CN1912499A - 开式第一类吸收式热泵及其应用技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了单级/两级开式第一类吸收式热泵及其利用蒸汽动力循环汽轮机出口乏汽作为开式第一类吸收式热泵余热蒸汽的供热技术，属于供热工程中低温余热利用技术领域。单级/两级开式第一类吸收式热泵主要由冷凝器，发生器/低压发生器，吸收器/低压吸收器，溶液热交换器，混合加热器，节流阀等组成；吸收器/低压吸收器和冷凝器留有端口以便接入余热蒸汽和放出凝水；余热蒸汽直接进入吸收器/低压吸收器，完成余热和热泵工作介质的作用，在冷凝器内转化为凝水，直接或降温后回到余热蒸汽来源处。利用汽轮机乏汽作为开式热泵余热蒸汽的供热系统，主要由热泵系统，蒸汽动力循环系统，凝水升压泵等组成；汽轮机抽汽和出口乏汽分别为开式热泵系统的驱动热和余热蒸汽，抽汽和乏汽转化的凝水分别自回和经升压泵打回到蒸汽动力循环系统。该发明结构简化，减少了传热环节，供热温度得到提高，工艺参数得到改善。

Description

开式第一类吸收式热泵及其应用技术
技术领域：
本发明属于低温余热利用技术领域。
背景技术：
采用吸收式热泵技术进行余热利用，具有比较好的节能、环保和经济效益，第一类吸收式热泵具有广泛的应用市场，它一般由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器所组成，工质在热泵内部完成热泵循环。在有余热可利用的场合，不论余热是什么样的特点，都需要通过加热热泵内部的冷剂介质使其蒸发，蒸发后的冷剂介质再进入吸收器被来自发生器的浓溶液所吸收，这样就存在一个传热环节(对应有一个传热热阻)，热泵相应地需要蒸发器这一部件。传热环节的存在影响了余热温度的提升幅度；蒸发器的存在，增加了装置的投资，流动环节也相应增加。
在存在大量低温余热的一部分特殊场合，如蒸汽动力循环装置，余热是以低温、低压的乏汽状态存在的，数量大而温度低，采用传统的闭式第一类吸收式热泵来对这些余热加以利用，较多的热量传递环节对余热温度的提升带来不利，同时也使设备庞大、系统投资高。
在利用低温、低压的余热蒸汽时，针对传统闭式第一类吸收式热泵存在不足，结合低温、低压余热蒸汽特点，利用以溴化锂水溶液为代表的、溶质在应用条件下不具有挥发性特点的工作介质，以更为合理的流程，直接利用余热蒸汽，简化设备结构和传热环节，改善热泵工艺参数，这将进一步拓展第一类吸收式热泵的应用市场，带来更好的节能、环保和经济效益。
蒸汽动力循环中，燃料燃烧释放出的热量中，大部分的热无法在汽轮机中转化为机械能，而是存在于汽轮机乏汽中，并依靠循环冷却水进、出冷凝器将乏汽冷却，在冷却塔中主要依靠冷却水的蒸发将该部分热释放到环境中去，带走了其中大量的热。由于乏汽或冷却水的温度一般很低，这样在以第一类吸收式热泵利用该低温热时，减少低温热的传热环节将有利于提升热泵的供热温度和改善热泵的工艺参数及性能。
发明内容：
本发明包含两部分内容，发明的主要内容是提供开式第一类吸收式热泵，发明的另一内容是提供采用开式第一类吸收式热泵机组、以蒸汽动力循环中汽轮机乏汽为余热蒸汽的热泵供热系统。
本发明主要内容的目的是要提供一种开式第一类吸收式热泵(比如以溴化锂水溶液为工质)，它省却了传统热泵中的蒸发器，以最为直接的方式利用余热——直接引入来自其它装置的低温、低压余热蒸气为热泵的余热，该余热蒸汽进入热泵后成为其工作介质，同时承担了热泵中冷剂工作介质的作用；温度得到提升后的余热可用于对外供热，余热蒸汽完成余热和热泵中冷剂蒸汽作用后自热泵冷凝器中以高温凝水状态出来，可直接、或降温后回到(或泵回)余热蒸汽来源系统。
本发明的另一内容，是提供一种利用开式第一类吸收式热泵、以蒸汽动力循环中汽轮机出口乏汽为余热蒸汽的供热系统，它以蒸汽动力循环汽轮机抽汽(也可以是其它汽源)为开式第一类吸收式热泵的驱动热，引入汽轮机出口乏汽为其余热蒸汽直接进入热泵的吸收器(单级)、低压吸收器(两级)，余热蒸汽完成余热和热泵中冷剂介质作用后成为凝水泵回到蒸汽动力循环系统；同时，驱动蒸汽完成其作用后也成为凝水回到蒸汽动力循环系统。
以开式单级第一类吸收式热泵为例，本发明主要内容的目的是这样实现的，它主要由吸收器、发生器、冷凝器、溶液泵和溶液热交换器等所组成；吸收器与发生器之间通过溶液泵连通溶液管路，发生器产生的冷剂蒸汽通过管线或通道进入冷凝器；吸收器和冷凝器之间有被加热介质相串联，被加热介质在吸收器和冷凝器中吸收热量、温度逐步得到提升后对外输出。其特征在于：热泵系统中无蒸发器，吸收器和冷凝器分别留有管口端以备接入余热蒸汽和放出凝水；余热蒸汽直接进入吸收器，完成余热和热泵工作介质的作用，以凝水方式出冷凝器，直接或降温后回到(或泵回)余热蒸汽来源系统。
本发明中的开式两级第一类吸收式热泵的目的是这样实现的，它主要由低压吸收器、低压发生器、吸收器、发生器、冷凝器、混合加热器、节流阀、若干循环泵和溶液热交换器(可选项)所组成，分为提取余热的低温级和对外供热的高温级；低压吸收器有冷剂液管线通过节流阀与冷凝器相连，低压吸收器与低压发生器之间通过溶液泵连通溶液管路，吸收器与发生器之间通过溶液泵连通溶液管路，吸收器与冷凝器之间有被加热介质管线相连，发生器有冷剂蒸汽通道与冷凝器相连；低温级和高温级之间或只有蒸汽通道相连(两级间溶液独立运行)，或分别有蒸汽通道和溶液管道分别相连(两级间溶液串联运行)；其特征在于：热泵系统中无蒸发器，低压吸收器和冷凝器留有端口以备接入余热蒸汽和放出凝水；余热蒸汽直接进入低温级低压吸收器，完成余热和热泵工作介质的作用，以凝水方式出冷凝器，直接或降温后回到余热蒸汽来源系统；出自冷凝器的凝水包含两部分：一部分来自余热蒸汽，回到余热蒸汽来源系统，一部分来自热泵内部工作介质(溶液)，该部分凝水经节流后进入低压吸收器吸热，周而复始地工作于热泵相关环节中。
本发明中的利用包括单级、两级在内的开式第一类吸收式热泵对蒸汽动力循环低压、低温乏汽进行直接应用对外供热的目的是这样实现的，它由开式第一类吸收式热泵系统(I或II)、蒸汽动力循环系统(III)和凝水升压泵所构成，分别有汽轮机乏汽及其凝水管线，汽轮机中间抽汽及其凝水管线连通系统(I或II)和系统(III)；其特征在于：系统(III)汽轮机出口乏汽直接引入系统(I或II)中开式第一类吸收式热泵之吸收器或低压吸收器，提供热泵所需余热、并成为热泵工作介质的一部分，完成作用后经提压泵送回系统(III)；系统(III)中汽轮机抽汽进入系统(I或II)中开式第一类吸收式热泵之发生器/低压发生器，完成对其进入发生器的稀溶液的加热过程，以凝水状态自回(必要时泵回)到系统(III)。
附图说明：
图1是依据本发明所提供的，开式单级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意简图。
图2是依据本发明所提供的，溶液在两级之间独立运行的开式两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意简图。
图3是依据本发明所提供的，溶液在两级之间串联运行的开式两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意简图。
图4是依据本发明所提供的，利用开式单级第一类吸收式热泵对蒸汽动力循环低压、低温乏汽进行直接应用对外供热的系统流程示意简图。
图5是依据本发明所提供的，利用包括单级、两级在内的开式第一类吸收式热泵对蒸汽动力循环低压、低温乏汽进行直接应用对外供热的系统流程示意简图。
图中，1—(热泵中)冷凝器，2—发生器，3—吸收器，4、11—溶液热交换器，5、10—溶液泵，6—节流阀，7—低压吸收器，8—混合加热器，9—低压发生器，12—调节阀，13—蒸汽发生装置，14—汽轮机，15—(蒸汽动力循环中)冷凝器，16—凝水泵，17—(蒸汽动力循环中)循环泵，18—冷却塔，19—冷却水循环泵，20—汇流(集水)箱，21—凝水升压泵，22—开式第一类吸收式热泵。
图中，a—来自外部余热蒸汽，b—回到外部的冷凝水，c—吸收器出稀溶液，d—发生器出浓溶液，e—被加热介质，f—热泵用驱动热介质(来自汽轮机抽汽或其它汽源)，g—抽汽凝结水，h—蒸汽动力循环冷却介质。
图中，I—单级开式第一类吸收式热泵系统，II—开式第一类吸收式热泵系统，III—蒸汽动力循环系统。
具体实施方式：
下面结合附图和实例来详细描述本发明之两部分内容。
在开式第一类吸收式热泵中本发明的目的是这样实现的，①结构上，单级/两级该类热泵中，单级主要由冷凝器1，发生器2，吸收器3，溶液热交换器4，溶液泵5等组成；两级该类热泵主要由冷凝器1，发生器2，吸收器3，低压吸收器7，低压发生器9，溶液热交换器4、11，混合加热器8，溶液泵5、10等组成，该类热泵不再有闭式第一类吸收式热泵的蒸发器；②余热蒸汽一部分进入吸收器3/低压吸收器7，被来自发生器2/低压发生器9的浓溶液吸收；③来自吸收器3/低压吸收器7的溶液，经溶液泵5/10输送到发生器2/低压发生器9，在发生器2/低压发生器9中被驱动热源加热，释放出冷剂蒸汽，后者进入冷凝器1/混合加热器8，完成对来自吸收器3/低压吸收器7的流体的加热；④来自冷凝器3中的凝水，来自余热蒸汽的部分回到余热蒸汽产生系统；来自热泵内部溶液本身的部分，经节流阀6节流后进入低压吸收器7吸热，而后进入混合加热器8；⑤发生器2/低压发生器9内溶液在驱动热源加热下完成冷剂蒸汽的产生过程；浓溶液经溶液热交换器4/11进入吸收器3/低压吸收器7，吸收蒸汽后重新成为稀溶液；⑥外部流体先进入吸收器3吸热，而后再进入冷凝器1进一步吸收冷剂蒸汽的凝结放热，温度得到进一步提高后对外供热。
在利用开式单级第一类吸收式热泵对蒸汽动力循环低压、低温乏汽进行直接应用对外供热的系统中，本发明的目的是这样实现的，①系统构成上，主要由开式第一类吸收式热泵供热系统(I或II)、蒸汽动力循环系统(III)和提压泵21所组成；②系统(III)中汽轮机14出口之乏汽(a)进入系统(I或II)之吸收器3/低压吸收器7，作为其余热蒸汽(a)；系统(III)中汽轮机的抽汽(f)作为系统(I或II)发生器2/低压发生器9的驱动热；③余热蒸汽(a)在系统(I或II)中完成作用后以凝水(b)状态自冷凝器1流出，经提压泵21回到系统(III)；汽轮机抽汽(f)在系统(I或II)完成作用后成为凝水(g)，一般可靠余压自回(必要时泵回)到系统(III)中集水箱20。
图1所示为余热蒸汽进入吸收器、单级开式第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。在该热泵中，余热蒸汽进入吸收器，与进出发生器的高温介质、工作于吸收器和发生器的溶液、余热蒸汽完成放热后生成的冷凝水，以及相关的各种设备，共同完成如下工作流程：
①余热蒸汽流程——余热蒸汽进入吸收器3，被来自发生器2的浓溶液所吸收，加热进入吸收器3的被加热流体；余热蒸汽与浓溶液生成的稀溶液，经溶液泵5打入发生器2，在进入发生器2的高温介质的作用下，被吸收的蒸汽又重新成为比余热蒸汽温度要高得多的蒸汽释放出来，该蒸汽进入冷凝器1，对被加热介质放热后成为凝水，直接或降温后回到余热蒸汽产生系统。
②高温介质流程——高温介质进、出发生器2，完成对来自吸收器3的稀溶液的加热。
③被加热流体流程——被加热流体首先进、出吸收器3，完成对吸收器内浓溶液吸收余热蒸汽后所放出的热量的吸收；再进、出冷凝器1，吸收来自发生器2的冷剂蒸汽放出的热后向用户供热。
④溶液流程——自吸收器3出口的稀溶液由溶液泵5送入溶液热交换器4吸热后进入发生器2，在高温介质加热下释放出蒸汽成为浓溶液，浓溶液经溶液热交换器4冷却后进入吸收器3，吸收余热蒸汽成为稀溶液，再经溶液泵5打入发生器2完成溶液的循环。
图2所示的是余热蒸汽进入低压吸收器、溶液在两级分别独立运行工作的开式两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意简图，其与图1所示单级热泵所不同的除了工作级数、结构、流程不同之外，一个主要的区别在于余热蒸汽进入的是低压吸收器。
图3所示的是余热蒸汽进入低压吸收器、溶液在两级之间串联运行工作的开式两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意简图，其与图2所示的区别在于二者内部溶液的流程不同。
图4所示为利用开式单级第一类吸收式热泵对蒸汽动力循环低压、低温乏汽进行直接应用的系统流程示意简图，
图5所示为利用包括单级、两级在内的开式第一类吸收式热泵对蒸汽动力循环低压、低温乏汽进行直接应用的系统流程示意简图。
本发明技术可以实现的效果：
本发明内容一所提出的开式第一类吸收式热泵与传统的闭式第一类热泵相比，在有低温、低压蒸汽可利用的场合，具有如下效果和优势：
①流程简化，改善设备流动性能。
②设备得到较大程度简化，降低了设备和工程投资。
③控制系统相应得到简化，供热系统的安全性也得到相应提高。
④传热环节减少，余热得到提升的温度更高；或可利用更低温度的余热；或降低发生器内浓溶液的温度，避免或降低此处溶液可能对设备造成的腐蚀；这些都有力地改善了热泵的工艺性能，拓展了第一类吸收式热泵的应用场合。
本发明内容二所提出的采用开式第一类吸收式热泵直接利用蒸汽动力循环乏汽作为其余热蒸汽的供热(技术)系统，可实现如下效果：
①余热蒸汽直接利用，改善了热泵机组的工艺参数。
②设备与对应的系统工程投资降低，经济性得到提高。
③乏汽热能得到利用，具有节能效益、环保效益和经济效益。
④在利用乏汽余热的同时，可以降低蒸汽动力循环冷却水的蒸发量。

Claims (2)

1.单级和两级开式第一类吸收式热泵，单级/两级该类热泵主要由冷凝器，发生器/低压发生器，吸收器/低压吸收器，溶液热交换器，混合加热器，节流阀等组成；单级该类热泵中，冷凝器(1)与发生器(2)之间有冷剂蒸汽通道相连，发生器(2)与吸收器(3)之间通过溶液泵连通溶液管路，冷凝器(1)和吸收器(3)之间有被加热介质管道相连，发生器(2)连通驱动热源，其特征在于：吸收器(3)留有端口，外部余热蒸汽直接进入吸收器(3)被来自发生器(2)的浓溶液所吸收形成稀溶液，经溶液泵(5)打入发生器(2)，在驱动热源加热下，重新形成较高压力、温度下的蒸汽进入冷凝器(1)，放热给被加热介质后形成凝水，直接或降温后回到余热蒸汽来源处；两级该类热泵中，冷凝器(1)与发生器(2)之间有冷剂蒸汽通道相连，冷凝器(1)和低压吸收器(7)之间通过节流阀(6)相连，发生器(2)与吸收器(3)之间、低压发生器(9)和低压吸收器(7)之间分别通过溶液泵连通溶液管路或发生器(2)与吸收器(3)、低压发生器(9)和低压吸收器(7)之间通过溶液泵连通溶液管路，冷凝器(1)和吸收器(3)之间有被加热介质管道相连，发生器(2)和低压发生器(9)分别连通驱动热源，其特征在于：低温级中低压吸收器(7)留有端口，外部余热蒸汽直接进入低压吸收器(7)被来自低压发生器(9)的浓溶液所吸收形成稀溶液，经溶液泵(10)打入低压发生器(9)，在驱动热源加热下，重新形成较高压力、温度下的过热蒸汽，在混合加热器(8)中加热来自低压吸收器(7)的冷剂介质，二者形成饱和蒸汽进入高温级中吸收器(3)作为其余热蒸汽，在高温级中完成其余热蒸汽作用，在吸收器(3)中被来自发生器(2)的浓溶液吸收、放热，在发生器(2)中与热泵溶液中的水分一同以更高温度和压力的蒸汽进入冷凝器(1)，放热给被加热介质后形成凝水，余热蒸汽转化的凝水直接或降温后回到余热蒸汽来源处，来自热泵内部溶液中的水分转化的凝水经节流阀(6)节流降压、降温后进入低压吸收器(7)吸热，进入混合加热器(8)；针对存在余热蒸汽的场合，该类热泵简化了设备和传热过程，并改善了热泵的热力参数，提高了热泵的性能。
2.利用蒸汽动力循环汽轮机出口乏汽作为开式第一类吸收式热泵余热蒸汽的供热系统，由开式第一类吸收式热泵系统(I或II)、蒸汽动力循环系统(III)和凝水升压泵(21)所构成，分别有汽轮机乏汽及其凝水管线，汽轮机中间抽汽、出口乏汽及其凝水管线分别连通系统(I或II)和系统(III)；其特征在于：系统(III)汽轮机(14)出口乏汽直接引入系统(I或II)中开式第一类吸收式热泵之吸收器(3)或低压吸收器(7)，提供热泵所需余热、并成为热泵工作介质的一部分，完成作用后经提压泵(21)送回系统(III)系统(III)中汽轮机抽汽进入系统(I或II)中开式第一类吸收式热泵之发生器(2)/低压发生器(9)，完成对其进入发生器的稀溶液的加热过程，以凝水状态自回或泵回到系统(III)。
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