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陕西某化工集团循环冷却水余热回收节能案例
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陕西某化工集团循环冷却水余热回收节能案例
时间: 2012-06-28 09:45:03 作者: www.cerohs.com 点击:

 

一、概述

1.1项目提出的背景

陕西某化工集团生产过程中会产生大量低温冷却循环水,这种冷却循环水中含有大量的潜热。在现有的生产工艺流程中无法加以利用,既浪费热能又耗费水资源。利用工业热泵技术,用37℃/30℃的冷却循环水提取10℃的热量,用于加热生活热水及厂区建筑物冬季采暖,该项目的实施减少了热量的流失,同时也减少水的消耗,是一举多得的好项目。

1.2项目概述

本工程为陕西某化工集团冷却循环水余热回收项目,该项目位于陕西省。该项目主要是利用工业热泵系统提取冷却循环水中热量用于加热生活热水及厂区建筑冬季采暖

厂方提供冬季末端冷却循环水平均流量为90000m3/h左右冷却循环水夏季温度为37℃,冬季为30℃,部分外漏冷却循环水有少量的热量损失忽略不计,根据厂家提供的原始数据,提取100m³/h的冷却循环水10℃温差,其热值可以满足加热生活热水的需求,提取480m³/h的冷却循环水10℃温差,其热值可以满足厂区建筑物冬季采暖需求。

二、技术介绍

2.1 离心式热泵技术

2.1.1热泵的应用

热泵的主要目标,一是在建筑物中使用,使室内温度达到采暖设计温度;二是在工业装置中使用,将热量从低温物质转移到高温物质中,达到制热的目的,同时节省了能量消耗。据国内外研究数据,电驱动的热泵用于建筑物取暖时,提供100 kW·h的热量,仅需消耗20-40 kW·h的电能;对于工业应用的热泵,可以实现更高的性能,提供同样热量所消耗的电能只有12-30 kW·h。因而热泵的节能潜力十分可观。

2.1.2热泵工作原理及流程

如图所示,热泵主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器4大部件构成。热量的传递由一定的工质完成,在蒸发器中工质在较低的温度Tc下蒸发,吸收热量Qi,本身由液态变为气态,而被冷却的物料温度降低;然后气相工质进入压缩机,压缩到较高压力,压缩后工质的温度升高到TH,遂进入冷凝器,在冷凝器中工质放出热量Qo,本身变成液体;液态工质经膨胀阀膨胀到低压后温度降低到Tc,再次进入蒸发器,这样就完成了一个热力循环。值得注意的是,热泵循环中的冷凝器和蒸发器均是相对工质而言的。工质在冷凝器中冷凝,于是放出热量,故对物料而言冷凝器实际是相当于加热器的作用;工质在蒸发器中蒸发,本身吸收热量,故对物料而言蒸发器实际是相当于冷却器的作用。

热泵系统主要部件及流程

2.1.3热泵的性能系数(COP)

卡诺热泵循环性能系数

任何热泵的性能系数都可定义为热泵输出的热量和输入的净功之比值。理想热泵的性能系数等于逆卡诺循环的性能系数,也即理论上的最大值,该性能系数代表了热泵效率的高低,图2是卡诺循环的温熵图,对于理想卡诺循环,工质将沿状态1-2-3-4变化。由此可得到理想卡诺循环的热泵性能系数:

式中:为沿路径2-a-b-3-2所围绕的面积;为沿路径1-2-3-4-1围绕的面积;Qo为热泵输出热量;We为压缩机输入功率;Wt为膨胀

机输出功率,TH为工质冷凝温度;Tc为工质蒸发温度。

由公式(1)可以看出,性能系数恒大于1。公式(1)还可看出,热泵的效率主要取决于TH和Tc之间的差值,该差值愈小,即分母愈小,热泵效率愈高,也即工质的冷凝温度和蒸发温度愈接近,效率就愈高。故体系能否应用热泵,主要取决于以下2个因素:①热泵系统冷凝温度和蒸发温度之问的差别;②能否找到符合这2个温度的适当的工质。

热泵的实际性能系数

热泵的实际性能系数是衡量热泵性能的重要指标,其定义如下:

COP=Qo/W      (2)

式中:Qo为热泵放出的热量;W为驱动热泵所需的功。

热泵所能提供的热量理论上等于热泵从热源吸收的热量和驱动热泵所需能量之和,故Qo>WCOP值必大于1从图1可以看出,蒸发器从物料吸收热量Qj,而冷凝器向物料放出热量Qo,而驱动压缩机需要外界输入功率W。根据能量平衡原理,有

Qi+W=Qo         (3)

热泵的卡诺效率

卡诺效率是实际COP值与理想值的比,即

 

 

 

 

对于小型电驱动热泵,卡诺效率一般在30%一50%之间,对于大型电驱动热泵系统,该效率可达50%-70%。由于实际过程存在种种效率问题,故实际COP值多在理想值的50%。需要指出的是,实际中的热泵系统和理想循环有所不同。由于理想热泵的等熵膨胀所用膨胀机结构复杂,价格昂贵,所以实际上往往采用简单的节流阀来代替;再加上实际操作中为避免工质液体进入压缩机导致危险,往往会使工质稍微过热,这就导致实际热泵的结构和性能曲线与理想热泵有较明显的差异。

2.2溴化锂工业热泵机组介绍

第一类吸收式热泵也称增量型热泵,是以消耗高温热能作为代价,通过向系统输入高温热能,进而从低温热源中回收一部分热能提高其温位,以中温位的热能供给用户

溴化锂吸收式热泵原理介绍

   第一类溴化锂吸收式热泵机组是一种以高温热源(蒸汽、高温热水、燃油、燃气)为驱动热源,溴化锂溶液为吸收剂,水为制冷剂,回收利用低温废热的能量,制取所需要的工艺或采暖用高温热媒(热水),实现从低温向高温输送热能的设备。热泵由蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、热交换器等主要部件及抽气装置、屏蔽泵(溶液泵、冷剂泵)等辅助部分组成。抽气装置抽除了热泵内的不凝性气体,并保持热泵内一直处于高真空状态。

制热循环特征

蒸发器:冷剂泵将冷剂水液囊的冷剂水抽出并滴淋在蒸发器传热管表面,吸收流经传热管内低温热源的热量,使低温热源的温度降低流出,冷剂水吸收低温热源的热量后汽化成冷剂蒸汽,流入吸收器。

Ø 吸收器:具有极强的吸收冷剂蒸汽能力的溴化锂浓溶液从吸收器顶部滴淋而下,在吸收冷剂蒸汽的同时放出冷剂蒸汽的凝结热,加热流经吸收器传热管内的热媒,使其温度升高后流入冷凝器,溴化锂浓溶液在吸收冷剂蒸汽后浓度降低,汇集在吸收器底部,被溶液泵抽出,经热交换器升温后进入发生器。

Ø 发生器:溴化锂稀溶液在发生器内被驱动热源(燃油、燃气、蒸汽)加热浓缩,分离出冷剂蒸汽,浓溶液经热交换器传热管间与溴化锂稀溶液进行热量交换后流回吸收器,吸收蒸发器中产生的冷剂蒸汽;而发生器产生的高温冷剂蒸汽流入冷凝器。

Ø 冷凝器:发生器产生的高温冷剂蒸汽在冷凝器中加热流经冷凝器传热管内的热媒,使其温度再次升高后流出热泵供用户使用。同时冷剂蒸汽放出热量后凝结成冷剂水,经U形管节流后流回蒸发器。

Ø 热交换器:提高进入发生器稀溶液的温度,降低流回吸收器浓溶液的温度,从而减少发生器所需的热源热量,提高机组效率。

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