烟气型溴化锂吸收式冷水(热泵机组,冬季系统热电联供运行时,利用发电机组排放的高温段烟气热量作为烟气型冷水(热泵机组的驱动热源,回收利用发电机组排放的低温段烟气热量,提供空调热水,可大幅度提高系统的能源综合利用率。烟气型第一类溴化锂吸收式热泵机组的流程如图4所示,机组的COP 为1.751.85。以供热量2330kw的烟气型第一类溴化锂吸收式热泵机组为例,机组运行时的能耗仅为约10kw的电功率,与热效率92%的锅炉相比,节能95%以上。 图4 烟气型第一类溴化锂吸收式热泵机组流程图第一类溴化锂吸收式热泵机组的机型、单机供热量范围、热源条件、应用领域等见表1

14、所示。表1 第一类溴化锂吸收式热泵机组选型一览表机型单机供热量(kw热源种类热源条件提供热水应用领域蒸汽型116023500低温热源热水、蒸汽低温热源热水温度15,蒸汽压力0.2MPa60100有低温热水、蒸汽和供热需求的场所直燃型11609300低温热源热水、燃气(油低温热源热水温度1560100有低温热水、燃料和供热需求的场所烟气型11609300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60100有低温热水、高温烟气和供热需求的场所2 第二类溴化锂吸收式热泵机组第二类溴化锂吸收式热泵机组采用中温废热源驱动,用低温冷却水冷却,对外提供温度高于废热

15、源温度的采暖或工艺用热水或蒸汽,故又称为升温型热泵机组。第二类溴化锂吸收式热泵机组的供热热水出口温度及升温幅度与废热源出口温度及冷却水出口温度有关,废热源出口温度越高,冷却水出口温度越低,则供热热水出口温度及升温幅度越高(如图5所示。将二类热泵机组输出的高温热水送入闪发罐闪发,可获得工艺加热用蒸汽,从而减少蒸汽锅炉的燃料耗量。图5 第二类溴化锂吸收式热泵机组升温特性由于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。废热源可是废热热水,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。热水型第二类溴化锂吸收式热泵机组的流

16、程如图6所示。 图6 热水型第二类溴化锂吸收式热泵机组流程图第二类溴化锂吸收式热泵机组的中温废热源热量(无直接利用价值的热量、输出的高温热量(有直接利用价值的热量及低温热量(由冷却水带走、无直接利用价值的热量之间的比例约为1:0.48:0.52,即机组的性能系数(COP为0.48,余热回收利用率高。例如,大庆石化总厂化工厂在橡胶生产工艺中应用的一台供热量3490kw的化工多组分二类热泵机组(工艺流程图如图7所示,每年节省蒸汽6.4万吨,冷却水用量仅为原系统用量的50%,节能效益每年高达 600万元人民币。图7 橡胶生产二类热泵应用工艺流程图第二类热泵机组的机型、单机供热量范围、热源条件、应用领域等见表2