溴化锂吸收式热泵的应用与研究探讨

刘世宏 梁磊 张建良

（上海电力学院能源与机械工程学院 上海 200090 上海热交换系统节能工程技术研究中心 上海 200090）

我国是一个制造业大国，能源利用率仅有30%左右，即便是欧美等工业发达国家，尚有43%～60%的工业余热白白浪费掉[1]。因此，深入开展工业节能，回收工业余热资源是节能减排的一项重要措施[2]。近几年溴化锂吸收式热泵在工业余热节能环保尤其是电力、石化、钢铁及纺织等行业得到的大力发展。

1 溴化锂吸收式热泵工作原理

溴化锂吸收式热泵工作原理见图1。发生器的驱动热源为蒸汽或燃料，吸收器和冷凝器构成供热回路对热网水等热媒进行加热。蒸发器通过余热回路从低品位热源吸收热量，产生冷剂蒸汽。运行时溴化锂稀溶液从溶液泵排出经溶液热交换器升温后进入吸收器，喷淋在传热管表面，吸收驱动热源热量产生蒸气。发生器中浓溶液通过溶液热交换器换热后进入吸收器，浓度稀释放热，从而完成溴化锂溶液循环。而从发生器蒸发的蒸气流经冷凝器加热热媒后流入蒸发器吸收低温余热进而回到吸收器稀释溴化锂溶液，从而完成水循环。热媒在吸收器和冷凝器两次被加热，最终达到设计温度。

图1 溴化锂吸收式热泵工作原理

2 吸收式热泵在工业余热中的应用

吸收式热泵是回收利用工业余热的有效装置，具有节约环保的双重作用。截止2014年初，推向市场的吸收式热泵项目已达60多个，总容量近2500MW。主要分布电力、石化、钢铁及纺织等行业，具体见表1。

以鸡西矸石热电厂为例，采用吸收式热泵回收电厂循环水余热供暖年节约标煤2.41×104t，减少CO2排放约6.25×104t，减少SO2排放约202.4t，减少NOx排放约176.2t，具有很好的经济、社会与环境效益。

表1 溴化锂吸收式热泵的应用案例

3 热泵的应用与研究探讨

自1971年日本荏原公司研制出世界首台溴化锂吸收式热泵机组以来，诸多公司一直致力于热泵的应用研究工作。目前国内主要有双良集团、大连三洋、烟台荏原、同方川崎等企业研发生产吸收式热泵，有如下特点：1.驱动热源压力范围为0.2～0.8MPa的蒸汽；2.可用工业余热一般为20～60℃；3.机组性能系数可达1.7～2.4；4.机组耗电小，用电量仅为30kW·h/h左右；5.机组真空运行可靠性高、噪声小无振动、运行平稳寿命长久。但在研发生产应用过程中还应注意以下几个方面：

第一、针对热泵工质对，诸多学者研究添加第三种（溴化锂和缓蚀剂外）组分，如CaCl2、C2H6O2等[3]，同时尝试新工质如LiCl·H2O等虽克服了溴化锂工质的不足但造成机组性能系数偏低，溶解度不理想等新问题。

第二、加强管材耐腐蚀与传热性能研究。热泵机组常用的紫铜管传热性能优良但其易腐蚀，在热泵长达十几年运行中易出现腐蚀穿孔现象，如三门峡某电厂吸收式热泵因腐蚀严重被迫停机事故。可以考虑选用耐蚀性能好的奥氏体或铁素体不锈钢替代紫铜。强化传热方面，KimJK等人对管材表面进行微观处理如表面斜纹，液膜雷诺数和粗糙度增大等可提高传热系数，ChoHC等研究表明凹凸粗糙的管材传热性能比光管好一倍以上。

第三、系统性能优化。系统性能的优化能够一定程度上提高性能系数（COP）。GrossmanG等人20多年做了许多吸收式热泵系统方面的开创工作，开发了能够方便灵活模拟单效、双效、闭式和开式等机组的ABSIM程序。另外在高性能自动抽真空系统、安全启动控制系统及专家诊断系统方面有待深入研究探讨。

4 结语

在节能环保形势下，溴化锂吸收式热泵在工业余热回收利用方面得到初步的发展与应用。不少学者对热泵的推广应用、工质对研发、管材选择、系统优化等技术及行业规范标准等进行了大量研究。但相比日本国内技术还相对落后，因此，在国家重点支持的情况下，加大对吸收式热泵的应用推广，促进对热泵的深入研发与技术交流，规范市场，使其在节能环保方面取得良好的效益。

[1]郭小丹.基于能的梯级利用的先进动力系统研究[D].北京:华北电力大学,2010.

[2]Wang C J, He B S, Sun S Y, et al.Application of a low pressure economizerfor waste heat recovery from the exhaust flue gas in a600MW power plant [J].Energy,2012,48(1):196-202.

[3]耿惠彬,戴永庆,蔡小荣.从第7届国际吸收式热泵会议看吸收式技术的研究和开发[J].制冷与空调,2003,3(4):1-9.