CN117685678B - 一种第二类吸收式热泵控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热量回收技术领域，涉及一种第二类吸收式热泵控制方法。包括热泵机组，所述热泵机组包括冷凝器、蒸发器、吸收器和发生器，所述冷凝器与发生器之间设有第一稀释通道，所述蒸发器与发生器之间设有第二稀释通道，所述发生器与所述吸收器之间设有浓溶液管道；所述第一稀释通道上设有第一稀释阀，所述第二稀释通道上设有第二稀释阀；所述第一稀释通道和/或第二稀释通道用于在溶液浓度过高时，将冷凝器和/或蒸发器内的液态冷剂水直接导入发生器内的浓溶液中，降低制冷剂溶液浓度。通过本发明的控制方法，能够及时地将冷凝器或蒸发器中的液态水充注至发生器内，降低发生器内制冷剂溶液浓度，避免了溶液结晶，确保系统稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种第二类吸收式热泵控制方法，属于热量回收技术领域。
背景技术
第二类吸收式热泵是利用烟气、废气、工业余热等高温废热作为热源，将其转化为低温热能，同时回收废气中的热能，以提高能量利用效率。
因此，第二类吸收式热泵不需要高温热源驱动，是以低温余热源为驱动热源，在采用低温冷却水的条件下，制取比驱动热源温度高的热水或蒸汽。它是完全不消耗高温有用热能的节能型产品。
作为一种工业设备，第二类吸收式热泵在设计时也持续追求工作效率的最大化，以便用最少的介质实现最高效的热量回收，一般情况下，第二类吸收式热泵投用后，通过控制进入系统的余热源的数量来确保系统的稳定运行，若现场需要回收的热量超过了第二类吸收式热泵能够回收的极限，则通过关小余热入口阀门的形式降低进入系统的热量，确保系统的稳定运行。然而第二类吸收式热泵诞生的目的是回收能源，所以其本身必然不是工业系统的主角，在有些工业场所下，对管道内压力的稳定性要求极高，第二类吸收式热泵应用于这类场所下时，被要求不得对余热源进行任何形式的截留，这也导致传统的通过调节进入第二类吸收式热泵内的余热量的调节方法将不能适用。比如，第二类吸收式热泵机组在蒸氨等特殊工艺应用过程中，蒸氨工艺需要蒸氨塔蒸馏出氨蒸汽必须全部被冷凝下来（冷凝氨蒸汽就是回收热量的过程），也就是不允许通过调低进入第二类吸收式热泵的热量大小来使第二类吸收式热泵工作在稳定的工况下。因此安装在氨蒸汽管道上的调节阀只起到开关的作用，不再具备调节第二类吸收式热泵负荷大小的功能，甚至部分机组在实际应用中直接取消了调节阀。
冷凝氨蒸汽就是回收氨蒸汽中的热量。简单来说，就是让氨蒸汽与制冷剂（例如溴化锂）溶液进行换热。温度较高的氨蒸汽被冷凝成液体，而温度较低的溴化锂稀溶液则吸收热量。在这个过程中，水会蒸发并从溴化锂溶液中分离出来。为了确保所有的氨蒸汽都能被冷凝下来，可能需要排出过量的水，这会导致溴化锂溶液的浓度过高。浓度过高的溴化锂溶液容易结晶，导致第二类吸收式热泵故障停机。因此，如何确保热泵既能满足工艺要求又能稳定运行，是技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的技术方案以改善或解决如上所述的现有技术中存在的技术问题。
本发明提供的技术方案如下：一种第二类吸收式热泵控制方法，包括热泵机组，所述热泵机组包括冷凝器、蒸发器、吸收器和发生器，所述冷凝器与发生器之间设有第一稀释通道，所述蒸发器与发生器之间设有第二稀释通道，所述发生器与所述吸收器之间设有浓溶液管道；
所述第一稀释通道上设有第一稀释阀，所述第二稀释通道上设有第二稀释阀；所述第一稀释通道和/或第二稀释通道用于在溶液浓度过高时，将冷凝器和/或蒸发器内的液态冷剂水直接导入发生器内的浓溶液中，降低制冷剂溶液浓度；
所述热泵机组内制冷剂溶液浓度的控制方法如下：
S1、根据设计的标准工况，设定所述浓溶液管道内制冷剂溶液的安全浓度第一阈值和安全浓度第二阈值；
S2、检测所述浓溶液管道内的浓溶液的实时浓度，并判断实时浓度是否大于安全浓度第一阈值；
S3、若实时浓度大于安全浓度第一阈值，则开启第一稀释通道和/或第二稀释通道，将冷凝器和/或蒸发器内的液态冷剂水直接导入所述发生器内的浓溶液中；
S4、所述浓溶液管道内的浓溶液的实时浓度低于安全浓度第二阈值时，关闭稀释通道。
本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、热泵机组在运行过程中处于真空状态，溶液和冷剂在调试中加入后便一直在机组内部，不会随着运行有所损失，如果在运行过程中溶液浓度超过安全运行范围,通过本发明的控制方法，能够及时地将冷凝器或蒸发器中的液态水充注至发生器内，降低发生器内制冷剂溶液浓度，提高了溶液的结晶温度，避免了溶液结晶，确保系统稳定运行；
2、本发明的控制方法设置了两个安全阈值，当浓度超过安全浓度第一阈值时，稀释阀开启，启动稀释动作；当浓度低于安全浓度第二阈值时，稀释阀关闭；只有当浓度再次大于安全浓度第一阈值时，稀释阀才会重新开启。通过这种方式，可以避免溶液浓度在阈值附近波动，从而防止稀释阀频繁启停。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述S3中，优先打开第一稀释阀，将冷凝器内的液态冷剂水导入发生器内的浓溶液中，当冷凝器内的液态冷剂水不能将制冷剂溶液的浓度降低至安全浓度以下时，再打开第二稀释阀启用蒸发器内的液态冷剂水对发生器内的制冷剂溶液进行稀释。
采用上述进一步方案的有益效果是，由于第二稀释阀装在蒸发器出口处，蒸发器内的压力高于第二稀释通道内的压力，打开第二稀释阀将冷剂水流入发生器时，冷剂水由高压环境进入低压环境时容易闪发，而闪发会导致类似气锤的效应，使管道异常振动，严重时会导致管道损坏，所以优先打开第一稀释阀进行稀释，即优先采用冷凝器里的冷剂水进行稀释，设置在第二稀释通道上的第二稀释阀能不开启就不开启。
进一步地，所述S3中，当打开所述第二稀释阀，利用蒸发器内的液态冷剂水对发生器内的浓溶液进行稀释时，关闭所述第一稀释阀。
进一步地，所述热泵机组还包括冷剂泵，所述冷剂泵用于将所述冷凝器内的液态制冷剂泵送出去，在开启第一稀释通道前，要确认下冷剂泵是否在运行，只有在冷剂泵开启的情况下，才能打开第一稀释阀，开启第一稀释通道。
采用上述进一步方案的有益效果是，开机阶段，冷凝器内的液位在0%～50%负荷区间，呈现时有时无的现象，这意味着冷剂泵也相应地处于时开时关的状态。为了确保系统的正常运行和稳定性，需要检测冷剂泵是否在正常运行，只有在冷剂泵开启的情况下，才能打开第一稀释阀，开启第一稀释通道，通过冷剂泵将冷剂水泵入发生器内。
进一步地，所述制冷剂溶液为溴化锂溶液，所述浓溶液管道内溴化锂溶液的浓度为，
其中，N：浓溶液管道内溴化锂溶液的浓度；
T1：浓溶液管道内溴化锂溶液温度；
T2：冷凝器的冷凝温度。
进一步地，溴化锂溶液在不同温度下的结晶浓度如下：
1）当浓溶液管道温度在4.0℃-42.0℃时，结晶浓度Ns的计算公式为：
Ns=69.4576-（4824.3582-（1743.72+T）/0.371459）＾1/2；
2）当浓溶液管道温度在42.0℃-101.0℃时，结晶浓度Ns的计算公式为：
Ns=76.95204-（5921.6163-（3922.74+T）/0.685245）＾1/2；
3）当浓溶液管道温度超过101.0℃时，结晶浓度Ns的计算公式为：
Ns=0.08333T+61.467；
所述安全浓度第一阈值NC1=K1×Ns；
所述安全浓度第二阈值NC2=K2×Ns；
其中，Ns代表结晶浓度，
T代表浓溶液管道温度，
K1代表第一安全系数，
K2代表第二安全系数。
采用上述进一步方案的有益效果是，溴化锂的结晶浓度随着温度的变化而变化，通过计算溴化锂在不同温度下的结晶浓度，能够准确控制第一稀释阀和/或第二稀释阀的开度，使发生器内的溶液达到浓度要求。
进一步地，所述K1的取值范围为0.96～0.98，所述K2的取值范围为0.95～0.97。
进一步地，所述浓溶液管道上还设有溶液泵，用于将发生器内的浓溶液泵送至吸收器内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的第二类吸收式热泵机组工作原理图；
图2为溴化锂溶液的浓度与温度的关系图；
图3为本发明的热泵机组内溴化锂溶液浓度的控制方法流程图；
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种第二类吸收式热泵控制方法，包括热泵机组，所述热泵机组包括冷凝器、蒸发器、吸收器和发生器，所述冷凝器与发生器之间设有第一稀释通道，所述蒸发器与发生器之间设有第二稀释通道，所述发生器与所述吸收器之间设有浓溶液管道；所述第一稀释通道上设有第一稀释阀，所述第二稀释通道上设有第二稀释阀；所述第一稀释通道和/或第二稀释通道用于在溶液浓度过高时，将冷凝器和/或蒸发器内的液态冷剂水直接导入发生器内的浓溶液中，降低制冷剂溶液浓度。
在本实施例中，所述制冷剂为溴化锂。
如图1所示，第二类吸收式热泵机组的工作原理是，冷剂水通过冷剂泵从冷凝器注入蒸发器淹没换热管，吸收换热管内流动的废热水（工厂排出的）的热量蒸发。蒸发后的低温蒸汽进入吸收器，被溴化锂溶液吸收，产生稀溶液。稀溶液再被输送到发生器，在高温热源的加热下，产生高压蒸汽。同时，溴化锂溶液变得更浓，成为浓溶液。浓溶液通过溶液泵被再次泵送至吸收器，高压蒸汽进入冷凝器凝结成水，同时释放热量加热应用水。溴化锂机组在运行过程中处于真空状态，溶液和冷剂在调试中加入后便一直在机组内部，不会随着运行有所损失，如果在运行过程中溶液浓度超过安全运行范围。通过本发明的制冷剂溶液浓度的控制方法，能够及时地将冷凝器或蒸发器中的液态水充注至发生器内，降低发生器内溴化锂溶液浓度，提高了溶液的结晶温度，避免了溶液结晶，确保系统稳定运行。
如图3所示，所述热泵机组内溴化锂溶液浓度的控制方法如下：
S1、根据设计的标准工况，设定所述浓溶液管道内溴化锂溶液的安全浓度第一阈值和安全浓度第二阈值；
当浓溶液管道内溶液的浓度刚好低于安全阈值时，稀释阀会自动关闭。但是，很快浓度会超过阈值，导致稀释阀频繁开启和关闭。为了解决这个问题，本发明的控制方法设置了两个安全阈值。当浓度超过安全浓度第一阈值时，稀释阀开启，启动稀释动作；当浓度低于安全浓度第二阈值时，稀释阀关闭；只有当浓度再次大于安全浓度第一阈值时，稀释阀才会重新开启。通过这种方式，可以避免溶液浓度在阈值附近波动，从而防止稀释阀频繁启停。
S2、检测所述浓溶液管道内的浓溶液的实时浓度，并判断实时浓度是否大于安全浓度第一阈值；
S3、若实时浓度大于安全浓度，则开启第一稀释通道和/或第二稀释通道，将冷凝器和/或蒸发器内的液态冷剂水直接导入所述发生器内的浓溶液中；
S4、所述浓溶液管道内的浓溶液的实时浓度低于安全浓度第二阈值时，关闭稀释通道。
所述浓溶液管道内溴化锂溶液的浓度为
，
其中，N：浓溶液管道内溴化锂溶液的浓度；
T1：浓溶液管道内溴化锂溶液温度；
T2：冷凝器的冷凝温度。
参考图2，溴化锂溶液在不同温度下的结晶浓度如下：
1）当浓溶液管道温度在4.0℃-42.0℃时，结晶浓度Ns的计算公式为：
Ns=69.4576-（4824.3582-（1743.72+T）/0.371459）＾1/2；
2）当浓溶液管道温度在42.0℃-101.0℃时，结晶浓度Ns的计算公式为：
Ns=76.95204-（5921.6163-（3922.74+T）/0.685245）＾1/2；
3）当浓溶液管道温度超过101.0℃时，结晶浓度Ns的计算公式为：
Ns=0.08333T+61.467；
所述安全浓度第一阈值NC1=K1×Ns；
所述安全浓度第二阈值NC2=K2×Ns；
其中，Ns代表结晶浓度，
T代表浓溶液管道温度，
K1代表第一安全系数，
K2代表第二安全系数。
所述K1的取值范围为0.96～0.98，所述K2的取值范围为0.95～0.97。
溴化锂的结晶浓度随着温度的变化而变化，通过计算溴化锂在不同温度下的结晶浓度，能够准确控制第一稀释阀和/或第二稀释阀的开度，使发生器内的溶液达到浓度要求。
所述S3中，优先打开第一稀释阀，将冷凝器内的液态冷剂水导入发生器内的浓溶液中，当冷凝器内的液态冷剂水不能将溴化锂溶液的浓度降低至安全浓度以下时，再启用蒸发器内的液态冷剂水进行稀释。
由于第二稀释阀装在蒸发器出口处，蒸发器内的压力高于第二稀释通道内的压力，打开第二稀释阀将冷剂水流入发生器时，冷剂水由高压环境进入低压环境时容易闪发，而闪发会导致类似气锤的效应，使管道异常振动，严重时会导致管道损坏，所以优先打开第一稀释阀进行稀释，即优先采用冷凝器里的冷剂水进行稀释，设置在第二稀释通道上的第二稀释阀能不开启就不开启。
所述S3中，当打开所述第二稀释阀，利用蒸发器内的液态冷剂水对发生器内的浓溶液进行稀释时，要关闭所述第一稀释阀。
所述热泵机组还包括冷剂泵，所述冷剂泵用于将所述冷凝器内的液态制冷剂泵送出去，在开启第一稀释通道前，要确认冷剂泵是否在运行，只有在冷剂泵开启的情况下，才能打开第一稀释阀，开启第一稀释通道。开机阶段，冷凝器内的液位在0%～50%负荷区间，呈现时有时无的现象，这意味着冷剂泵也相应地处于时开时关的状态。为了确保系统的正常运行和稳定性，需要检测冷剂泵是否在正常运行，只有在冷剂泵开启的情况下，才能打开第一稀释阀，开启第一稀释通道，通过冷剂泵将冷剂水泵入发生器内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种第二类吸收式热泵控制方法，包括热泵机组，所述热泵机组包括冷凝器、蒸发器、吸收器和发生器，其特征在于，所述冷凝器与发生器之间设有第一稀释通道，所述蒸发器与发生器之间设有第二稀释通道，所述发生器与所述吸收器之间设有浓溶液管道；
所述第一稀释通道上设有第一稀释阀，所述第二稀释通道上设有第二稀释阀；所述第一稀释通道和/或第二稀释通道用于在溶液浓度过高时，将冷凝器和/或蒸发器内的液态冷剂水直接导入发生器内的浓溶液中，降低制冷剂溶液浓度；
所述热泵机组内制冷剂溶液浓度的控制方法如下：
S1、根据设计的标准工况，设定所述浓溶液管道内制冷剂溶液的安全浓度第一阈值和安全浓度第二阈值，所述安全浓度第一阈值大于所述安全浓度第二阈值；
S2、检测所述浓溶液管道内的浓溶液的实时浓度，并判断实时浓度是否大于安全浓度第一阈值；
S3、若实时浓度大于安全浓度第一阈值，则开启第一稀释通道和/或第二稀释通道，将冷凝器和/或蒸发器内的液态冷剂水直接导入所述发生器内的浓溶液中；
S4、所述浓溶液管道内的浓溶液的实时浓度低于安全浓度第二阈值时，关闭稀释通道；
所述S3中，优先打开第一稀释阀，将冷凝器内的液态冷剂水导入发生器内的浓溶液中，当冷凝器内的液态冷剂水不能将制冷剂溶液的浓度降低至安全浓度以下时，再打开第二稀释阀启用蒸发器内的液态冷剂水对发生器内的制冷剂溶液进行稀释；
所述S3中，当打开所述第二稀释阀，利用蒸发器内的液态冷剂水对发生器内的浓溶液进行稀释时，关闭所述第一稀释阀。
2.根据权利要求1所述的第二类吸收式热泵控制方法，其特征在于，所述热泵机组还包括冷剂泵，所述冷剂泵用于将所述冷凝器内的液态制冷剂泵送出去，在开启第一稀释通道前，要确认冷剂泵是否在运行，只有在冷剂泵开启的情况下，才能打开第一稀释阀，开启第一稀释通道。
3.根据权利要求1所述的第二类吸收式热泵控制方法，其特征在于，所述浓溶液管道上设有温度传感器。
4.根据权利要求1所述的第二类吸收式热泵控制方法，其特征在于，所述制冷剂溶液为溴化锂溶液，所述浓溶液管道内溴化锂溶液的浓度为
，
其中，N：浓溶液管道内溴化锂溶液的浓度；
T1：浓溶液管道内溴化锂溶液温度；
T2：冷凝器的冷凝温度。
5.根据权利要求4所述的第二类吸收式热泵控制方法，其特征在于，溴化锂溶液在不同温度下的结晶浓度如下：
1）当浓溶液管道温度在4.0℃-42.0℃时，结晶浓度Ns的计算公式为：
Ns=69.4576-（4824.3582-（1743.72+T）/0.371459）＾1/2；
2）当浓溶液管道温度在42.0℃-101.0℃时，结晶浓度Ns的计算公式为：
Ns=76.95204-（5921.6163-（3922.74+T）/0.685245）＾1/2；
3）当浓溶液管道温度超过101.0℃时，结晶浓度Ns的计算公式为：
Ns=0.08333T+61.467；
所述安全浓度第一阈值NC1=K1×Ns；
所述安全浓度第二阈值NC2=K2×Ns；
其中，Ns代表结晶浓度，
T代表浓溶液管道温度，
K1代表第一安全系数，
K2代表第二安全系数。
6.根据权利要求5所述的第二类吸收式热泵控制方法，其特征在于，所述K1的取值范围为0.96～0.98，所述K2的取值范围为0.95～0.97。
7.根据权利要求1所述的第二类吸收式热泵控制方法，其特征在于，所述浓溶液管道上还设有溶液泵，用于将发生器内的浓溶液泵送至吸收器内。
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2024
- 2024-02-04 CN CN202410155912.XA patent/CN117685678B/zh active Active
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