CN102155810B - 一种吸收式高温热泵系统 - Google Patents

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Abstract

一种吸收式高温热泵系统，属于先进能源技术领域。其特征在于，在实验研究的基础上设计了一种采用较高温位的余热利用工质循环实现温度的提升并能在运行中有效抑制工质对系统的腐蚀的高温吸收式热泵系统，实验样机由五个换热单元组成：蒸发器、再生器、吸收器、冷凝器和热交换器，通过管路的合理设计使各个装置紧凑连接。在系统运行时加入SiO2，与LiBr溶液结合在线制备抗腐蚀的无机复合硅膜，减少了溶液对系统的腐蚀。本发明的效果和益处是：采用较高温位的余热利用工质循环实现温度的提升，有效利用了热源，节约了能量，缓解了我国紧张的能耗问题；采用在线成膜的工艺减少了对整个系统的腐蚀情况，减少了运行成本，生产效益高。

Description

一种吸收式高温热泵系统
技术领域
本发明属于先进能源技术领域，涉及一种吸收式高温热泵系统的设计与研制，以及废热利用技术。
背景技术
目前工业生产中应用的热泵技术通常为利用较低温位余热的低温热泵系统，对于较高温位的余热不能有效利用。在石油炼制、钢铁等领域产生的较高温位的工业余热由于低温技术的限制得不到有效利用而被排放掉，浪费了能源且对环境造成一定的破坏。同时，常用的热泵系统，其循环工质在运行中会腐蚀系统，增加了系统的维护及运行成本。因此，提供一套能够有效利用较高温位余热并能抑制工质对系统的腐蚀问题的高效节能、环保型的热泵系统是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用较高温位的余热利用工质循环实现温度的提升并能在运行中有效抑制工质对系统的腐蚀的新型高温热泵系统，合理利用了高温废热，减少了运行成本。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
首先建立高温单管降膜吸收实验装置，测试各种因素对高温降膜吸收传热传质的影响，为新型高温热泵系统的设计提供依据；其次通过研究SUS304不锈钢在高温溴化锂溶液中的腐蚀规律，确定腐蚀的最佳时间及考察膜层抑制高温吸收式热泵中的腐蚀情况；然后通过电化学实验考察了硅添加量、溴化锂溶液浓度、溶液pH值及成膜时间对高温腐蚀体系内制备抗腐蚀性无机复合硅膜结构和性能的影响，确定出制备无机复合硅膜的最优工艺参数。在上述研究的基础上设计了高温吸收式热泵实验样机及在线成膜工艺。
在高温热泵系统运行时，向系统中加入SiO2，用LiBr溶液作为硅溶剂和金属基体活化剂，使金属活化与SiO2沉积同时进行，在线制备抗腐蚀的无机复合硅膜。
实验样机主要由蒸发器、再生器、吸收器、冷凝器、热交换器、浓LiBr罐、稀LiBr罐、冷却水罐、冷凝水罐及导热油罐组成。整个系统的工艺流程如下：将循环水送入到蒸发器，利用导热油为热源，加热循环水生成的蒸汽送至吸收器，导热油部分被送至再生器作为热源，其余的流回油罐。浓LiBr溶液在热交换器内与稀LiBr溶液换热后被送至吸收器吸收来自蒸发器的蒸汽后变为稀溶液，流进热交换器，换热后稀LiBr溶液被送至再生器；稀释放出的热量作为导热油的热源，其中，这部分导热油来自再生器，在吸收器内换热后送至油罐；再生器流出的导热油部分流入吸收器，部分流回油罐。被送至再生器的稀LiBr溶液利用导热油加热浓缩产生蒸汽，增浓后的LiBr溶液流至浓LiBr罐进行下一次循环；产生的蒸汽送至冷凝器冷凝为冷却水后再送入到蒸发器进行循环。
本发明的效果和益处是：采用较高温位的余热利用工质循环实现温度的提升，有效利用了热源，节约了能量，缓解了我国紧张的能耗问题；采用在线成膜的工艺，减少了对整个系统的腐蚀情况，减少了运行成本，生产效益高。
附图说明
附图是本发明实施例所述的吸收式高温热泵系统的流程图。
图中：1吸收器；2热交换器；3浓LiBr罐；4再生器；5捕沫器；6凉水塔；7冷却水罐；8冷凝器；9冷凝水罐；10捕抹器；11蒸发器；12导热油罐；13电加热器；14盘管换热器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
通过单管降膜吸收实验测得低温降膜吸收传热系数在600-700Wm-2K-1左右，而在高温吸收条件下，光滑管表面传热系数为900-1200Wm-2K-1，说明高温降膜吸收过程传热效果要优于低温吸收过程。在2.3KPa、150℃的条件下考察了SUS304在不同时间的腐蚀速率，确定了实验研究腐蚀速率的最佳时间长度：190h。通过电化学实验确定了Si加入量为29ppm，溶液pH值为10.6，溶液浓度为57.8％，是利用LiBr-SiO2颗粒腐蚀体系内制备无机复合硅膜的最优工艺参数，此时制备的膜层的点蚀电位为0.75V、自腐蚀电位为0V、接触角为69°，该膜层具有一定的亲水性和良好的抗腐蚀性；且确定了成膜时间至少需6天以上。
在开启高温热泵系统后，待向浓LiBr罐里输入浓LiBr溶液之前先加SiO2，然后输入浓LiBr溶液，系统运行中，LiBr溶液作为硅溶剂和金属基体活化剂，使金属活化与SiO2沉积同时进行，在线制备抗腐蚀的无机复合硅膜。
高温吸收式热泵实验样机运行：首先将温度为125℃、流量为150L/h的循环水送入到蒸发器，利用温度为180℃，流量为3000L/h的导热油为热源，加热循环水生成165℃的蒸汽送至吸收器，导热油温度降至177.2℃，然后2000L/h的导热油被送至再生器作为热源，其余的流回油罐；其中蒸发器的换热量为2.81kw，传热系数为381W/(m2·k)。温度为165℃、浓度为52％、流量为150L/h的浓LiBr溶液在热交换器内被从吸收器底部流出的温度为205℃、浓度为48％、流量为154.52L/h的稀LiBr溶液加热至200℃后送至吸收器顶部，然后吸收来自蒸发器的蒸汽并放出热量，放出的热量作为热源将温度为180℃，流量为200L/h的导热油加热到200℃，其中，这部分导热油来自再生器，再生器流出的其它部分导热油流回油罐；同时浓LiBr溶液被稀释至浓度为48％，温度变为205℃，再以154.52L/h的流量流出吸收器，然后再进入热交换器作为热源；其中热交换器的换热量为4.675kw，传热系数为1000W/(m2·k)，吸收器的换热量为3.47kw(2.4kw给导热油)，传热系数为270W/(m2·k)。在再生器内，把从蒸发器流出的温度为177.2℃、流量为2000L/h的导热油作为热源，使从热交换器流出的温度为167℃的稀LiBr溶液浓缩产生蒸汽，增浓后的LiBr溶液的出口温度为165℃，增浓后的LiBr溶液流至浓LiBr罐进行下一次循环，产生的蒸汽流入冷凝器进行冷凝，导热油温度降至171.6℃；其中，再生器的换热量为2.91kw，传热系数为357W/(m2·k)；送入冷凝器的蒸汽被冷凝为冷却水后再送入到蒸发器进行蒸发进行循环，冷凝器换热量为2.746kw。整个系统以LiBr溶液做为循环工质使导热油的温度提升了20℃，系统温升为40℃。

Claims (2)

1.一种吸收式高温热泵系统，其特征在于：吸收式高温热泵系统采用较高温位的余热利用工质循环实现温度的提升；系统流程为：将循环水送入到蒸发器(11)，利用导热油为热源，加热循环水，生成的蒸汽送至吸收器(1)，导热油部分被送至再生器(4)作为热源，其余的流回油罐(12)；浓LiBr溶液在热交换器(2)内与稀LiBr溶液换热后被送至吸收器(1)吸收来自蒸发器(11)的蒸汽后变为稀溶液，流进热交换器(2)，换热后稀LiBr溶液被送至再生器(4)；吸收器(1)稀释放出的热量作为导热油的热源，其中，这部分导热油来自再生器(4)，在吸收器(1)内换热后送至油罐(12)；再生器(4)流出的导热油部分流入吸收器(1)，部分流回油罐(12)；被送至再生器(4)的稀LiBr溶液利用导热油加热浓缩产生蒸汽，增浓后的LiBr溶液流至浓LiBr罐(3)进行下一次循环；产生的蒸汽送至冷凝器(8)冷凝为冷却水后再送入到蒸发器(11)进行循环。
2.根据权利要求1所述的一种吸收式高温热泵系统，其特征在于：在高温热泵系统运行时，加入SiO2，以系统中的LiBr溶液作为硅溶剂和金属基体活化剂，在系统的运行中形成抗腐蚀的无机复合硅膜。
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