直燃型吸收式热泵的综合利用

直燃型吸收式热泵的综合利用

全球气候恶化已成为人们关注的焦点。人们需要减少这种现象，减少二氧化碳排放。能源是人类关心的另一个重要问题。能源消耗，提高能源利用效率，研究和开发节能技术和节能产品，缓解能源短缺。基于上述原因,热泵技术愈发引起各国重视,并得到了广泛的推广应用。热泵与水泵类似,但它提升的是热能,它可以从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能,经过电力做功,提供可被人们所用的高品位热能。热泵是基于逆卡诺循环,具有供热、供冷两种功效的装置。所以热泵技术在农业领域具有较高的发展前景,除了用于农副产品的干燥外,还广泛应用于住宅的取暖及空气调节、食品加工业以及服务行业等各种产业。目前吸收式热泵的应用实例并不多见,但是它具有巨大的节能潜力,所以近年来各工业化国家都先后开展了这一项目的研究和推广应用,并取得了显著的节能和环保效果。沼气是一种绿色能源,主要成分为甲烷,燃烧一个单位的甲烷可以减排21个单位的二氧化碳。而且我国农村地区具有丰富的沼气资源,若把这种可再生能源与吸收式热泵结合在一起工作,将进一步促进二者的发展,可以缓解我国能源短缺和环境污染的现状,具有较大的发展潜力。1吸收式热机的工作和节能原则1.1热泵中冷却剂的循环方向压图推动吸收式热泵工作的主要动力为热能,通过二元溶液的吸收发生以及热泵工质的蒸发冷凝等循环过程,实现对工作对象的供热。吸收式热泵主要由以下部件构成:吸收器、溶液泵、溶液阀、溶液热交换器、发生器、冷凝器、节流阀和蒸发器(见图1)。循环的介质是在很低的温度下能蒸发的冷冻剂,如氨、氟利昂等。图2表示热泵中冷却剂循环方向(压焓图),显示出热泵的工作流程:液态冷却剂在蒸发器内吸热汽化,变为蒸汽后进入吸收器内被二元溶液吸收并放热,之后二元溶液经溶液泵及溶液热交换器输送至发生器,在发生器内被外界热源加热,部分制冷剂蒸发成蒸汽,从溶液中分离出来,进入冷凝器。而进入冷凝器的蒸汽经放热后被冷凝成为液体,又经节流阀进入蒸发器,如此循环往复。吸收式热泵的工作原理与制冷机相同,都是按照逆卡诺循环原理工作的,都是利用了吸收剂吸收制冷剂后沸点升高这一特性,不同的只是工作温度范围不一样。1.2吸收式热泵的分类吸收式热泵是以吸收式制冷机技术为基础发展起来的,它利用循环工质的吸收和循环来实现热泵的工作过程,利用热能直接驱动,回收利用中低温废热,既提高了能源利用率,又降低了温室气体排放量。按照各主要部件的组合情况以及内部循环过程的不同,吸收式热泵可以分为两类:第Ⅰ类吸收式热泵(absorptionheatpump,简称AHP)和第Ⅱ类吸收式热泵(absorptionheattransformor,简称AHT)。前者也称为增热型热泵,通过向系统输入高温热能,将低温热源的温度提高,目的是获得大量的中温热能,供给用户使用;后者也称为升温型热泵,通过向系统输入中温热能,将低温热源的温度提高,目的是获得一部分高温热能,另一部分则排放至环境之中。上述两类吸收式热泵的节能方法都根据同一个原理,充分利用低级热能,尽量降低高级热能的消耗。所以将低级能源(如农村灶台余热、沼气等)应用于吸收式热泵之上,不仅能提高能源利用率,还可以减少燃烧燃料产生的SOx、NOx等气体和烟尘的排放量,缓解环境污染的问题。1.3供热应用特性直燃型吸收式热泵属于第Ⅰ类吸收式热泵,采用热能(如燃油、燃气、热水等)作为补偿能源,从低温热源取热,提供中温的工艺或者采暖热水。在低温热源方面,温度在15℃以上的热水即可。在供热需求方面,油田、冶金等行业以及北方地区的办公楼、宾馆、住宅、商场等场所都需要供热。此类热泵具有较大的温差制热特性,其升温特性曲线见图3。从中可以看出吸收式热泵的最大温升可达到70℃,此特性很适合即热式供热系统。目前,我国在直燃型吸收式热泵方面的技术已经成熟,成为生产大国。国内许多生产厂家如远大集团在此领域投入大量资金,取得了较大的成绩。单效和双效直燃机组的性能系数分别为0.7、1.2,并且三效直燃机组已经达到了1.5以上。2沼气冷热经济分析2.1沼茶果酒的发展现状我国农村地区沼气资源丰富,有着广泛的原料来源,例如农村的秸秆、废弃物以及生活垃圾等。若将这种可再生能源与直燃型吸收式热泵结合起来,不仅极大地缓解了我国能源短缺的问题,还能促进二者的应用,有着广阔的发展前景。据实验测定,沼气燃烧时最高温度可达1400℃,1m3沼气完全燃烧的发热量约为20800～23600kJ,相当于0.7kg无烟煤完全燃烧的热量。一口10m3的沼气池,一年可产沼气400m3,造价仅1000余元,而其产生的热值相当于1000～2000kg的煤,或节电2000kW·h左右。沼气与煤气及天然气的数据比较见表1。2.2种制冷量per的计算影响热泵性能经济性评价的因素很多,总的原则是围绕“节能环保”和“经济效益”两个主题。热泵的性能系数COP是评价热泵节能性的重要指标之一,另一种指标是一次能源利用率PER。与电动热泵机组相比,直燃型吸收式热泵的热力系数较低,不过两者的计算标准不同,不能作为比较二者经济性的条件,以一次能源利用率PER为比较依据较为合理。选取直燃型热泵和电动热泵机组作为比较对象,两者具有相同的制冷量,主要性能参数见表2。对于直燃型热泵,其一次能源利用率的计算公式为:PER=Q0Q1+PηΡER=Q0Q1+Ρη其中:PER为一次能源利用率;Q0为制热(冷)量(kW);Q1为制热(冷)耗热量(kW);P为耗电量(kW);η为供电效率,取0.3。对于电动热泵,其一次能源利用的计算公式为:PER=Q0P/ηΡER=Q0Ρ/η将表2的数据带入公式计算,可得二者的PER(见表3)。由表3看出,无论是制冷还是制热的情况下,直燃型热泵的一次能源利用率都比电动热泵高,说明直燃型热泵的系统性能要优于电动热泵。2.2直接燃烧型热泵由表1可以看出,沼气的比价较煤气和天然气要低,而且生产成本也具有相当大的优势。另外,沼气直燃型吸收式热泵的一次能源利用率也要比电动热泵高。显然在系统经济性方面,沼气直燃型吸收式热泵具有更大的优势。3沼气直燃型热泵的系统经济性分析吸收式热泵采用逆卡诺循环的工作原理,充分利用低级热源,既具有较好的节能效果,又减少了有害气体的排放,保护了环境,近年来在国内