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1、低温余热回收技术-热泵节能技术时间:2007-10-2011:23:19来源:原创作者:剑气书生1引言在工业生产中,不但需要大量能源,而且产生和浪费了大量各种型式的余热,特别是低温位余热。实践证明,低温余热完全可以作为二次能源开发和利用,其中采用热泵技术就是重要方法之一。近年来,国外热泵技术已成功地应用于许多工业部门,并取得了良好的节能效果。我们知道,热量可以自发地从高温物体传递到低温物体,但不能自发地沿相反方向进行传递。然而,根据热力学第二定律,若以机械功作为补偿条件,热量也可以从低温物体转移到高温物体中去。热泵就是根据这一定律,靠消耗一定能量(如机械能、电能)或使一定能量的能位降级,迫使热
2、量由低温热源(物体)传递到高温热源(物体)的机械装置。热泵的工作原理与制冷机相同,只是目的不同而已。用于供冷的称制冷机;用来供热的则称热泵,二者均按逆卡诺循环方式工作。2热泵的分类利用热泵的工作有二:一是使低温余热的温位提高,使之获得较高温度后的热源能用于工艺过程,这种热泵称为温度提高型热泵。二是将低温热源的余热传递给高温热源,满足整个系统能量平衡的需要,这种热泵称为热量获得型热泵。热泵按其工作原理还可分为蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、化学式热泵三大类。压缩式热泵按其介质的循环方式可分为开式热泵和闭式热泵。不同类型热泵的工作原理是不相同的,蒸汽压缩式热泵按其工作原理又可分为机械压缩式和蒸汽喷射压
3、缩式两种。化学式热泵目前还处于探索、研究阶段。这里主要介绍蒸汽压缩式热泵的机理、节能原理及其在化工中的应用前景。3热泵工作原理3.1机械压缩式热泵的工作原理低温蒸汽通过压缩机吸收外功后,提高其温位者称机械压缩式热泵。由于压缩机的压缩比一般都比较大,故余热温位可以得到较大提高,这种热泵属温度提高型热泵,其工作原理如图1所示。构成机械压缩式热泵的主要部件有蒸发器2、压缩机3、冷凝器4、膨胀阀(节流阀)6等。所用循环工质均为低沸点介质,如氟利昂、氨等。机械压缩式热泵系统的工作过程如下:低佛点工质流经蒸发器时蒸发成蒸汽,此时从低温位处吸收热量,来自蒸发器的低温低压蒸汽,经过压缩机压缩后升温升压,达到所
4、需温度和压力的蒸汽流经冷凝器,在冷凝器中,将从蒸发器中吸取的热量和压缩机耗功所相当的那部分热量排出。放出的热量Q就传递给高温热源5,使其温位提高。蒸汽冷凝降温后变成液相,流经节流阀6膨胀后,压力继续下降,低压液相工质流入蒸发器,由于沸点低,因而很容易从周围环境吸收热量而再蒸发,又形成低温低压蒸汽,依此不断地进行重复循环。此时,若将蒸发器放在盛水的容器中,蒸发器内的低沸点介质,就吸收水中的热量,使水温不断下降而成冰水(甚至结冰)。吸收了周围环境热量的蒸汽再进入压缩机,供给压缩机以功(机械功或电能)而驱动压缩机不断运行,如此循环往复不断,就能使低温热量连续不断地传递到高温热源处,以满足工艺和其他方
5、面的需要,从而使难以直接利用的低温位热能得到有效的利用,达到节能目的。故热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置。图1机械压缩式热泵的工作原理图1-低温热源;2-蒸发器;3-压缩机;4-冷凝器;5-高温热源;6-节流膨胀阀3.2蒸发喷射压缩式热泵蒸汽喷射压缩式热泵是利用高温位热量QH(温度T1)为代价,通过蒸汽喷射器,将低温热源QL的温度T2提高到用户所需要的热位Q(温度T),其工作原理如图2所示。图2蒸汽喷射压缩式热泵从热力学观点,这种吸收式热泵可以认为是在高温热源(T1)与低温热源(T2)间工作的提供高质能的压缩式热泵。这种热泵可取得较好经济效益,除喷射器造价低,操作简便外,作为高温热源
6、的动力蒸汽通常为515MPa,在此压力范围内的蒸汽,一般中小型化工厂都有,特别是一些小型化工厂往往还节流降压,有效能量未作功而降级使用,造成浪费。若用此高温热源通过蒸汽喷射压缩式热泵,可使低温位余热获得充分利用。喷射式热泵装置最大特点是没有(或很少)转动部件,这是机械压缩式热泵所做不到的。4热泵节能原理及经济性分析4.1节能的简单原理一台比较完善的热泵,只需消耗少量的逆循环净功,就可能获得较大的供热量Q。这不是能量不平衡问题,它仍然遵循着能量守恒定律。这是因为伴随着低温热源(冷源)把一部分热量q传递给高温热源的同时,热泵所消费的逆循环净功W也转化为热量而一同流向(传递)给高温热源。通俗点说,热泵节能的原理就是把还没有完全做完功(有潜能)的低温位热能泵”回到高温位热能中,使其与其他高温位热能一起做功;在完成这一轮功的同时,还会有低温位热能产生,热泵再次将其泵”回到高温位热能中,使其再做功,如此反复。热泵是利用了低温位热能,而不是增加能量,过去这部分低温位热能是白白流失掉了。4.2经济分析当热泵采用电动机驱动时,其经济性主要取决于热泵的实际制热系数屮e与当地实际电/热比价K的大小。屮e的意思是当热泵消耗电功为Wp(折算成热量)时所能获得热量Qp(即e=Qp/Wp)。只有当获得
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