直燃型吸收式熱泵的綜合利用

直燃型吸收式熱泵的綜合利用

全球氣候惡化已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。人們需要減少這種現(xiàn)象，減少二氧化碳排放。能源是人類關(guān)心的另一個(gè)重要問題。能源消耗，提高能源利用效率，研究和開發(fā)節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品，緩解能源短缺?；谏鲜鲈?熱泵技術(shù)愈發(fā)引起各國重視,并得到了廣泛的推廣應(yīng)用。熱泵與水泵類似,但它提升的是熱能,它可以從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能,經(jīng)過電力做功,提供可被人們所用的高品位熱能。熱泵是基于逆卡諾循環(huán),具有供熱、供冷兩種功效的裝置。所以熱泵技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有較高的發(fā)展前景,除了用于農(nóng)副產(chǎn)品的干燥外,還廣泛應(yīng)用于住宅的取暖及空氣調(diào)節(jié)、食品加工業(yè)以及服務(wù)行業(yè)等各種產(chǎn)業(yè)。目前吸收式熱泵的應(yīng)用實(shí)例并不多見,但是它具有巨大的節(jié)能潛力,所以近年來各工業(yè)化國家都先后開展了這一項(xiàng)目的研究和推廣應(yīng)用,并取得了顯著的節(jié)能和環(huán)保效果。沼氣是一種綠色能源,主要成分為甲烷,燃燒一個(gè)單位的甲烷可以減排21個(gè)單位的二氧化碳。而且我國農(nóng)村地區(qū)具有豐富的沼氣資源,若把這種可再生能源與吸收式熱泵結(jié)合在一起工作,將進(jìn)一步促進(jìn)二者的發(fā)展,可以緩解我國能源短缺和環(huán)境污染的現(xiàn)狀,具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?吸收式熱機(jī)的工作和節(jié)能原則1.1熱泵中冷卻劑的循環(huán)方向壓圖推動(dòng)吸收式熱泵工作的主要?jiǎng)恿闊崮?通過二元溶液的吸收發(fā)生以及熱泵工質(zhì)的蒸發(fā)冷凝等循環(huán)過程,實(shí)現(xiàn)對(duì)工作對(duì)象的供熱。吸收式熱泵主要由以下部件構(gòu)成:吸收器、溶液泵、溶液閥、溶液熱交換器、發(fā)生器、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器(見圖1)。循環(huán)的介質(zhì)是在很低的溫度下能蒸發(fā)的冷凍劑,如氨、氟利昂等。圖2表示熱泵中冷卻劑循環(huán)方向(壓焓圖),顯示出熱泵的工作流程:液態(tài)冷卻劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱汽化,變?yōu)檎羝筮M(jìn)入吸收器內(nèi)被二元溶液吸收并放熱,之后二元溶液經(jīng)溶液泵及溶液熱交換器輸送至發(fā)生器,在發(fā)生器內(nèi)被外界熱源加熱,部分制冷劑蒸發(fā)成蒸汽,從溶液中分離出來,進(jìn)入冷凝器。而進(jìn)入冷凝器的蒸汽經(jīng)放熱后被冷凝成為液體,又經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器,如此循環(huán)往復(fù)。吸收式熱泵的工作原理與制冷機(jī)相同,都是按照逆卡諾循環(huán)原理工作的,都是利用了吸收劑吸收制冷劑后沸點(diǎn)升高這一特性,不同的只是工作溫度范圍不一樣。1.2吸收式熱泵的分類吸收式熱泵是以吸收式制冷機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的,它利用循環(huán)工質(zhì)的吸收和循環(huán)來實(shí)現(xiàn)熱泵的工作過程,利用熱能直接驅(qū)動(dòng),回收利用中低溫廢熱,既提高了能源利用率,又降低了溫室氣體排放量。按照各主要部件的組合情況以及內(nèi)部循環(huán)過程的不同,吸收式熱泵可以分為兩類:第Ⅰ類吸收式熱泵(absorptionheatpump,簡(jiǎn)稱AHP)和第Ⅱ類吸收式熱泵(absorptionheattransformor,簡(jiǎn)稱AHT)。前者也稱為增熱型熱泵,通過向系統(tǒng)輸入高溫?zé)崮?將低溫?zé)嵩吹臏囟忍岣?目的是獲得大量的中溫?zé)崮?供給用戶使用;后者也稱為升溫型熱泵,通過向系統(tǒng)輸入中溫?zé)崮?將低溫?zé)嵩吹臏囟忍岣?目的是獲得一部分高溫?zé)崮?另一部分則排放至環(huán)境之中。上述兩類吸收式熱泵的節(jié)能方法都根據(jù)同一個(gè)原理,充分利用低級(jí)熱能,盡量降低高級(jí)熱能的消耗。所以將低級(jí)能源(如農(nóng)村灶臺(tái)余熱、沼氣等)應(yīng)用于吸收式熱泵之上,不僅能提高能源利用率,還可以減少燃燒燃料產(chǎn)生的SOx、NOx等氣體和煙塵的排放量,緩解環(huán)境污染的問題。1.3供熱應(yīng)用特性直燃型吸收式熱泵屬于第Ⅰ類吸收式熱泵,采用熱能(如燃油、燃?xì)狻崴?作為補(bǔ)償能源,從低溫?zé)嵩慈?提供中溫的工藝或者采暖熱水。在低溫?zé)嵩捶矫?溫度在15℃以上的熱水即可。在供熱需求方面,油田、冶金等行業(yè)以及北方地區(qū)的辦公樓、賓館、住宅、商場(chǎng)等場(chǎng)所都需要供熱。此類熱泵具有較大的溫差制熱特性,其升溫特性曲線見圖3。從中可以看出吸收式熱泵的最大溫升可達(dá)到70℃,此特性很適合即熱式供熱系統(tǒng)。目前,我國在直燃型吸收式熱泵方面的技術(shù)已經(jīng)成熟,成為生產(chǎn)大國。國內(nèi)許多生產(chǎn)廠家如遠(yuǎn)大集團(tuán)在此領(lǐng)域投入大量資金,取得了較大的成績(jī)。單效和雙效直燃機(jī)組的性能系數(shù)分別為0.7、1.2,并且三效直燃機(jī)組已經(jīng)達(dá)到了1.5以上。2沼氣冷熱經(jīng)濟(jì)分析2.1沼茶果酒的發(fā)展現(xiàn)狀我國農(nóng)村地區(qū)沼氣資源豐富,有著廣泛的原料來源,例如農(nóng)村的秸稈、廢棄物以及生活垃圾等。若將這種可再生能源與直燃型吸收式熱泵結(jié)合起來,不僅極大地緩解了我國能源短缺的問題,還能促進(jìn)二者的應(yīng)用,有著廣闊的發(fā)展前景。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,沼氣燃燒時(shí)最高溫度可達(dá)1400℃,1m3沼氣完全燃燒的發(fā)熱量約為20800～23600kJ,相當(dāng)于0.7kg無煙煤完全燃燒的熱量。一口10m3的沼氣池,一年可產(chǎn)沼氣400m3,造價(jià)僅1000余元,而其產(chǎn)生的熱值相當(dāng)于1000～2000kg的煤,或節(jié)電2000kW·h左右。沼氣與煤氣及天然氣的數(shù)據(jù)比較見表1。2.2種制冷量per的計(jì)算影響熱泵性能經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的因素很多,總的原則是圍繞“節(jié)能環(huán)?！焙汀敖?jīng)濟(jì)效益”兩個(gè)主題。熱泵的性能系數(shù)COP是評(píng)價(jià)熱泵節(jié)能性的重要指標(biāo)之一,另一種指標(biāo)是一次能源利用率PER。與電動(dòng)熱泵機(jī)組相比,直燃型吸收式熱泵的熱力系數(shù)較低,不過兩者的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不同,不能作為比較二者經(jīng)濟(jì)性的條件,以一次能源利用率PER為比較依據(jù)較為合理。選取直燃型熱泵和電動(dòng)熱泵機(jī)組作為比較對(duì)象,兩者具有相同的制冷量,主要性能參數(shù)見表2。對(duì)于直燃型熱泵,其一次能源利用率的計(jì)算公式為:PER=Q0Q1+PηΡER=Q0Q1+Ρη其中:PER為一次能源利用率;Q0為制熱(冷)量(kW);Q1為制熱(冷)耗熱量(kW);P為耗電量(kW);η為供電效率,取0.3。對(duì)于電動(dòng)熱泵,其一次能源利用的計(jì)算公式為:PER=Q0P/ηΡER=Q0Ρ/η將表2的數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算,可得二者的PER(見表3)。由表3看出,無論是制冷還是制熱的情況下,直燃型熱泵的一次能源利用率都比電動(dòng)熱泵高,說明直燃型熱泵的系統(tǒng)性能要優(yōu)于電動(dòng)熱泵。2.2直接燃燒型熱泵由表1可以看出,沼氣的比價(jià)較煤氣和天然氣要低,而且生產(chǎn)成本也具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。另外,沼氣直燃型吸收式熱泵的一次能源利用率也要比電動(dòng)熱泵高。顯然在系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性方面,沼氣直燃型吸收式熱泵具有更大的優(yōu)勢(shì)。3沼氣直燃型熱泵的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析吸收式熱泵采用逆卡諾循環(huán)的工作原理,充分利用低級(jí)熱源,既具有較好的節(jié)能效果,又減少了有害氣體的排放,保護(hù)了環(huán)境,近年來在國內(nèi)