CN109163474A - 一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵及增大温差的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一泵制多级吸收‑多级蒸发吸收式热泵及增大温差的方法。吸收式热泵包括发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器及将上述装置连接构成的管路组成；一次网热源经管路依次进发生器、预热器和蒸发器连接至一次网热源热水出；二次网暖水依次通过吸收器和冷凝器；吸收剂溶液管路还包括溴化锂溶液发生泵、溴化锂溶液预热器，吸收剂溶液管路依次连接发生器壳程、吸收器壳程、溴化锂溶液发生泵、溴化锂溶液预热器并构成回路；冷媒管路连接冷凝器壳程和蒸发器壳程；发生器与冷凝器、吸收器与蒸发器分别设置在一个容积内，其中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔。本发明可充分利用一次网热媒通过多级吸收多级蒸发增大供回水温差，降低供热成本。
Description
技术领域
本发明涉及供热设备领域，尤其涉及一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵及增大温差的方法。
背景技术
随着环保问题日益突出，温室气体排放增加已威胁人类生存环境越来越明显了，当前节能减排已是刻不容缓了，而采暖所占建筑能耗比例也大幅提高，建筑能耗所占GDP能耗比例也是居高不下。同时随着城市集中供热规模的不断增加，集中热源产生的高温热水往往需要经过较长距离的输送才能到达热用户处，在供热负荷相同的情况下，增大热水的供回水温差可以减少输送的热水流量，从而可以降低输配管道的初投资，并减少系统运行过程中水泵的耗电量，在现有供热规模基础上扩大供暖半径，因此，能够节约供热能耗，降低供热成本。目前，集中供热一次网热水的供回水温度一般为130/60℃左右，其中，回水温度受到用户用热要求的限制，利用常规的换热器己经无法再降低了。同时蒸汽换热供暖也存在这个弊端，一次网蒸汽经过换热后形成40℃以上的凝结水无法回收直接排放，造成能源浪费。因此，进一步解决扩大一次网热水供回水温差及降低凝结水温度至10℃以下排放，将对扩大集中热源的供热半径，节约供热能耗，降低供热成本具有深远的意义，也为节能减排做出巨大实际性贡献。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一泵制多级吸收-蒸发吸收式热泵及降低回水温度、增大温差的方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一泵制多级吸收-蒸发吸收式热泵，包括发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器及将上述装置连接构成的管路；
所述管路包括一次网热源热水管路、二次网暖媒水管路、吸收剂溶液管路和冷媒管路；
所述一次网热源热水管路为闭式循环管路，所述一次网热源热水经过管路依次通过发生器、预热器和蒸发器连接至一次网热源热水出；所述二次网暖水管路为闭式循环管路，所述二次网暖水管路依次通过吸收器和冷凝器；
所述吸收剂溶液管路还包括溴化锂溶液发生泵、溴化锂溶液预热器，吸收剂溶液管路依次连接发生器壳程、吸收器壳程、溴化锂溶液发生泵、溴化锂溶液预热器并构成回路；所述冷媒管路依次连接冷凝器壳程和蒸发器壳程；
所述发生器与冷凝器设置在一个容积内，发生器与冷凝器中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔；所述吸收器与蒸发器设置在一个容积内，吸收器与蒸发器中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔。
进一步地，所述吸收器和蒸发器各两级，分别包括低压吸收器、高压吸收器、低压蒸发器、高压蒸发器。
进一步地，所述一次网热源热水经管路依次通过发生器、预热器和高压蒸发器和低压蒸发器连接至一次网热源热水出；所述二次网暖水管路依次通过低压吸收器、高压吸收器和冷凝器；所述二次网暖水管路的二次网暖媒水进设置在冷凝器和低压吸收器之间，二次网暖媒水出设置在高压吸收器和冷凝器之间；
吸收剂溶液管路依次连接发生器壳程、高压吸收器壳程、低压吸收器壳程、溴化锂溶液发生泵、溴化锂溶液预热器并构成回路；所述冷媒管路依次连接冷凝器壳程、高压蒸发器壳程和低压蒸发器壳程；
所述高压吸收器与高压蒸发器设置在一个容积内，高压吸收器与高压蒸发器中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔；所述低压吸收器与低压蒸发器设置在一个容积内，压吸收器与低压蒸发器中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔。
进一步地，所述发生器与冷凝器的容积位置高于高压吸收器与高压蒸发器的容积位置；所述高压吸收器与高压蒸发器的容积位置高于低压吸收器与低压蒸发器的容积位置。
进一步地，所述溴化锂溶液发生泵的出口管道上设置有分支管道，所述分支管道上连接有喷射器，所述喷射器出口通过管道连接至高压吸收器壳程，喷射器引射口通过管道连接至低压吸收器壳程。
进一步地，所述喷射器出口设置喷射器出口阀门，所述喷射器引射口设置喷射器引射阀门。
进一步地，所述吸收器和蒸发器根据供回水温差不同配备为三级、四级或五级。
本发明的内容还包括利用一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵增大温差的方法，包括：
一次网热源热水作为驱动热源，依次通过发生器和溴化锂溶液预热器，进行热交换式降温；一次网热源热水随后依次流过多级蒸发器中进行多次泵热式降温，并最终流出热泵；
二次网暖水管路为闭合管路，在多级吸收器和冷凝器中升温，并始终有二次网暖媒水流入或流出；
溴化锂溶液发生泵将低温的稀溴化锂溶液泵入溴化锂预热器，利用一次网热源热水热量进行预升温，随后进入发生器升温，溴化锂溶液蒸发浓缩，蒸汽通过挡液板流入冷凝器并凝结形成冷剂水；由发生器流出的高温高压溴化锂溶液流入多级吸收器降温，并最终形成低温的稀溴化锂溶液流出；
冷凝器中的冷剂水流入多级蒸发器，与一次网热源热水进行热交换同时，蒸发形成水蒸气经过挡液板流入其相邻的吸收器，并进一步稀释和冷却溴化锂溶液。
相对现有技术来比较本发明专利具有如下的优势：
1、比现有吸收式热泵投资成本和运行成本都要低；
2、机组采用一泵制其热泵机组总耗电量更少；
3、运动部件更少，机组运行变得更加可靠；
4、过程中没有浓溶液热交换器，完全杜绝了溴化锂溶液结晶情况发生；
5、较高温度的热量仅用于加热溴化锂溶液使其发生更充分，其适用热源温度范围更广，针对低温热源利用更加适应；
6、两级蒸发和两级吸收会使低温热源利用价值更加显现。
7、依据此原理还可以实现三级吸收、三级蒸发，四级吸收、四级蒸发等等。
附图说明
图1为本发明的一种热水型热泵的结构示意图。
图2为本发明的一种蒸汽型热泵的结构示意图。
图中：1、一次网热源热水进；2、发生器；3、冷凝器；4、二次网暖媒水进；5、二次网暖媒水出；6、溴化锂溶液预热器；7、高压吸收器；8、高压蒸发器；9、低压吸收器；10、低压蒸发器；11、一次网热源热水出；12、溴化锂溶液发生泵；13、喷射器出口阀门；14、喷射器；15、喷射器引射阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
【实施例1】
如图1，实施例1公开了热水型一泵制多级吸收多级蒸发的吸收式热泵，包括发生器2、冷凝器3、低压吸收器9、高压吸收器7、低压蒸发器10、高压蒸发器8及将上述装置连接构成的管路组成；
一次网热源热水管路为闭式循环管路，一次网热源热水经管路依次通过发生器2、预热器和高压蒸发器8和低压蒸发器连接至一次网热源热水出11。二次网暖水管路为闭式循环管路，二次网暖水管路依次通过低压吸收器9、高压吸收器7和冷凝器3；二次网暖水管路的二次网暖媒水进4设置在冷凝器3和低压吸收器9之间，二次网暖媒水出5设置在高压吸收器7和冷凝器3之间。
其工作原理为：所述一次网热水作为热泵机组工质对循环驱动热源，高温的一次网热源热水由一次网热源热水进1首先作为驱动热源进入发生器2中，与发生器2喷淋而下的稀溴化锂稀溶液进行降膜换热，使其蒸发浓缩，热水降温后流出发生器2,再进入到溴化锂溶液预热器6里给即将进入发生器2的稀溴化锂溶液预热，该热源热水得到第二次降温；第三次降温是在高压蒸发器8里进行的，由冷凝器3流入到高压蒸发器8里的冷剂水蒸发带走热源热水潜热实现热源热水第三次降温，热源热水实现第三次降温后流入到低压蒸发器10里再次被流进低压蒸发器10的冷剂水蒸发带走热量实现热源热水第四次降温。热源热水热量前两次降温是通过热交换实现的，而后两次降温是通过泵热方式实现的，因为一次网热水温度接近二次网暖媒水温度时若通过热交换方式其效率是非常低下的，这种热量转移是需要温差来实现的，温差越大转移的就越多越快，反之亦然。若一次网热水温度等于或低于二次网暖媒水温度时那是无法采用热交换器来实现热量转移的，只有采用热泵技术才得以实现。
吸收器中热源热水温度降低是靠热泵方式实现的，为了更好匹配蒸发器与吸收器相应压力，热源热水第三次降温所在的高压蒸发器8对应于二次网暖媒水进入高压吸收器7的第二次获热升温；那么暖媒水第一次获热升温必须是在低压吸收器9里实现的，而此时须对应低压蒸发器10，最后热源热水由低压蒸发器10流出实现一次网热源热水出11回流至热源中心，该热源热水通过四次降温后可达到10℃左右，而二次网暖媒水温度可以升高到60℃以上。
吸收剂溶液管路还包括溴化锂溶液发生泵12、溴化锂溶液预热器6，吸收剂溶液管路依次连接发生器2壳程、高压吸收器7壳程、低压吸收器9壳程、溴化锂溶液发生泵12、溴化锂溶液预热器6并构成回路；冷媒管路依次连接冷凝器壳程、高压蒸发器8壳程和低压蒸发器10壳程。吸收剂溶液管路和冷媒管路共同构成工质对(吸收剂和冷剂水)循环，其实现原理为：吸收剂是指浓溴化锂溶液，冷剂是指凝结水，当吸收剂吸收了冷剂水合二为一形成稀溴化锂溶液；本发明中工质对都是通过壳程流通，而一次网的热源热水和二次网的暖媒水通过管程流通，热源热水通过蒸发器与发生器2的管程，暖媒水通过吸收器与冷凝器管程；而冷剂水通过冷凝器3与蒸发器壳程，吸收剂通过吸收器与发生器2壳程。
发生器2与冷凝器3设置在一个容积内，发生器2与冷凝器3中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔；高压吸收器7与高压蒸发器8设置在一个容积内，高压吸收器7与高压蒸发器8中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔；低压吸收器9与低压蒸发器10设置在一个容积内，压吸收器与低压蒸发器10中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔；且发生器2与冷凝器3的容积位置高于高压吸收器7与高压蒸发器8的容积位置；高压吸收器7与高压蒸发器8的容积位置高于低压吸收器9与低压蒸发器10的容积位置。浓溴化锂溶液(吸收剂)和凝结水(冷剂水)可借助压力和自身重力自上往下两级喷淋，并各自一边，而制冷剂水汽通过挡液板进入吸收剂这边。
工作时，首先启动溴化锂溶液发生泵12把稀溴化锂溶液泵入到溴化锂溶液预热器6里再到发生器2里，经过两次升温后，稀溴化锂溶液便蒸发出水汽，此水汽通过挡液板进入到冷凝器3里释放潜热给暖媒水后冷凝成液态的冷剂水，而所产生的冷剂水与浓缩了的溴化锂溶液分别通过管道流进高压蒸发器8与高压吸收器7内，冷剂水吸收了热源热水潜热后蒸发变成了水汽，并通过挡液板进入到吸收器里被浓溴化锂溶液所吸收，在这一传热传质过程中溴化锂溶液得到稀释，同时溶液温度也得到升高，并把升高来的热量交换给其管程内的暖媒水，尚未完全蒸发的冷剂水再通过管道流入到低压蒸发器10内进一步获取一次网的热源热水的潜热而蒸发，又再次通过挡液板进入到低压吸收器9里去进一步稀释溴化锂溶液并释放潜热给溶液，溶液升温后把获来的热量转移给初次获热的暖媒水，工质对就是这样周而复始地循环实现热量转移的过程，并使一次网进回水温差扩大而达到节能目的。
此外，溶液发生泵出口管道分支还设置有一套喷射器14装置，包括在喷射器出口管道上增加一个喷射器出口阀门13并通过管道连接至高压吸收器，和在喷射器引射端连接管道上增加一个喷射器引射阀门15并通过管道连接至低压吸收器。喷射器的目的是为了加强高压吸收器与低压吸收器之间压差与温差，放大一次网供水和回水的温差。
本发明的一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵采用了一泵制实现双工质的循环，无须设置吸收泵和冷剂泵，整个流程结构只设置了发生泵，这不仅节约成本，更重要的是提高效率和杜绝溴化锂溶液结晶的情况发生，为热泵机组运行可靠性提供非常有力的保障。
一次网所提供的热源可起着两个作用，包括作为驱动工质循环，促使溴化锂溶液发生，为产生蒸汽提供热量，而不像现行各类吸收式热泵那样把驱动热量的一部分直接用于加热二次网的暖媒水，造成成型的机组只可满足温度较高的热源温度适用性，而对于温度较低的一次管网热源难以适用，本发明却尽力把热量满足于溶液的发生而不做他用，仅仅是把剩下温度较低的而无法通过热量交换方式可获得的那部分热量通过泵热方式来转移到高温处，该低品位热量可用作两级蒸发器的热源，用作凝结水蒸发所需之热，由此可把低品位热量转移至温度较高的吸收器里去并通过换热器把热量交换给暖媒水，以此实现低品位热量温度的提升。
本发明用三个或三个以上的容积组成，多个容积内压力大小不等存在等级压差，最高等级压力容积在上面，中间等级压力容积处在中间，最低等级压力容积在下面，而每一个容积内部存在梯度压力差，也就是说发生器这边压力稍微高于冷凝器这边压力，吸收器这边压力稍微低于蒸发器这边压力，这样就会造成容积内气相流体自动向低压处流动。而内部双工质液态流体可以通过容积间的等级压差和溶液自身重力自上而下两级喷淋，其设计流程也遵循了用于加热溴化锂溶液后剩余热量的热水先流入高压蒸发器，当一次网热水再次丧失一部分热量被凝结水蒸发所带走部分潜热后其温度进一步降低再流入到低压蒸发器内作为低于蒸发器内的凝结水蒸发的热源；而吸收器那边二次网的暖媒水先流入到低压吸收器获取由低压蒸发器转移而来的潜热其温度得到升高后，再流入到高压吸收器内进一步获热温度得到提升。而整个设备流程中没有采用发生后的浓溴化锂溶液热量去加热稀溴化锂溶液的过程，这就完全避免了浓溴化锂溶液降温而出现结晶致使机组无法正常运行事件发生，这就是本发明与现有溴化锂吸收式热泵最显著的区别。
例如：热水型增大一次网供回水温差的方法，一次网热源热水进温度为130℃时，其通过发生器后出水温度为85℃、高压蒸发器的进水、出水温度分别为85℃和45℃，最终，一次网出水温度为20℃；在此温度下，二次网进水和出水温度分别为50℃和65摄氏度。
【实施例2】
如图2，实施例2公开了蒸汽型一泵制两级吸收两级蒸发的吸收式热泵；实施例2与实施例1基本相同，只是减少了溶液发生泵出口管道分支的喷射器14。喷射器的目的是为了加强高压吸收器与低压吸收器之间压差与温差，放大一次网供水和回水的温差，而一次网所提供蒸汽为热源时，蒸汽冷凝后形成的凝结水较少，在此不需要喷射器辅助提升高压吸收器和低压吸收器之间的压差和温差，所以蒸汽为热源的时候可起着两个作用，包括作为驱动工质循环，促使溴化锂溶液发生，为产生高压高温蒸汽提供热量，而不像现行各类吸收式热泵那样把驱动热量的一部分直接用于加热二次网的暖媒水，造成成型的机组只可满足温度较高的热源温度适用性，而对于温度较低的一次管网热源难以适用，本发明却尽力把热量满足于溶液的发生而不做他用，仅仅是把剩下温度较低的而无法通过热量交换方式可获得的那部分热量通过泵热方式来转移到高温处，该低品位热量可用作两级蒸发器的热源，用作凝结水蒸发所需之热，由此可把低品位热量转移至温度较高的吸收器里去并通过换热器把热量交换给暖媒水，以此实现低品位热量温度的提升。凝结水排放温度可以降低到10℃以下。
本实施例2与实施例1的原理也基本相同，实施例2更强调利用电厂蒸汽为热源吸收低温水汽能力，无溴化锂溶液结晶之虞，适合提高换热效率降低凝结水排放温度，该机组适用于替换现有蒸汽换热器，同时也可以作为低温废水的余热回收机组。本实施例基础上可以增加蒸发-吸收器的个数，同时不会产生发生器出来的高温浓溴化锂结晶的问题，因为吸收器隔壁仅仅相隔挡液板就有蒸发器，从蒸发器蒸发而来的水汽可以稀释溴化锂溶液。
例如：蒸汽型凝结水的降温方法，一次网蒸汽进温度为140℃时，其通过发生器后出水温度为90℃、高压蒸发器的进水、出水温度分别为90℃和40℃，最终，一次网出水温度为10℃；在此温度下，二次网进水和出水温度分别为50℃和65℃。
上述实施方式并非是对本发明专利的限制，本发明专利也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明专利的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明专利的保护范围。
Claims (8)
1.一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵，包括发生器(2)、冷凝器(3)、吸收器、蒸发器，并将上述装置通过管路连接，其特征在于：
所述管路包括一次网热源热水管路、二次网暖媒水管路、吸收剂溶液管路和冷媒管路；
所述一次网热源热水管路为闭式循环管路，所述一次网热源热水经过管路依次通过发生器(2)、预热器和蒸发器连接至一次网热源热水出(11)；所述二次网暖水管路为闭式循环管路，所述二次网暖水管路依次通过吸收器和冷凝器(3)；
所述吸收剂溶液管路还包括溴化锂溶液发生泵(12)、溴化锂溶液预热器(6)，吸收剂溶液管路依次连接发生器(2)壳程、吸收器壳程、溴化锂溶液发生泵(12)、溴化锂溶液预热器(6)并构成回路；所述冷媒管路依次连接冷凝器(3)壳程和蒸发器壳程；
所述发生器(2)与冷凝器(3)设置在一个容积内，发生器(2)与冷凝器(3)中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔；所述吸收器与蒸发器设置在一个容积内，吸收器与蒸发器中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔。
2.根据权利要求1所述的一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵，其特征在于：所述吸收器和蒸发器各两级，分别包括低压吸收器(9)、高压吸收器(7)、低压蒸发器(10)、高压蒸发器(8)。
3.根据权利要求2所述的一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵，其特征在于：所述一次网热源热水经管路依次通过发生器(2)、预热器和高压蒸发器(8)和低压蒸发器(10)连接至一次网热源热水出(11)；所述二次网暖水管路依次通过低压吸收器(9)、高压吸收器(7)和冷凝器(3)；所述二次网暖水管路的二次网暖媒水进(4)设置在冷凝器(3)和低压吸收器(9)之间，二次网暖媒水出(5)设置在高压吸收器(7)和冷凝器(3)之间；
吸收剂溶液管路依次连接发生器(2)壳程、高压吸收器(7)壳程、低压吸收器(9)壳程、溴化锂溶液发生泵(12)、溴化锂溶液预热器(6)并构成回路；所述冷媒管路依次连接冷凝器(3)壳程、高压蒸发器(8)壳程和低压蒸发器(10)壳程；
所述高压吸收器(7)与高压蒸发器(8)设置在一个容积内，高压吸收器(7)与高压蒸发器(8)中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔；所述低压吸收器(9)与低压蒸发器(10)设置在一个容积内，压吸收器与低压蒸发器(10)中间的下部和上部分别由隔板和挡液板分隔。
4.根据权利要求3所述的一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵，其特征在于：所述发生器(2)与冷凝器(3)的容积位置高于高压吸收器(7)与高压蒸发器(8)的容积位置；所述高压吸收器(7)与高压蒸发器(8)的容积位置高于低压吸收器(9)与低压蒸发器(10)的容积位置。
5.根据权利要求4所述的一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵，其特征在于：所述溴化锂溶液发生泵(12)的出口管道上设置有分支管道，所述分支管道上连接有喷射器(14)，所述喷射器出口通过管道连接至高压吸收器(7)壳程，喷射器引射口通过管道连接至低压吸收器(9)壳程。
6.根据权利要求5所述的一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵，其特征在于：所述喷射器出口设置喷射器出口阀门(13)，所述喷射器引射口设置喷射器引射阀门(15)。
7.根据权利要求1所述的一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵，其特征在于：所述吸收器和蒸发器根据供回水温差不同配备为三级、四级或五级。
8.利用权利要求2所述的一泵制多级吸收-多级蒸发吸收式热泵增大温差的方法，其特征在于：包括：
一次网热源热水作为驱动热源，依次通过发生器和溴化锂溶液预热器，进行热交换式降温；一次网热源热水随后依次流过多级蒸发器中进行多次泵热式降温，并最终流出热泵；
二次网暖水管路为闭合管路，在多级吸收器和冷凝器中升温，并始终有二次网暖媒水流入或流出；
溴化锂溶液发生泵将低温的稀溴化锂溶液泵入溴化锂预热器，利用一次网热源热水热量进行预升温，随后进入发生器升温，溴化锂溶液蒸发浓缩，蒸汽通过挡液板流入冷凝器并凝结形成冷剂水；由发生器流出的高温高压溴化锂溶液流入多级吸收器降温，并最终形成低温的稀溴化锂溶液流出；
冷凝器中的冷剂水流入多级蒸发器，与一次网热源热水进行热交换同时，蒸发形成水蒸气经过挡液板流入其相邻的吸收器，并进一步稀释和冷却溴化锂溶液。
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