吸收式热泵在供热应用中的高效化研究

2013-01-31徐长周李娉婷

机电信息 2013年10期

张浩徐长周李娉婷

（大连三洋制冷有限公司，辽宁大连 116600）

0 引言

在国家大力倡导节约能源、保护环境的大背景下，热泵作为一种高效、环保的供热手段因符合国家政策导向，近年来在全国获得了大范围的推广和应用，并取得较好的节能、减排效果。目前热泵主要包括空气源热泵、污水源热泵、地源热泵、海水源热泵及溴化锂吸收式热泵。不同热泵适用的条件不同，其性能也不同，其中溴化锂吸收式热泵具有制热温度高、能效比高、单机制热量大、可靠性高、环保性好等特点，成为近几年学术界研究的热点和余热回收领域推广的重点。本文结合溴化锂吸收式热泵在供热系统中的应用方式，考虑换热器热损失以及整体管网能力最大化，对吸收式热泵机组内部运行构架以及系统流程进行分析，寻求一种可提高溴化锂吸收式热泵供热系统应用效率以及供热能力的方法。

1 第一类溴化锂吸收式热泵的原理及特点

1.1 第一类溴化锂吸收式热泵的原理图

图1 为第一类溴化锂吸收式热泵的循环原理图，从图中可知，第一类溴化锂吸收式热泵的运行原理与单效吸收式制冷机相同。

图1 第一类溴化锂吸收式热泵的循环原理图

其制热量为发生器输入热量Qg与蒸发器吸收热量Qe之和，因此其制热的热力系数（COP）将恒大于1，一般约为1.6～1.8，而制取相同温度热水的燃料锅炉的热力系数（COP）一般为0.8～0.9。由此可见，利用其替代燃料锅炉供热，可大幅节约能源消耗。另外，溴化锂吸收式热泵的高温驱动热源，除可采用天然气、轻油等燃料能源，也可采用高温热水、水蒸汽等二次能源，更可采用燃气发电机、工业窑炉等产生的余、废热烟气、工厂工艺排出的余、废热水或余、废蒸汽等废热能源。而可作为其低温热源的余、废热能源也非常广泛，包括油田采油伴生污水、地热水、城市供暖尾水、电厂循环冷却水、轴冷水、化工工艺低温余、废热水、工厂烟气脱硫水等等。

1.2 第一类溴化锂吸收式热泵的特点

1.2.1 具有显著的节能性

制取相同热量和温度的热水，其消耗的燃料约为热水锅炉的50%左右，如表1所示。

表1 第一类溴化锂吸收式热泵与燃气锅炉性能对比表

1.2.2 可实现热源水、热水大温差设计

对于第一类溴化锂吸收式热泵，由于工质的性质不同于蒸汽压缩式热泵，其低温热源侧可实现20 ℃左右的温差设计，热水侧可实现高达55 ℃的温差设计。而蒸汽压缩式水源热泵的同侧水源温差一般不超过10 ℃。

1.2.3 具有较大的装机容量

蒸汽压缩式水源热泵主要产品的螺杆热泵机组，其双机头的装机容量一般不超过2 MW，而目前溴化锂吸收式热泵的最大单机装机容量约为32 MW，特别符合目前中国市场对大容量热泵机组的需求。

1.2.4 具有超强的环保性

溴化锂吸收式热泵采用“溴化锂－水”为工质，对臭氧层无破坏，意外泄露不会造成环境污染，属环保工质。

2 溴化锂热泵在供热系统应用现状分析

在供热二级站应用溴化锂吸收式热泵的换热系统可增大一级供热管网的换热温差，是一种增大现有管网供热能力、减少供热投资的有效途径。吸收式热泵换热系统主要由温水型溴化锂吸收式热泵及换热器组成，因溴化锂吸收式热泵制热效率一般为1.6～1.8，换热器的换热不考虑损失效率可认为是1.0，而目前该系统中吸收式热泵驱动热源热量、吸收式热泵回收余热热量以及换热器换热量三者比例为1.6∶1.0∶1.6，也就是说，目前该系统的综合效率为1.3左右。那么在该系统中如果能让吸收式热泵回收更多的热量，不仅系统的综合效率会随之上升，也会更进一步加大一级管网供热温差，从而更进一步增大现有供热管网供热能力，现状如图2所示。

图2 原吸收式热泵机组（系统）流程图

3 高效方案研究

现提出一种高效率溴化锂吸收式热泵换热机组，该机组与换热器结合使用，可进一步提高吸收式热泵换热机组中吸收式热泵回收热量，从而提高系统效率，增大供热管网温差，增大现有供热管网供热能力。

为实现上述目的所采用的技术方案是：在现有温水型溴化锂吸收式热泵基础上增加回热器机器连接管路，利用该回热器可使溴化锂吸收式热泵在换热系统中回收更多热量，从而提高换热系统效率。因一级管网热水作为溴化锂吸收式热泵的驱动热源后，其温度与溴化锂吸收式热泵的浓溶液温度相当，但仍高于稀溶液温度，就是利用增加的回热器使溴化锂吸收式热泵的稀溶液与从发生器出来的一级管网热水进一步换热，从而加大一级管网热水作为溴化锂吸收式热泵驱动热源部分的使用量，因溴化锂吸收式热泵驱动热源热量与回收低温余热量是成比例的，所以溴化锂吸收式热泵回收的低温余热热量也会进一步加大，这样就使该换热系统中吸收式热泵回收更多的一级管网热水热量，而换热器回收的热量减少，实现提高吸收式热泵换热系统效率的目的，如图3所示。

图3 高效改进后吸收式热泵机组（系统）流程图

该溴化锂吸收式热泵换热机组主要由溴化锂吸收式热泵、换热器、一级管网热水系统及二级管网热水系统组成，其中溴化锂吸收式热泵主要由发生器1-1、冷凝器1-2、吸收器1-3、蒸发器1-4、回热器1-5等构成，其特点是机组增加回热器，可使溴化锂吸收式热泵回收更多的一级管网热水热量，从而提高吸收式热泵换热机组的系统效率。

该机组运行过程为：一级管网热水3进入发生器1-1作为驱动热源实现一次换热降温后，进入回热器1-5与溴化锂溶液热交换实现二次换热降温，然后进入换热器2与二级管网热水换热实现3次换热降温，最后进入蒸发器1-4进行余热回收实现4次换热降温后作为一级管网回水；二级管网回水4可以串联也可以并联进入溴化锂吸收式热泵的吸收器1-3、冷凝器1-2和换热器2，然后混合后作为二级管网供热热水。该系统因增加回热器1-5回收的热量，使溴化锂吸收式热泵在该换热系统中利用更多的热量作为驱动热源，与之对应的蒸发器回收的低温余热也更多，这样在该系统中吸收式热泵可以回收利用的一级管网热量更多，换热器回收热量减少，因溴化锂吸收式热泵效率远高于换热器，因此应用该系统可提高系统综合换热效率，也可使一级管网供热温差进一步加大。

以上系统中，溴化锂吸收式热泵可以与换热器分开设置，也可整体设置。二级管网热水进入溴化锂吸收式热泵与换热器可以是串联的，也可以是并联的。

从上述描述来看，如此的吸收式热泵供热系统较传统的系统流程相比，系统的综合效率将得到有效提高，将从1.3提高至1.4以上，并且可大幅度增加一级管网供热温差，提高一级管网的供热能力。