CN111336720A - 一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法 - Google Patents

一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111336720A
CN111336720A CN202010102813.7A CN202010102813A CN111336720A CN 111336720 A CN111336720 A CN 111336720A CN 202010102813 A CN202010102813 A CN 202010102813A CN 111336720 A CN111336720 A CN 111336720A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
ammonia
water
outlet
absorber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010102813.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111336720B (zh
Inventor
余东东
孟现阳
吴建文
吴江涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202010102813.7A priority Critical patent/CN111336720B/zh
Publication of CN111336720A publication Critical patent/CN111336720A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111336720B publication Critical patent/CN111336720B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/04—Heat pumps of the sorption type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F25B15/008—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type with multi-stage operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F25B15/02—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas
    • F25B15/04—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas the refrigerant being ammonia evaporated from aqueous solution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B35/00—Boiler-absorbers, i.e. boilers usable for absorption or adsorption
    • F25B35/02—Boiler-absorbers, i.e. boilers usable for absorption or adsorption using a liquid as sorbent, e.g. brine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/04—Arrangement or mounting of control or safety devices for sorption type machines, plants or systems
    • F25B49/043—Operating continuously
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F24D2200/126—Absorption type heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2315/00—Sorption refrigeration cycles or details thereof
    • F25B2315/002—Generator absorber heat exchanger [GAX]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2333/00—Details of boilers; Analysers; Rectifiers
    • F25B2333/006—Details of boilers; Analysers; Rectifiers the generator or boiler having a rectifier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法，包括发生器，发生器的第一出口经分凝器与冷凝器相连，冷凝器与再冷器的第一入口相连，再冷器的第一出口与蒸发器入口相连，蒸发器出口经再冷器与溶液冷却吸收器的第一入口相连；发生器的第二出口与GAX换热器与溶液冷却吸收器的第一入口相连，溶液冷却吸收器的第二出口与GAX换热器的第二入口相连，GAX换热器的第二出口与发生器的第二入口相连。采用分凝器全水冷的新循环形式，可大幅度提高GAX换热器中用于内部能量回收的单位吸收热负荷，并且极大的优化溶液冷却吸收模块与水冷吸收模块的能量分配，从而提升溶液冷却吸收模块热负荷，从而减少系统的输入热负荷，生产出更多的氨气。

Description

一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法
技术领域
本发明涉及燃气供暖及吸收式热泵领域，特别是一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法。
背景技术
目前我国石油对外依存度达到65％，天然气对外依存超过40％，并且在雾霾形成中，化石能源贡献了70％。2030年碳排放要达标满足温升不超过2℃，2050年碳排放要从目前的100亿吨降低到30亿吨以下。实现这样的低碳发展目标还要满足社会进步对能源不断增长的需求是我国面临的巨大挑战。
根据目前我国的能源模式，水电、风电、光电、海洋电和核电将成为主要的电力来源，而燃煤燃气的电力则可为可再生能源调峰。生物质能源则为主要的燃料来源，燃煤燃气仅充当必要的直接燃料。减少直接燃料的比例，改变传统的燃煤供暖方式迫在眉睫。
“煤改电”以及“煤改气”的各项政策也已经在全国展开，各种新型清洁能源的供暖产品也不断推广利用，不少学者也对不同应用背景的供暖情况进行了研究。
刘建军针对未来区域供暖的形式展开了思考，对不同热泵产品的特点进行了介绍。吴伟则从空气源及地源热泵的问题出发分析了其在北方地区应用的技术方案及应用潜力。赵俊兰则对北方农村地区的供暖形式进行了比较并分析了目前清洁能源供暖方式在农村地区的应用现状。目前氨吸收式系统在制冷领域过往有过一些研究，但在供暖领域的技术手段还不够成熟，现在比较成熟的是溴化锂系统，但溴化锂系统无法在冬季外界环温0度以下运行，无法很好地利用太阳能。现在对氨吸收式热泵系统内部的一个能量分配机制研究不够，不同于制冷系统，热泵系统对水直接放出热量也是有益的。而在单级热泵系统的基础上发展的普通GAX系统，对吸收热的利用还远远不够。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是优化溶液冷却吸收模块与水冷吸收模块的能量分配，提供一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法，将吸收热的单位热负荷更大程度地利用于内部回收的过程，生产出更多的氨气，提升系统效率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统，包括发生器，分凝器，冷凝器，GAX换热器，溶液冷却吸收器，蒸发器以及再冷器；
其中，发生器的第一出口与分凝器相连，分凝器与冷凝器相连，冷凝器与再冷器的第一入口相连，再冷器的第一出口与蒸发器入口相连，蒸发器出口与再冷器的第二入口相连，再冷器的第二出口与溶液冷却吸收器的第一入口相连；
发生器的第二出口与GAX换热器的第一入口相连，GAX换热器的第一出口与溶液冷却吸收器的第一入口相连，溶液冷却吸收器的第二出口与GAX换热器的第二入口相连，GAX换热器的第二出口与发生器的第二入口相连。
本发明进一步的改进在于，还包括水冷吸收器，再冷器的第二出口还与水冷吸收器的第一入口相连，溶液冷却吸收器的第一出口与水冷吸收器的第二入口相连，水冷吸收器的第一出口与溶液冷却吸收器的第二入口相连，溶液冷却吸收器的第一出口与水冷吸收器的第二入口相连。
本发明进一步的改进在于，水冷吸收器为绕管式结构，管程液端为两级吸收器。
本发明进一步的改进在于，水冷吸收器的第一出口经溶液泵与溶液冷却吸收器的第二入口相连。
本发明进一步的改进在于，水冷吸收器上还设置有进水口和出水口。
本发明进一步的改进在于，再冷器的第一出口经电子膨胀阀与蒸发器入口相连；发生器的第二出口经节流阀与GAX换热器的第一入口相连。
本发明进一步的改进在于，节流阀和电子膨胀阀连接有控制模块，所述控制模块连接有温度传感器、压力传感器和液位传感器，控制模块根据接收到的温度信号、液位信号控制节流阀的开度和启闭时间间隔；控制模块根据接收到的温度信号、压力信号控制电子膨胀阀的开度。
本发明进一步的改进在于，发生器包括由下向上依次设置的驱动热源发生器、溶液加热发生器与精馏塔，顶部设置有溶液均布器，精馏塔内设置有螺旋盘管及壁面翅片，精馏塔内设置有不锈钢波纹丝网填料；
冷凝器为绕管式换热器；
GAX换热器为管壳式换热器，从顶部到底部均匀排布若干折流板，每块间隔152mm；水冷吸收器为管壳式换热器；蒸发器采用管翅式空冷器，再冷器采用套管式换热器，溶液泵采用液压隔膜泵。
一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统的控制方法，发生器底部浓氨水溶液受外界热源加热，达到泡点后蒸发出氨气，在发生器内，浓氨水溶液继受热，继续产生氨气，使得压力不断增大，最终达到对应发生温度的氨气饱和压力Pg；
发生器产生出氨气和氨水溶液，将分别进行制冷剂循环和溶液循环；
制冷剂循环为：发生器内的氨气进入分凝器中，氨气将分凝器绕管中的循环水加热，氨气中的水分冷凝下来，使得氨气提纯至99.8％以上后进入冷凝器中，氨气在冷凝器中经过气液相变，释放气化潜热转变为液氨，进入再冷器中，液氨在再冷器中与蒸发器出口的氨气换热后进入蒸发器中，液氨在蒸发器的翅片管中吸收外界空气热量，在两相区气液相变，最终达到干度为零的饱和氨气或过热氨气进入再冷器中交换热量，随后进入溶液冷却吸收器和水冷吸收冷却器中与稀氨水溶液混合；
溶液循环为：发生器中氨水溶液进入GAX换热器中与浓氨水溶液进行热交换，然后被降温的氨水溶液进入溶液冷却吸收器中，氨水溶液在溶液冷却吸收器中形成由上至下的液膜，氨气则由下至上，氨水溶液在列管壁面降膜吸收氨气，使得溶液浓度提高，释放出来的吸收热通过与壳程中的浓氨水溶液进行热交换，溶液冷却吸收器底部的气液两相混合物继续通至水冷吸收器中与外界冷却水进行热交换，在水冷吸收器的中气液两相混合物经历气液吸收-显热交换的两个过程，放出热量，最终达到饱和溶液态或过冷态；饱和氨水溶液送至溶液冷却吸收器绕管中与GAX换热器中，与稀氨水溶液与氨气混合吸收过程发生热交换，回收利用系统内部的热量，进行预热，最终由GAX换热器回到发生器中喷淋继续发生出氨气，如此循环往复。
本发明进一步的改进在于，浓氨水溶液的质量浓度范围为20％～40％，稀氨水溶液的质量浓度范围为8～20％。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明中通过两级吸收，可有效分配稀溶液与氨气吸收过程放出的吸收热，通过GAX换热器用于预热进入发生器中的浓溶液，降低稀溶液的温度，利于后面的吸收更充分。一部分通过溶液冷却吸收器用于吸收过程的吸收热，有效降低发生温度，减少燃气消耗量。另一部分与外界冷却水换热，可以利用温度较低的循环水带走吸收热，保证二级吸收的继续进行，使得氨水溶液达到饱和，从而利于氨气在吸收器的发生产出，也可以提高输出端热量，从而有效提高性能系数。
本发明中通过GAX换热器进行内部回热，可预热进入发生器的浓溶液，提高浓溶液温度，减少燃气消耗量。
本发明采用分凝器全水冷的新循环形式，即浓溶液在进入发生器之前不再进入分凝器吸热直接进入到GAX中，改变了循环形式，可大幅度提高GAX换热器中用于内部能量回收的单位吸收热负荷。全水冷分凝系统可以极大的优化溶液冷却吸收器与水冷吸收器的能量分配，从而提升溶液冷却吸收器热负荷，从而减少系统的输入热负荷，生产出更多的氨气，并进一步提升系统效率。
附图说明
图1是本发明的结构连接示意图。
图2是循环水流动示意图。
图3是溶液均布器结构示意图。
其中：1-发生器，2-分凝器，3-冷凝器，4-GAX换热器，5-溶液冷却吸收器，6-水冷吸收器，7-蒸发器，8-再冷器，9-节流阀，10-电子膨胀阀，11-溶液泵。12-肩板，13-布液槽，14-布液柱，15-引流槽，16-导流柱，17-静液柱，18-一级布液孔，19-二级布液孔，20-通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提供的一种全水冷分凝器的吸收式热泵，以外界输入热量如燃气、太阳能、余热为驱动热源，驱动热源温度范围(120℃-200℃)。氨水溶液在发生器中经外部热源发生器的加热、蒸发以及溶液加热发生器的提馏、精馏等过程排出为高纯度制冷剂气体，这部分能量在分凝器与冷凝器中经对流换热传递给外部回水。另外，高纯度制冷剂气体进入管翅式空冷器高效吸收空气中的热能，这部分热量在水冷吸收器、溶液冷却吸收器中，经气液相变、气液溶解、对流换热等过程将内部吸收热传递给外部回水。最终通过外部循环水系统，将一次进水和回水串联，同时流经水冷冷却吸收器、分凝器和冷凝器，提高供水终温，保证用户供暖效果。
参见图1，具体结构包括：发生器1，分凝器2，冷凝器3，GAX换热器4，溶液冷却吸收器5，水冷吸收器6，蒸发器7，再冷器8，节流阀9，电子膨胀阀10以及溶液泵11。
其中，发生器1的第一出口与分凝器2相连，分凝器2与冷凝器3相连，冷凝器3与再冷器8的第一入口相连，再冷器8的第一出口经电子膨胀阀10与蒸发器7入口相连，蒸发器7出口与再冷器8的第二入口相连，再冷器8的第二出口与溶液冷却吸收器5的第一入口以及水冷吸收器6的第一入口相连。
发生器1的第二出口经节流阀9与GAX换热器4的第一入口相连，GAX换热器4的第一出口与溶液冷却吸收器5的第一入口相连，溶液冷却吸收器5的第一出口与水冷吸收器6的第二入口相连，水冷吸收器6的第一出口经溶液泵11与溶液冷却吸收器5的第二入口相连，溶液冷却吸收器5的第二出口与GAX换热器4的第二入口相连，GAX换热器4的第二出口与发生器1的第二入口相连。发生器内加热蒸发后剩余的工质为氨水溶液，氨质量分数0.03-0.20。
水冷吸收器6上还设置有进水口和出水口。
上述节流阀9和电子膨胀阀10连接有控制模块，所述控制模块连接有温度传感器、压力传感器和液位传感器，控制模块根据接收到的温度信号、液位信号控制节流阀9的开度和启闭时间间隔，以控制通过制冷剂的流量；控制模块根据接收到的温度信号、压力信号控制电子膨胀阀10的开度，以控制通过制冷剂的过热度。
上述发生器1内设置有螺旋导流管，精馏段设置有不锈钢波纹丝网填料，顶部段和中部段设置有溶液均布器。参见图3，溶液均布器包括：肩板12，所述肩板12上方设有静液柱17，所述静液柱17周向均匀开设有若干一级布液孔18，所述一级布液孔18上方开设有若干二级布液孔19，，需要装置分配的总流量为0.01～0.15kg/s。
二级布液孔19在静液柱17上周向均匀分布。所述肩板12上开设有布液槽13，所述肩板12下方设置有布液柱14，所述布液柱14上开设有引流槽15，所述布液柱14下方设置有导流柱16，静液柱17与导流柱16内部相通；所述肩板12直径略大于布液柱14直径3-5mm，所述静液柱17顶部开设有通孔20。
一级布液孔18和二级布液孔19呈圆形、方形或半弧形等。
优选的，所述一级布液孔18为三个圆孔，所述二级布液孔19为五个圆孔。
所述一级布液孔18与二级布液孔19的直径均为1-2mm。
所述二级布液孔19比一级布液孔18高15-25mm。
所述布液柱14高度为15-25mm。
所述引流槽15在布液柱14上等距分布，引流槽15呈Z字形或曲线形排布，引流槽15的螺旋线与水平面的角度为30～75度，引流槽15的截面面积为2～10mm2。
所述静液柱17高度为40-70mm。
布液槽与引流槽柱内切面完全一致，布液柱内槽面呈圆形、弧形、正方形、长方形及其他正多边形。
所述导流柱外表面与引流槽槽面相切。
所述布液柱及导流柱插入换热管管内。
上述GAX换热器4为管壳式换热器，传热管束即为吸收器列管，从顶部到底部均匀排布5块折流板，每块间隔152mm。
具体的，所述发生器包括由下向上依次设置的驱动热源发生器、溶液加热发生器与精馏塔；所述循环工质对为氨与水，冷却工质为水制冷剂为氨，吸收剂为水，机组对循环水放热。
发生器1采用驱动热源加热的形式，底部为加热段，底部内设置螺旋盘管及壁面翅片用于增强传热，中段和顶部为溶液加热发生段和精馏段，采用填料式精馏的方式进行氨蒸汽的提，最顶部与中段进料口均设置有溶液均布器。驱动热源发生器的浓氨水溶液进口与所述的溶液加热发生器浓氨水溶液出口相连，所述的驱动热源发生器的稀氨水溶液出口与所述的溶液加热发生器稀氨水溶液进口相连，所述的溶液加热发生器稀氨水溶液出口与所述的节流阀的进口相连，所述的溶液加热发生器浓氨水溶液进口与所述的GAX换热器浓氨水溶液出口相连，所述的溶液加热发生器稀氨水溶液出口与节流阀9进口相连。
具体的，发生器1内的氨水溶液经发生器底部外部热源加热以及发生器中部的溶液加热产生氨气，经过顶部的提馏、精馏进一步提纯后，发生器顶部排气端排出的是制冷剂氨气，氨质量分数为0.99-0.996；发生器1内加热蒸发后剩余的工质为稀氨水溶液，氨质量分数为3％～20％。发生器1中下部出口端与所述GAX吸收器4顶部溶液喷淋装置进口端之间设置有节流阀9，用于降低所述发生器1中下部出口端排出的制冷剂压力及温度。溶液均布器为莲盘状结构，包括肩板、布液柱、导液柱、引流槽。引流槽呈Z字形或螺旋线型延伸。
分凝器2进气端与发生器精馏塔顶部出气端相连，分凝器排气端与所述冷凝器进气端相连。分凝器进液端与外界进水口相连，分凝器排液段与外界出水口相连。分凝器产生的回流冷凝液与发生器顶部溶液均布器相连。分凝器2为提纯发生器产生的氨气的部件，分凝器采用水冷的方式，利用的水与冷凝器、水冷吸收器为同一股水流。所述分凝器2出气端为制冷剂高纯度氨气，氨质量分数为0.998以上。
冷凝器3采用螺旋绕管式换热器，分为壳程和管程。管程为气液相变侧，壳程为液体侧。冷凝器气体侧进口端与分凝器出口端相连，冷凝器气液相变侧出口端与再冷器液相进口段相连，冷凝器液体侧进口端与分凝器出水口相连，冷凝器液体侧出口端与水冷吸收器进口端相连。冷凝器3出液端与所述蒸发器6进液端之间设置有再冷器7，用于降低所述冷凝器3排出的制冷剂液体的温度；
所述冷凝器3为绕管式换热器。管程的气液相变侧与分凝器2出口相连，壳程为外界冷却水的冷却换热过程，将分凝器产生的高纯度氨气冷却至液相。
GAX换热器4分为管程和壳程两部分，管程采用垂直列管降膜式吸收方式，壳程采用管壳式换热器用于系统内部热交换。所述GAX换热器管程的稀氨水溶液进口端与节流阀9稀氨水溶液出口端相连，所述GAX换热器壳程浓氨水溶液进口端与溶液冷却吸收器管程的浓氨水溶液出口端相连。所述GAX换热器管程的稀氨水溶液出口端与溶液冷却吸收器管程的稀氨水溶液进口端相连，所述GAX换热器壳程浓氨水溶液进口端与溶液加热发生器的浓氨水溶液出口端相连。所述的溶液冷却吸收器4为管壳式换热器，管内为氨气与稀氨水溶液垂直降膜吸收过程，管外是浓氨水溶液逆流换热过程，顶部设有溶液均布器保证溶液分配均匀。在GAX换热器4中进行的换热过程使得管外的浓氨水溶液被加热至泡点以上，生产处少量氨气，使得浓氨水溶液进入到发生器中需要的外部热源输入的热量降低，提高了系统的效率。具体的，氨气由溶液冷却吸收器底部进入与经过GAX换热器降温的稀氨水溶液逆流吸收，管外由溶液泵输送的浓氨水溶液吸收管内的吸收过程产生的吸收热。经过GAX换热器的稀氨水溶液的降温与浓氨水溶液的冷却吸收过程，氨气在管内被稀氨水溶液进一步吸收。
溶液冷却吸收器5分为管程和壳程两部分，管程采用垂直列管降膜式吸收方式，壳程采用管壳式换热器用于系统内部热交换。所述溶液冷却吸收器管程的浓氨水溶液出口端与水冷吸收器管程的浓氨水溶液进口端相连。所述溶液冷却吸收器壳程的浓氨水溶液进口端与溶液泵浓氨水溶液出口端相连。所述的溶液冷却吸收器管程底部进口端与再冷器出口端相连。水冷吸收器5为管壳式换热器，再冷器出口与水冷吸收器进口相连，氨气由水冷吸收器顶部进入管内。管内为氨气与稀氨水溶液垂直降膜吸收过程，管外是水的逆流换热过程。用于将溶液冷却吸收器底部未吸收完全的气液两相混合物在水冷吸收器中与壳程冷却水换热，从而使得氨气被溶液完全吸收，最终水冷吸收器出口浓氨水溶液达到饱和或者过冷状态。
水冷吸收器6分为管程和壳程两部分，管程采用垂直列管降膜式吸收方式，壳程采用管壳式换热器用于热交换。所述水冷吸收器管程的浓氨水溶液出口端与溶液泵进口端相连。所述水冷吸收器壳程的进口端与进水口相连。所述的水冷吸收器管程进口端与再冷器出口端相连。溶液泵为液压隔膜泵，将在水冷吸收器吸收充分的浓氨水溶液输送到溶液冷却吸收器与GAX换热器。不经过分凝器的加热，改变了循环方式，在水冷吸收器中经过外部水冷的浓氨水溶液温度较低，进入溶液冷却吸收器，可充分吸收传热传质过程的吸收热，可以将吸收热很好的利用于回收过程。
分凝器、冷凝器、水冷吸收器利用的外界水为同一股水流，依次经过水冷吸收器、分凝器、冷凝器。外界水吸收的热量所提高的温度即为用户的产出。
蒸发器7采用管翅式空冷器，所述蒸发器进液端与电子膨胀阀出口相连，排气端与再冷器进气端相连。
再冷器8采用套管式换热器，所述再冷器进液端与冷凝器右侧出液端相连，出液端与电子膨胀阀进口相连。进气端与蒸发器排气端相连，气体与液体进行内部回热交换，排气与水冷吸收器与溶液冷却吸收器相连。再冷器8出液端与所述蒸发器7进液端之间设置有电子膨胀阀10，用于降低所述蒸发器4进液端的制冷剂温度。
溶液泵11采用液压隔膜泵，进液端与水冷吸收器浓氨水溶液出口相连，出液端与溶液冷却器浓氨水溶液进口相连。溶液泵11内的工质为氨水溶液，氨质量分数为0.2-0.5。
具体实施时，发生器1底部浓氨水溶液受外界热源加热，达到泡点后蒸发出制冷剂氨气，另外，在溶液加热发生器1内，浓氨水溶液继受管内稀氨水溶液流动加热，继续产生制冷剂氨气。制冷剂氨气在冷凝器内冷凝，对应于冷凝温度的压力为系统高压Pg。制冷剂氨气经过中部丝网填料提馏及顶部丝网填料的继续精馏，达到90％以上的纯度后，从发生器出气端进入分凝器2进一步提纯。发生器剩余的稀溶液经螺旋导流管出液端，再经节流后进入GAX换热器4中。
具体实施时，发生器1产生出制冷剂氨气和吸收剂氨水溶液，后续将分别进行制冷剂循环和溶液循环。
具体实施时，制冷剂循环为：发生器1出气端出口的高压制冷剂氨气进入分凝器2中，温度较高的氨气将分凝器2绕管中的循环水加热，氨气中的水分冷凝下来，使得氨气进一步提纯至99.8％以上后由出气端进入冷凝器3中。高压制冷剂氨气在冷凝器3中经过气液相变，释放气化潜热转变为高压制冷剂液氨，由冷凝器3出液端进入再冷器8中。高压制冷剂液氨在再冷器8中与蒸发器7出口的氨气换热，随后经过电子膨胀阀10进一步节流降压降温至两相区，进入蒸发器7中。低温低压的制冷剂液氨在蒸发器7的翅片管中吸收外界空气热量，在两相区气液相变，最终达到干度为1的饱和氨气或过热氨气进入再冷器8中交换热量。随后由再冷器8出气端分两路进入溶液冷却吸收器5和水冷吸收冷却器6中与稀氨水溶液混合。
具体实施时，溶液循环为：发生器1中溶液加热发生段的出液端出口的高压稀氨水溶液经过节流阀9降温降压后进入GAX换热器4中与浓氨水溶液进行热交换，然后被降温的稀氨水溶液进入溶液冷却吸收器5，进入溶液冷却吸收器5中，溶液冷却吸收器5为下降式列管结构，溶液在下降式列管中形成由上至下的液膜，高纯度氨气则由下至上，稀氨水溶液在列管壁面降膜吸收氨气，使得溶液浓度提高，释放出来的吸收热通过与壳程中的浓氨水溶液进行热交换。由于受到降膜吸收以及溶液冷却吸收器5换热量的影响，降膜吸收不完全。因此溶液冷却吸收器5底部出液端的气液两相混合物继续通至水冷吸收器6液端管程与外界冷却水进行热交换，在水冷吸收器6的绕管中气液两相混合物经历气液吸收-显热交换的两个过程，放出热量，最终达到饱和溶液态或过冷态(受外界循环水温度的影响)。饱和氨水溶液由溶液泵11不断升压泵送至溶液冷却吸收器5绕管中与GAX换热器4中，与稀氨水溶液与氨气混合吸收过程发生热交换，回收利用系统内部的热量，进行发生前预热，最终由GAX换热器4出液端回到发生器1中喷淋继续发生出氨气。如此，循环往复。
具体实施时，如图2所示，冷却水经过水冷吸收器5预热后进入分凝器2与冷凝器3中吸收热量后输出用户侧使用。循环冷却水使用循环水泵连接。
具体实施时，水冷吸收器6为绕管式结构，管程液端为两级吸收器，连接溶液冷却吸收器5底部出口，可将溶液冷却吸收器5底部出口未吸收完全的溶液-氨气气液两相混合物在水冷吸收器6管程中通过外界冷却水而放热，进一步吸收，直至完全吸收氨气达到饱和氨水溶液。
上述各实施例中，浓氨水溶液：氨质量分数0.2-0.5；稀氨水溶液：氨质量分数0.03-0.2。
可以看出，本发明中，通过两级吸收，可有效分配稀氨水溶液与氨气吸收过程放出的吸收热，通过GAX换热器4用于预热进入发生器1中的浓氨水溶液，降低稀氨水溶液的温度，利于后面的吸收更充分。一部分通过溶液冷却吸收器用于吸收过程的吸收热，有效降低发生温度，减少燃气消耗量。另一部分与外界冷却水换热，可以利用温度较低的循环水带走吸收热，保证二级吸收的继续进行，使得氨水溶液达到饱和，从而利于氨气在吸收器的发生产出，也可以提高输出端热量，从而有效提高性能系数。
可以看出，本发明中，通过GAX换热器4和溶液冷却吸收器进行内部回热，可预热进入发生器1中浓氨水溶液，提高浓氨水溶液温度，减少燃气消耗量。
本发明在传统的氨水GAX吸收式热泵系统的基础上采用分凝器全水冷的新循环形式，即浓氨水溶液在进入发生器之前不再进入分凝器吸热直接进入到GAX中，改变了循环形式，可大幅度提高GAX换热器中用于内部能量回收的单位吸收热负荷。全水冷分凝系统可以极大的优化溶液冷却吸收模块与水冷吸收模块的能量分配，从而提升溶液冷却吸收模块热负荷，从而减少系统的输入热负荷，生产出更多的氨气，并进一步提升系统效率。

Claims (10)

1.一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统，其特征在于，包括发生器(1)，分凝器(2)，冷凝器(3)，GAX换热器(4)，溶液冷却吸收器(5)，蒸发器(7)以及再冷器(8)；
其中，发生器(1)的第一出口与分凝器(2)相连，分凝器(2)与冷凝器(3)相连，冷凝器(3)与再冷器(8)的第一入口相连，再冷器(8)的第一出口与蒸发器(7)入口相连，蒸发器(7)出口与再冷器(8)的第二入口相连，再冷器(8)的第二出口与溶液冷却吸收器(5)的第一入口相连；
发生器(1)的第二出口与GAX换热器(4)的第一入口相连，GAX换热器(4)的第一出口与溶液冷却吸收器(5)的第一入口相连，溶液冷却吸收器(5)的第二出口与GAX换热器(4)的第二入口相连，GAX换热器(4)的第二出口与发生器(1)的第二入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统，其特征在于，还包括水冷吸收器(6)，再冷器(8)的第二出口还与水冷吸收器(6)的第一入口相连，溶液冷却吸收器(5)的第一出口与水冷吸收器(6)的第二入口相连，水冷吸收器(6)的第一出口与溶液冷却吸收器(5)的第二入口相连，溶液冷却吸收器(5)的第一出口与水冷吸收器(6)的第二入口相连。
3.根据权利要求2所述的一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统，其特征在于，水冷吸收器(6)为绕管式结构，管程液端为两级吸收器。
4.根据权利要求2所述的一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统，其特征在于，水冷吸收器(6)的第一出口经溶液泵(11)与溶液冷却吸收器(5)的第二入口相连。
5.根据权利要求2所述的一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统，其特征在于，水冷吸收器(6)上还设置有进水口和出水口。
6.根据权利要求1所述的一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统，其特征在于，再冷器(8)的第一出口经电子膨胀阀(10)与蒸发器(7)入口相连；发生器(1)的第二出口经节流阀(9)与GAX换热器(4)的第一入口相连。
7.根据权利要求6所述的一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统，其特征在于，节流阀(9)和电子膨胀阀(10)连接有控制模块，所述控制模块连接有温度传感器、压力传感器和液位传感器，控制模块根据接收到的温度信号、液位信号控制节流阀(9)的开度和启闭时间间隔；控制模块根据接收到的温度信号、压力信号控制电子膨胀阀(10)的开度。
8.根据权利要求6所述的一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统，其特征在于，发生器(1)包括由下向上依次设置的驱动热源发生器、溶液加热发生器与精馏塔，顶部设置有溶液均布器，精馏塔内设置有螺旋盘管及壁面翅片，精馏塔内设置有不锈钢波纹丝网填料；
冷凝器(3)为绕管式换热器；
GAX换热器(4)为管壳式换热器，从顶部到底部均匀排布若干折流板，每块间隔152mm；水冷吸收器(5)为管壳式换热器；蒸发器(7)采用管翅式空冷器，再冷器(8)采用套管式换热器，溶液泵(11)采用液压隔膜泵。
9.一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统的控制方法，其特征在于，发生器(1)底部浓氨水溶液受外界热源加热，达到泡点后蒸发出氨气，在发生器(1)内，浓氨水溶液继受热，继续产生氨气，使得压力不断增大，最终达到对应发生温度的氨气饱和压力Pg；
发生器(1)产生出氨气和氨水溶液，将分别进行制冷剂循环和溶液循环；
制冷剂循环为：发生器(1)内的氨气进入分凝器(2)中，氨气将分凝器(2)绕管中的循环水加热，氨气中的水分冷凝下来，使得氨气提纯至99.8％以上后进入冷凝器(3)中，氨气在冷凝器(3)中经过气液相变，释放气化潜热转变为液氨，进入再冷器(8)中，液氨在再冷器(8)中与蒸发器(7)出口的氨气换热后进入蒸发器(7)中，液氨在蒸发器(7)的翅片管中吸收外界空气热量，在两相区气液相变，最终达到干度为(1)的饱和氨气或过热氨气进入再冷器(8)中交换热量，随后进入溶液冷却吸收器(5)和水冷吸收冷却器(6)中与稀氨水溶液混合；
溶液循环为：发生器(1)中氨水溶液进入GAX换热器(4)中与浓氨水溶液进行热交换，然后被降温的氨水溶液进入溶液冷却吸收器(5)中，氨水溶液在溶液冷却吸收器(5)中形成由上至下的液膜，氨气则由下至上，氨水溶液在列管壁面降膜吸收氨气，使得溶液浓度提高，释放出来的吸收热通过与壳程中的浓氨水溶液进行热交换，溶液冷却吸收器(5)底部的气液两相混合物继续通至水冷吸收器(6)中与外界冷却水进行热交换，在水冷吸收器(6)的中气液两相混合物经历气液吸收-显热交换的两个过程，放出热量，最终达到饱和溶液态或过冷态；饱和氨水溶液送至溶液冷却吸收器(5)绕管中与GAX换热器(4)中，与稀氨水溶液与氨气混合吸收过程发生热交换，回收利用系统内部的热量，进行预热，最终由GAX换热器(4)回到发生器(1)中喷淋继续发生出氨气，如此循环往复。
10.根据权利要求9所述的一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统的控制方法，其特征在于，浓氨水溶液的质量浓度范围为20％～40％，稀氨水溶液的质量浓度范围为8～20％。
CN202010102813.7A 2020-02-19 2020-02-19 一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法 Active CN111336720B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010102813.7A CN111336720B (zh) 2020-02-19 2020-02-19 一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010102813.7A CN111336720B (zh) 2020-02-19 2020-02-19 一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111336720A true CN111336720A (zh) 2020-06-26
CN111336720B CN111336720B (zh) 2021-07-13

Family

ID=71181663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010102813.7A Active CN111336720B (zh) 2020-02-19 2020-02-19 一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111336720B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113959115A (zh) * 2021-09-29 2022-01-21 山东建筑大学 一种R134a-DMF吸收式热泵机组控制系统及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5966948A (en) * 1998-03-24 1999-10-19 Energy Concepts Co. Sub-ambient absorber GAX cycle
CN1474922A (zh) * 2000-11-10 2004-02-11 О 用于氨-水吸收系统的相变传热耦合装置
US20040144121A1 (en) * 2000-01-05 2004-07-29 Paul Sarkisian Integrated aqua-ammonia chiller/heater with heater mode absorber by-pass
KR100746273B1 (ko) * 2006-06-30 2007-08-06 경희대학교 산학협력단 지에이엑스 암모니아 흡수식 냉난방기
CN101135507A (zh) * 2007-09-21 2008-03-05 东南大学 一种氨水吸收式制冷机
CN102679614A (zh) * 2011-12-22 2012-09-19 河南科技大学 一种溶液自冷却精馏的氨水吸收制冷系统
CN105953458A (zh) * 2016-05-18 2016-09-21 山东阿尔普尔节能装备有限公司 一种联合燃气的空气源吸收式热泵装置
CN109297255A (zh) * 2018-10-16 2019-02-01 安徽沃特普尔节能科技有限公司 一种节能型气氨压缩工艺

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5966948A (en) * 1998-03-24 1999-10-19 Energy Concepts Co. Sub-ambient absorber GAX cycle
US20040144121A1 (en) * 2000-01-05 2004-07-29 Paul Sarkisian Integrated aqua-ammonia chiller/heater with heater mode absorber by-pass
CN1474922A (zh) * 2000-11-10 2004-02-11 О 用于氨-水吸收系统的相变传热耦合装置
KR100746273B1 (ko) * 2006-06-30 2007-08-06 경희대학교 산학협력단 지에이엑스 암모니아 흡수식 냉난방기
CN101135507A (zh) * 2007-09-21 2008-03-05 东南大学 一种氨水吸收式制冷机
CN102679614A (zh) * 2011-12-22 2012-09-19 河南科技大学 一种溶液自冷却精馏的氨水吸收制冷系统
CN105953458A (zh) * 2016-05-18 2016-09-21 山东阿尔普尔节能装备有限公司 一种联合燃气的空气源吸收式热泵装置
CN109297255A (zh) * 2018-10-16 2019-02-01 安徽沃特普尔节能科技有限公司 一种节能型气氨压缩工艺

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113959115A (zh) * 2021-09-29 2022-01-21 山东建筑大学 一种R134a-DMF吸收式热泵机组控制系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111336720B (zh) 2021-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101329117B (zh) 一种整体型吸收式换热机组
CN101975486B (zh) 一种乏汽直凝式吸收式热泵装置
CN103058306B (zh) 一种太阳能空调海水淡化系统
CN104964477A (zh) 一种多级板式蒸发吸收式制冷装置和方法
CN110344898A (zh) 吸收式海水淡化与闭式循环发电系统
CN111412686B (zh) 一种热管耦合的太阳能空气制水设备
CN203159268U (zh) 一种太阳能空调海水淡化系统
CN114322354B (zh) 一种吸收式循环制冷系统及其工艺
CN201794730U (zh) 带有吸收增温系统的中低温地热发电机组
CN111336720B (zh) 一种全水冷分凝的氨吸收式热泵系统及控制方法
CN102809144B (zh) 采用两级喷射吸收热泵提高热力循环效率的装置及方法
CN101949368A (zh) 带有吸收增温系统的中低温地热发电机组
CN210486160U (zh) 氨吸收式制冷机用复合式冷却系统
CN207620863U (zh) 一种有机朗肯循环发电装置
CN109386331A (zh) 一种有机朗肯循环发电装置
CN207620862U (zh) 一种有机朗肯循环发电装置
CN109386330A (zh) 一种有机朗肯循环发电装置
CN204612241U (zh) 生物质直燃溴化锂吸收式冷热水机组
CN109631391B (zh) 一种锅炉内置双级吸收式热泵
KR100472623B1 (ko) 흡수식 냉동기의 급탕용 온수 가열장치
CN201772767U (zh) 湿空—蒸高效复合凝汽器
CN202032791U (zh) 一种回收低压蒸汽余热的吸收式热泵蒸发器结构
CN201837144U (zh) 一种乏汽直凝式吸收式热泵装置
CN1275010C (zh) 采用氨吸收制冷给聚乙二醇二甲醚脱碳工艺提供冷量的方法
CN105805978B (zh) 利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant