第一類溴化鋰吸收式熱泵的設(shè)計(jì)

1、2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要第一類溴化鋰吸收式熱泵的設(shè)計(jì)摘要： 溴化鋰吸收式熱泵能夠有效的回收大量的低溫?zé)嵩?，?duì)能源多層次的利用有一定的意義。油田生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱污水，這部分是大量的低溫?zé)嵩?，溫度比環(huán)境高出15左右，直接排放，不僅浪費(fèi)了大量低溫?zé)嵩?，而且?duì)環(huán)境產(chǎn)生熱污染。如果采用吸收式熱泵對(duì)低溫?zé)嵩催M(jìn)行回收利用，既有利于保護(hù)環(huán)境，有可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是使能源從不同能級(jí)得到利用。本文在參考一些國(guó)內(nèi)資料的基礎(chǔ)上，采用第一類溴化鋰吸收式熱泵系統(tǒng)對(duì)油田熱污水余熱進(jìn)行回收利用，產(chǎn)生可以用于供熱熱水。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，本文的第一類溴化鋰吸收式熱泵系統(tǒng)可以利用45的熱污水

2、，產(chǎn)生70的供熱熱水，熱泵系統(tǒng)的cop約為1.76。關(guān)鍵詞： 溴化鋰；熱泵；余熱回收 2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要the first class of lithium bromide absorption heat pump design abstractlithium bromide absorption heat pump can be an effective recovery of a large number of low temperature heat sources, which has certain significance for multi-level

3、 energy use. oilfield production process will produce a lot of heat sewage. this part is a lot of low temperature heat source, which temperature about 15 higher than the ambient. direct emissions, not only waste a lot of low temperature heat source and thermal pollution on the environment. absorptio

4、n heat pump for recycling of the low temperature heat source, is conducive to protecting the environment, and can produce some economic benefits, but more importantly the energy to be utilized from a different level. in reference to some internal information on the basis of the first class of lithiu

5、m bromide absorption heat pump system to the oilfield heat sewage waste for recycling, produce can be used for heating hot water. design calculations, first-class lithium bromide absorption heat pump system can take advantage of 45 heat sewage, heating hot water of 70 , cop of the heat pump system i

6、s about 1.76.keywords： lithium bromide absorption; heat pump; oilfield waste heat utilization目 錄1 緒論11.1 熱泵的發(fā)展簡(jiǎn)介11.2 熱泵的熱源及其分類12 第一類溴化鋰熱泵特點(diǎn)及原理23 溴化鋰吸收式熱泵的理論計(jì)算63.1 溴化鋰溶液的物理化學(xué)特性63.2 吸收式熱泵的設(shè)計(jì)計(jì)算83.2.1熱力計(jì)算83.2.1.1參數(shù)選定93.2.1.2設(shè)備熱負(fù)荷計(jì)算123.2.1.3各個(gè)流體流量的統(tǒng)計(jì)133.2.2吸收熱泵各部件的傳熱參數(shù)計(jì)算143.2.3各換熱設(shè)備管程數(shù)、單管程管子數(shù)計(jì)算174 第一類溴化鋰

7、吸收式熱泵結(jié)構(gòu)及裝配示意圖204.1各換熱器配管接管及其法蘭設(shè)計(jì)計(jì)算214.2發(fā)生器和冷凝器的裝配示意圖234.3吸收器和蒸發(fā)器的裝配示意圖244.4溶液熱交換器的裝配示意圖254.5溴化鋰吸收式熱泵總裝配示意圖264.6本章小結(jié)26全文總結(jié)27參 考 文 獻(xiàn)28致 謝29主 要 符 號(hào)cp定壓比熱，kj/(kgk)cop性能系數(shù)k傳熱系數(shù)，w/(mk)h焓，kj/kgd 制冷工質(zhì)質(zhì)量流量，kg/st溫度，t傳熱溫差，p壓力，pap壓力差，paq總的熱負(fù)荷，kwa 溶液循環(huán)倍率f 表面積，l 管長(zhǎng)，mxl吸收器出口稀溶液濃度，%xh發(fā)生器出口濃溶液濃度，%圓管壁厚，md 管徑，m下角標(biāo)：e 蒸

8、發(fā)器g發(fā)生器c冷凝器a吸收器ex溶液換熱器i內(nèi)側(cè)o外側(cè)l液體v蒸汽1 緒論1.1 熱泵的發(fā)展簡(jiǎn)介熱泵是一種制熱的設(shè)備，該裝置以消耗少量電能或燃燒熱能為代價(jià)，能將大量的無(wú)用低品位熱能變?yōu)楦邷責(zé)崮堋岜玫睦碚摶A(chǔ)可以追溯的。1824年，卡諾發(fā)表關(guān)于卡諾循環(huán)的論文。1850年，開(kāi)爾文，指出制冷裝置可以制熱。1852年，威廉-湯姆森提出熱泵的構(gòu)想。至19世紀(jì)70年代，制冷技術(shù)和設(shè)備得到迅速發(fā)展，但由于加熱有各種簡(jiǎn)單的方法可以實(shí)現(xiàn)，熱泵發(fā)展一直到20世紀(jì)初才展開(kāi)。到20世紀(jì)20-30年代，熱泵逐步發(fā)展，1930年，霍爾丹在他的著作中介紹了在蘇格蘭安裝的和實(shí)驗(yàn)的家用熱泵，用熱泵吸收環(huán)境空氣中的熱量，為室內(nèi)

9、采暖，大概是蒸汽壓縮式熱泵的原型了。最早的大型熱泵的應(yīng)用是1930-1931年間，在美國(guó)南加利福尼亞愛(ài)迪生公司的洛杉磯辦事處，自此，熱泵開(kāi)始的到迅速發(fā)展，到20世紀(jì)40年代后期，已出現(xiàn)了許多有代表性的熱泵設(shè)計(jì)。此后由于技術(shù)，能源價(jià)格等因素，熱泵發(fā)展出現(xiàn)了波動(dòng)，但總體趨勢(shì)是應(yīng)用越來(lái)越廣泛。并且，由于能源危機(jī)，節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，低品位能源回收利用成為一個(gè)焦點(diǎn)，熱泵技術(shù)也將迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇。熱泵發(fā)展至今，制熱溫度（即供給用戶的熱能溫度）低于50的熱泵已較為成熟，且由于部件和工質(zhì)基本與制冷設(shè)備通用，應(yīng)用廣泛。制熱溫度在50-100之間的熱泵，其工業(yè)應(yīng)用正不斷擴(kuò)展，相關(guān)部件及體系在完善。制熱溫度大于100的熱

10、泵，大規(guī)模應(yīng)用依然有許多問(wèn)題需要解決。1.2 熱泵的熱源及其分類熱泵可以將低品位熱能提高為高品位熱能。熱泵在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)蒸發(fā)器從低溫?zé)嵩刺幬盏推肺粺崃?，所以熱泵熱源?duì)于整個(gè)熱泵系統(tǒng)很重要。熱泵可于利用熱源可分為兩大類：一是自然界中的熱源。如空氣，土壤，水（地下水，湖水，河流，海水等），太陽(yáng)能等。二是生活或工業(yè)生產(chǎn)中排放的余熱，廢熱，比如工業(yè)廢水等，尤其工業(yè)廢熱，溫度高，來(lái)源穩(wěn)定，是近年余熱利用的重心。上述兩種熱源都屬于低溫?zé)嵩?，不能直接利用生產(chǎn)或發(fā)電，但可以通過(guò)熱泵來(lái)回收利用這部分熱量。熱泵的分類方法有很多，主要有按其工作原理，驅(qū)動(dòng)熱源，低溫?zé)嵩醇坝猛舅姆N分類方法。在此簡(jiǎn)述，熱泵按其低溫

11、熱源的分類：（1）空氣熱源熱泵；（2）土壤源熱泵（也稱地源熱泵）；（3）水源熱泵（地下水，湖水等）；（4）廢熱源熱泵（工業(yè)廢熱，城市污水廢熱等）；（5）太陽(yáng)能熱泵。吸收式熱泵是按工作原理劃分的名稱，可以分兩類。第一類吸收式熱泵，又稱增熱型熱泵，是利用少量高溫?zé)嵩a(chǎn)生大量中溫可用熱能，第一類吸收式熱泵的性能系數(shù)大于1，一般1.5-2.5。第二類吸收式熱泵，也稱升溫型熱泵，是利用大量中溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臒釀?shì)差，制取少量高溫?zé)嵩矗诙愇帐綗岜梦髂芟禂?shù)總小于1，一般0.4-0.5。兩者應(yīng)用不同，有各自的側(cè)重點(diǎn)，所以不能單純由性能系數(shù)大小而評(píng)價(jià)優(yōu)劣。本文主要應(yīng)用第一類溴化鋰熱泵，下章將分析其特點(diǎn)及

12、原理。 2 第一類溴化鋰熱泵特點(diǎn)及原理第一類溴化鋰吸收式熱泵采用熱能（如燃油、燃?xì)?、蒸汽、高溫?zé)崴龋?驅(qū)動(dòng)，吸收低溫余熱源（如河水、原油分離水、城市下水處理水、海水和冷卻水、地下溫泉水等） 的熱量，提供中溫的采暖或工藝用熱水。在高溫和低溫?zé)嵩吹臏囟葷M足要求的情況下，第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組的熱媒溫度可達(dá)100 ，而且第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組可以在20100的負(fù)荷范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，且部分負(fù)荷的性能指數(shù)要高于滿負(fù)荷的性能指數(shù)。第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組主要應(yīng)用在有廢熱資源，而且有燃油、燃?xì)?、蒸汽、高溫?zé)崴闰?qū)動(dòng)熱源的場(chǎng)合，具有單機(jī)容量較大（可達(dá)4 180104 kj/h 以上），熱水出口溫度高

13、，變工況變負(fù)荷性能優(yōu)良等特點(diǎn)，且具有安全、節(jié)能、環(huán)保效益，符合國(guó)家有關(guān)能源利用方面的產(chǎn)業(yè)政策，是國(guó)家重點(diǎn)推廣的高新技術(shù)之一。第一類溴化鋰熱泵的工質(zhì)對(duì)是溴化鋰和水，水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。水為制冷劑，優(yōu)勢(shì)在于，汽化潛熱大，易獲得，無(wú)毒，無(wú)味，不燃，不爆，缺點(diǎn)，蒸發(fā)壓力低，蒸發(fā)比體積大。溴化鋰，鹽類，常溫下，是一種無(wú)色粒狀晶體，熔點(diǎn)549，沸點(diǎn)1265，而常壓下，水沸點(diǎn)100，兩者相差1165，因而，發(fā)生器中沸騰蒸汽幾乎全是水蒸汽。溴化鋰極易溶于水，并且溴化鋰溶液仍有很強(qiáng)的吸水性。溴化鋰溶液對(duì)一般金屬有較大的腐蝕，特別是存在空氣（主要是氧氣）時(shí)。在高真空條件下，加入緩蝕劑，可有效緩解腐蝕，目前

14、腐蝕問(wèn)題已基本解決，但通常，溴化鋰吸收式熱泵工作在真空條件下。溴化鋰吸收式熱泵主要裝置，有發(fā)生器，冷凝器，吸收器，蒸發(fā)器，節(jié)流裝置，溶液交換器和溶液泵等設(shè)備組成。其中前四個(gè)是主要的設(shè)備，基本上，屬于管殼式換熱器，由于溴化鋰吸收式熱泵在真空下工作，所以設(shè)備的氣密性很重要。另外，在高真空條件下，水蒸汽的比體積很大，系統(tǒng)中允許的阻力損失很小，蒸汽流通通道要求很大，所以通常，將發(fā)生器，冷凝器，蒸發(fā)器，吸收器放在一個(gè)筒體中，按此分類，有單筒，雙筒等。圖1.1是一個(gè)雙筒體的第一類溴化鋰工作原理流程：其工作原理是，通過(guò)加熱發(fā)生器內(nèi)的溶液，使溶液中工質(zhì)水蒸發(fā)，變成高溫高壓的水蒸汽，溶液變成吸收劑溴化鋰濃溶液。

15、高溫高壓水蒸汽進(jìn)入冷凝器，冷凝放熱，工質(zhì)變成液態(tài)水。經(jīng)過(guò)節(jié)流裝置，部分氣化，成為氣液共存狀態(tài)，然后進(jìn)入蒸發(fā)器中，低壓蒸發(fā)吸收熱量，變?yōu)闅鈶B(tài)水蒸汽。氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入吸收器，在發(fā)生器流入吸收器濃溶液噴淋作用下，放熱，并形成吸收劑與制冷工質(zhì)組成的稀溶液。吸收器中稀溶液，被濃溶液泵泵入發(fā)生器中，繼續(xù)加熱，繼續(xù)蒸發(fā)，蒸發(fā)的工質(zhì)繼續(xù)進(jìn)入下輪循環(huán)。溶液熱交換器，使高溫濃溶液與低溫稀溶液換熱，減少高品位熱能的消耗。 圖2.1 第一類溴化鋰吸收式熱泵工作流程圖 第一類溴化鋰吸收式熱泵的能量轉(zhuǎn)換表示在圖1.2。 圖2.2 第一類吸收式熱泵能量轉(zhuǎn)換示意圖其中，th tv tl，即，用少量高溫?zé)嵩醋鲵?qū)動(dòng)熱能，與大量低溫?zé)?/p>

16、源經(jīng)過(guò)第一類熱泵，獲得大量中溫?zé)嵩?。這個(gè)過(guò)程的熱平衡可表示為：qg + qe = qa + qc式中；qg-為發(fā)生器中的驅(qū)動(dòng)熱量qe-為蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸收的熱量qa-為吸收器中吸收放出的熱量qc-為冷凝器中放出的熱量第一類吸收式熱泵的性能系數(shù):cop = =1+1式中qc, qa 分別為冷凝器, 吸收器放出熱量qg向發(fā)生器輸入的熱量tg , te, tc 分別為發(fā)生溫度, 蒸發(fā)溫度和冷凝溫度第類吸收式熱泵的cop 通常大于1, 在1. 51. 9 之間,所以第一類吸收式熱泵又稱為增熱型熱泵。一般第類吸收式熱泵可利用1540的廢熱源, 將2050的應(yīng)用水加熱成5090的熱水供使用。溴化鋰吸收式熱泵

17、循環(huán)通常用溴化鋰溶液的p-t圖和h-圖（也有用h-w表示焓濃圖）來(lái)分析，當(dāng)知道壓力和濃度，很容易就可以獲得相應(yīng)的焓值，而且在圖示上容易分析溴化鋰吸收式熱泵系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程，其p-t圖和h-圖表示如下： 圖2.3 熱泵循環(huán)在p-t圖和h-圖其中： pc和tc 分別表示冷凝器中的壓力和溫度 pe和te 分別表示蒸發(fā)器中的壓力和溫度1點(diǎn) 蒸發(fā)壓力下循環(huán)工質(zhì)的飽和濃度2點(diǎn) 出吸收器的稀溶液3點(diǎn) 冷凝壓力下的循環(huán)工質(zhì)飽和液4點(diǎn) 出發(fā)生器的濃溶液5點(diǎn) 發(fā)生過(guò)程開(kāi)始的濃溶液6點(diǎn) 吸收過(guò)程開(kāi)始的稀溶液7點(diǎn) 升壓后的稀溶液8點(diǎn) 減壓后的濃溶液1點(diǎn) 與吸收器壓力相對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣3點(diǎn) 發(fā)生過(guò)程5-4所產(chǎn)生的水蒸汽4

18、點(diǎn) 發(fā)生結(jié)束產(chǎn)生的水蒸汽5點(diǎn) 發(fā)生開(kāi)始產(chǎn)生的水蒸汽5-4 發(fā)生過(guò)程 4-8 換熱降溫 8-6 變?yōu)轱柡腿芤?-2 吸收過(guò)程 2-7 換熱升溫 7-5 變?yōu)轱柡腿芤?-3 冷凝過(guò)程 3-（1+1）節(jié)流減壓 1-1 吸熱蒸發(fā)本文研究的內(nèi)容包括(1)結(jié)合已有的工作參數(shù)和合理選擇的設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)對(duì)第一類溴化鋰吸收式熱泵系統(tǒng)進(jìn)行熱力計(jì)算，確定個(gè)換熱設(shè)備的熱負(fù)荷、各種工作介質(zhì)的流量以及機(jī)組熱力系數(shù)等。(2)根據(jù)前面已有的熱力計(jì)算結(jié)果來(lái)進(jìn)行傳熱計(jì)算，以確定個(gè)換熱設(shè)備所需的傳熱面積。(3)根據(jù)確定下來(lái)的熱力參數(shù)來(lái)對(duì)機(jī)組的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，以確定各換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)、配管尺寸、傳熱管數(shù)量、介質(zhì)的流速與壓降。(4)設(shè)計(jì)溴化鋰

19、吸收式熱泵機(jī)組圖紙，采用cad制圖。3 溴化鋰吸收式熱泵的理論計(jì)算3.1 溴化鋰溶液的物理化學(xué)特性在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，工質(zhì)熱物性求解的準(zhǔn)確程度直接影響到模擬的準(zhǔn)確性，單靠讀取p-t圖和h-圖不能滿足要求。因此，選取一些工質(zhì)熱物性關(guān)聯(lián)式，對(duì)工質(zhì)的物性進(jìn)行計(jì)算。1， 已知溫度和濃度下溴化鋰水溶液的焓式中h 為溴化鋰水溶液的焓(kj/kg)，x 是溴化鋰水溶液的濃度()，t 是溶液的溫度()。aij 系數(shù)aij，見(jiàn)文獻(xiàn)7，式中前半部分出自文獻(xiàn)21，d 為對(duì)照溴化鋰水溶液hx圖所加的修正項(xiàng)。此式的應(yīng)用范圍為：ox70，0t180。2，已知溫度和濃度下溴化鋰溶液的露點(diǎn)溫度式中td是溴化鋰溶液的露點(diǎn)溫度(

20、)，t是溴化鋰溶液的溫度()，x是溴化鋰溶液的濃度()，bij系數(shù)bij見(jiàn)文獻(xiàn)7，應(yīng)用范圍：ox70，ot180。3，已知溫度下飽和水的焓式中hw是飽和水的焓(kjkg)，t為飽和水的溫度()。4，飽和水蒸氣的壓力 22(kpa)5，已知溫度下飽和水蒸氣的焓22(kjkg)以上的關(guān)聯(lián)式為溴化鋰溶液及水的物性求解提供了幫助，本文簡(jiǎn)化了繁瑣的計(jì)算，采用已有的vb編程軟件，為以后的計(jì)算簡(jiǎn)便許多。3.2 吸收式熱泵的設(shè)計(jì)計(jì)算課題已知條件：將第一類溴化鋰吸收式熱泵用于回收某油田熱污水余熱而生產(chǎn)取暖用熱水，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，已知機(jī)組功率5000kw，驅(qū)動(dòng)熱源燃油鍋爐生產(chǎn)出的150的蒸汽，污熱水進(jìn)口溫度為

21、45，生產(chǎn)70的采暖用熱水。 溴化鋰吸收式熱泵系統(tǒng)示意圖如下：圖3.1 第一類溴化鋰吸收式熱泵示意圖3.2.1熱力計(jì)算已知條件：1，熱負(fù)荷 q =5000kw2，驅(qū)動(dòng)熱源溫度 twgi=1503，低品質(zhì)熱源溫度 twei=45 假定 tweo=304，所制取熱水溫度 twco= 70 假定twai=50 3.2.1.1參數(shù)選定 1，吸收器熱水水溫度假定吸收器進(jìn)口熱水水溫twai=50（吸收器與冷凝器溫差比為1.3：1.1），冷凝器進(jìn)口的熱水溫度twci=60.8。熱水的總溫升tw= 20。 其中冷凝器溫升tw2=twco-twci=9.2 ，吸收器溫升tw1=twao-twai= 10.8 。

22、2，冷凝溫度tc及冷凝壓力pc取溫升為t=3-5，則冷凝溫度tc=twco+t= 75 ，冷凝壓力pc =（tc）=38.484 kpa。3，蒸發(fā)溫度te及蒸發(fā)壓力pe取溫升t= （2-4），蒸發(fā)器進(jìn)口溫度twei=45 ，取蒸發(fā)器出口溫度tweo=30。則t1=te =tweo-t =27 。pe=3.565 kpa。 4，吸收器內(nèi)稀溶液的出口最低溫度t2取溫升t=（3-6）。則t2=twao+t=60.8+6=66.8。5，吸收器壓力pa 由于蒸發(fā)器和吸收器存在一個(gè)壓差pe（13.3-65）pa，取pe =25pa ，這個(gè)數(shù)值需要再次假定pa= pe-pe=3.540 kpa。6，吸收器中

23、稀溶液濃度xl（0.56-0.60）的確定 需要pa 及吸收器中最低溫度t2 確定，有=0.58348=0.583。7，濃溶液的濃度xh考慮經(jīng)濟(jì)行、安全性，?。▁h-xl）=0.03-0.06，選取濃度差為0.04，則xh=0.623。循環(huán)倍率=0.623/0.04=15.575。 8，發(fā)生器內(nèi)溶液的最高溫度t4 = 132.635 8=132.636 。由于pc相對(duì)較大pc相對(duì)較少，所以有pg=pc=38.484 kpa。一般希望t4比加熱溫度twgi（150）低10-40，當(dāng)twgi較大時(shí)，溫差也較大。此時(shí)滿足條件。9，溶液交換器出口的溫度 t7和t8t8比濃度為xh濃溶液的結(jié)晶溫度高10

24、度以上，所以取冷端差溫度15-25，即t8=t2 +(1525)=87。 令 ml稀溶液出口質(zhì)量流量； mh濃溶液回流溶液的質(zhì)量流量； d制冷劑流量即蒸氣質(zhì)量流量；則有物質(zhì)平衡：忽略溶液與環(huán)境的換熱，稀溶液的出口溫度t7可以由下列關(guān)系式得 循環(huán)倍率 已知：=364.454 kj/kg=327.564 kj/kg=458.613 kj/kg代入關(guān)聯(lián)式運(yùn)算得：=415.677 kj/kg所以=111.85610，吸收器中的噴淋狀態(tài) 吸收器中采用噴淋形式，在原有的濃溶液中加入部分稀溶液混合后，再噴淋，濃度下降，但噴淋量的增加使噴淋效果提高。 熱平衡有（新加狀態(tài)點(diǎn)9），濃溶液mh，混合的稀溶液m,有能

25、量平衡式： 其濃度xm也有物質(zhì)平衡式： 令 即單位質(zhì)量流量的水蒸汽需要稀溶液的質(zhì)量流量，稱為吸收器稀溶液的再循環(huán)倍率（=20-50），取=30。 =339.626 kj/kg xm = =0.596079=59.6%t9=（，xm）= 73.590由上可以得第一類溴化鋰熱泵各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)，如下表：表3.1 第一類溴化鋰熱泵各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)點(diǎn)物質(zhì)位置溫度/壓力/kpa焓/（kj/kg）質(zhì)量分?jǐn)?shù)（libr）%1水蒸發(fā)器入口273.565113.11401水蒸氣蒸發(fā)器出口273.5652550.75102稀溶液吸收器出口66.83.540327.56458.33水冷凝器出口7538.484314.

26、28204水蒸氣發(fā)生器水蒸汽出口127.61038.4842737.44604濃溶液發(fā)生器溶液出口132.63638.484458.61362.35稀溶液發(fā)生器入口122.58438.484436.87458.36濃溶液吸收器入口75.2253.540342.80562.37稀溶液溶液熱交換器出口111.856-415.67758.38濃溶液溶液熱交換器出口87-364.45462.39混合溶液吸收器噴淋溶液73.590-339.62659.6注：4點(diǎn)溫度取值近似為4、5點(diǎn)的中間值3.2.1.2設(shè)備熱負(fù)荷計(jì)算假定機(jī)組處在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，d=ml-mh，a=xh/(xh-xl)=ml/(ml-m

27、h)=ml/d。1， 蒸發(fā)器的吸熱量 qeqe =d(-)= 2550.751-314.282=2236.469 d kw2，冷凝器的放熱量 qc qc =d(-)= 2737.446-314.282=2423.164d kw3, 吸收器的放熱量 qaqa =2550.751+14.575*364.454-15.575*327.564=2760.859d kw4，發(fā)生器的耗熱量 qgqg =14.575458.613+2737.446-15.575415.677=2947.561d kw5，溶液熱交換器的換熱量qexqex = =14.575 (458.613-364.454)=1372.36

28、7d kw6，機(jī)組的熱平衡 qe+ qg=2236.469 d +2947.561d =5184.030 d kw qc+ qa=2423.164d +2760.859d =5184.023 d kwqe+ qg約等于 qc+ qa，熱量基本平衡。7，熱力系數(shù) cop cop= =5184.023/2947.561=1.7593.2.1.3各個(gè)流體流量的統(tǒng)計(jì)熱泵工質(zhì)實(shí)際循環(huán)流量 d =5000/5184.023=0.9645kg/s=0.964kg/s。稀溶液流量 ml=62.3d /4 =15.014kg/s。濃溶液流量 mh=58.3d /4=14.050kg/s。1， 加熱蒸氣的消耗量q

29、mvqmv= 其中 a考慮損失的附加系數(shù)，a=1.051.10 h 加熱蒸氣比焓，kj/kg h加熱蒸氣凝結(jié)水比焓，kj/kg取a=1.06，h = 2756.961 kj/kg，h= 628.606（150的蒸汽）qwv=1.062947.5610.964/（2756.961-628.606）=1.415 kg/s=5094.530kg/h2， 吸收器泵的流量qvaqva=噴淋溶液密度，kg/，計(jì)算的=1681.194 kg/qva=（15.014+30-1）0.9643600/1681.194 =92.014 /h3， 發(fā)生器泵的流量qvg（稀溶液的密度=1659.228 kg/）qvg

30、= =15.0140.9643600/1659.228=31.403/h4， 熱水水泵，即用戶熱水的質(zhì)量流量qvbqvb1= = 2760.8590.9643600/1000（10.8）4.1868=211.894/h qvb2= =2423.1640.9643600/1000（9.2）4.1868=218.319 /h近似為開(kāi)始假定的熱水總溫升的分配是合理的，基本滿足條件。取qvb=qvb2=218.319 /h。5，污水（低溫?zé)嵩矗┍昧髁縬v0 = =2236.4690.9643600/1000（45-30）4.1868=123.586 /h 污水的比熱，也近似cp=4.1868 kj/(

31、kgk)3.2.2吸收熱泵各部件的傳熱參數(shù)計(jì)算1，用戶需熱量 q=5000kw2， 熱泵實(shí)際循環(huán)的質(zhì)量流量d=0.964 kg/s3， 各個(gè)部件的實(shí)際傳熱量蒸發(fā)器的吸熱量：qe=2238.320d=2157.740 kw 冷凝器的放熱量：qc =2410.422d =2335.930 kw 吸收器的放熱量：qa=2747.164d=2661.148 kw 發(fā)生器的吸熱量：qg=2919.268d =2841.449 kw 溶液熱交換器的交換熱量：qex=1344.208d=1322.962 kw4，各個(gè)部件的傳熱面積 傳熱計(jì)算公式為 m 2其中：f傳熱面積，m2 q傳熱量，w 熱交換器中最大溫

32、差，即熱流體入口和冷流體入口的溫度之差， a，b常數(shù)，與熱交換器內(nèi)流動(dòng)方式有關(guān)，具體詳見(jiàn)下表： ta流體a在換熱過(guò)程中的溫度變化， tb流體b在換熱過(guò)程中的溫度變化， 其中 ta tb表3.2 常數(shù)a，b取值流動(dòng)方式ab應(yīng)用范圍逆流0.350.65順流0.650.65叉流0.4250.65兩流體均作叉流0.50.65一種流體作叉流對(duì)于在換熱過(guò)程中有一種流體發(fā)生相態(tài)改變，例如冷凝過(guò)程和蒸發(fā)過(guò)程，由于此時(shí)一種流體的溫度基本不變化，故ta =0，公式亦可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：m 2發(fā)生器吸收器的傳熱參數(shù)計(jì)算復(fù)雜，為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，參照制冷設(shè)備原理中各個(gè)換熱傳熱參數(shù)取值范圍進(jìn)行取值。 表3.3 換熱參數(shù)取值范圍

33、管材發(fā)生器蒸發(fā)器冷凝器吸收器溶液熱交換器銅管900-1200200-28003500-5200800-1200230-600鋼管600-8002000-23001700-3000400-800換熱管選用25x5的銅管，各個(gè)換熱器的取值如下表：表3.4 各換熱器換熱參數(shù)取值項(xiàng)目冷凝器發(fā)生器蒸發(fā)器吸收器溶液熱交換器傳熱系數(shù)k30001000250010005001），發(fā)生器的傳熱面積fg 溶液在t7溫度下進(jìn)入發(fā)生器，溫度上升到t5，出發(fā)生器時(shí)溫度為t4，驅(qū)動(dòng)熱源的主要消耗在溶液蒸發(fā)上，所以tb =t4-t5=10。驅(qū)動(dòng)熱源為150的飽和蒸汽，由于加熱蒸汽在換熱過(guò)程中發(fā)生相變，近似認(rèn)為其沒(méi)有溫度變化

34、，即ta=0（=twgi-t5=27.416）。 =2841.4491000/（1000（27.416-0.6510）=135.850 m 22），冷凝器的傳熱面積fc 水蒸汽在t4溫度下進(jìn)入冷凝器，出冷凝器時(shí)溫度為t3，由于冷凝器中過(guò)熱蒸汽放熱遠(yuǎn)小于冷凝過(guò)程的放熱量，故計(jì)算時(shí)仍按冷凝溫度計(jì)算，即ta =0。熱水的進(jìn)口溫度twci=60.8，出口溫度twco=70。tb = twco-twci=70-60.8=9.2（= t3-twci=14.2）。=2335.9301000/（3000（14.2-0.659.2）=94.956 m 23），吸收器的傳熱面積fa,fa = =2661.1481

35、000/（1000（23.590-0.510.8-0.656.79）=192.837 m 24），蒸發(fā)器的傳熱面積 fe 蒸發(fā)器中工質(zhì)水發(fā)生相變，ta=0。=2157.7401000/（2500（18-0.6515）=104.618 m 25），溶液熱交換器的傳熱面積 fex=1322.9621000/（500（65.4-0.3546-0.6545）=131.638 m 23.2.3各換熱設(shè)備管程數(shù)、單管程管子數(shù)計(jì)算根據(jù)以上所求得的各換熱設(shè)備的傳熱面積，由下式可以確定傳熱管數(shù)量：n= 其中，n為換熱設(shè)備所需總管數(shù)f為傳熱面積（m 2）do為傳熱管外徑（m）l為傳熱管的有效長(zhǎng)度（m），取管長(zhǎng)為4

36、.5m，有效長(zhǎng)度為4.440m。通常加熱蒸汽在管中流速為30-40m/s，水為1.5-3m/s，溴化鋰溶液為0.2-1.5m/s，下面計(jì)算過(guò)程中流速均按此范圍進(jìn)行選擇。1， 冷凝器冷凝器加熱水的流量為qvb=218.319 /h=0.06064 /s，流速設(shè)為w=2.0m/s，通流截面積a= =0.03032 m 2。每管程管子的根數(shù)n=40.03032/（3.140.020.02）=96.51，取整97。管程與管子有效長(zhǎng)度的乘積nl= =95.956/（973.140.025）=12.53m。 管程n=12.53/4.440=2.822，所以取管程數(shù)n=3。 則每管程管子根數(shù)為n= =95.

37、956/（4.44033.140.025）=91.77，取整92根。實(shí)際流速w= =2.10m/s。2， 蒸發(fā)器蒸發(fā)器污水的流量qv0=123.586m3/s=0.0343 m 3/s。流速設(shè)為w=2.0m/s，通流截面積a= =0.01715 m 2。每管程管子的根數(shù)n=40.01715/（3.140.020.02）=54.59，取整55。管程與管子有效長(zhǎng)度的乘積nl=104.618/（553.140.025）=24.23m。管程數(shù)n=24.23/4.440=5.457，所以取管程數(shù)n=6。則每管程管子數(shù)為n=104.618/（64.4403.140.025）=50.027，取整50根。實(shí)際

38、流速w=2.18m/s。3， 發(fā)生器加熱蒸汽消耗流量qmv=1.415kg/s。水蒸氣流速設(shè)為w=35m/s。通流截面積a= =1.415/(352.548)=0.01587 m 2。（其中=2.548kg/ m 3為水蒸氣的密度）管子的根數(shù)n=4*0.01587/（3.140.020.02）=50.54，取整51。管程數(shù)的管子有效長(zhǎng)度的乘積nl= =135.850/（51*3.14*0.025）=33.74m。管程數(shù)n=33.74/4.44=7.599，所以取管程為n=8。則每管程管子數(shù)為n= =135.850/（84.443.140.025）=48.72，取整49根。實(shí)際流速w=36.09

39、m/s。4，吸收器吸收器加熱熱水的流量與冷凝器的相同qvb=0.06064 m 3/s。流速也相同為2m/s，通流截面積a= =0.03032 m 2。每管程管子根數(shù)n=4a/（di2）=40.03032/（3.140.02）=96.51，取整97。管程數(shù)與管子有效長(zhǎng)度的乘積nl= =193.837/（973.140.025）=25.44m。管程數(shù)n=25.44/4.44=5.730，所以取管程數(shù)為6。則每管程管子數(shù)為n= =193.837/（64.443.140.025）=92.69，取整93根。實(shí)際流速w=4qvb/(ndi2)=2.08m/s。5，溶液熱交換器稀溶液走管程，濃溶液走殼側(cè)。

40、稀溶液的流量xl=15.014kg/s。設(shè)其流速為w=1m/s。通流截面積a= =15.014/（11643.658）=0.00913 m 2。（稀溶液溫度66.8-111.856，定性溫度tm=（66.8+111.856）0. 5=89.328，得其密度為=1643.658kg/m 3）每管程管子根數(shù)n=40.00913/（3.140.020.02）=29.08，取整29。管程與管子有效長(zhǎng)度的乘積nl= =131.638/（293.140.025）=57.82m。管程數(shù)n=57.87/4.44=13.02，取整為13。則每管程管子數(shù)為n= =131.638/（134.443.140.025）

41、=29.052，取30根。實(shí)際流速w= =0.97m/s。各換熱器設(shè)備熱管布置情況如下表所示：表3.5 各換熱器管程及管子數(shù)設(shè)備總管數(shù)管程數(shù)單管程管數(shù)發(fā)生器392849冷凝器276392吸收器558693蒸發(fā)器300650溶液熱交換器39013304 第一類溴化鋰吸收式熱泵結(jié)構(gòu)及裝配圖單效第一類溴化鋰吸收式熱泵系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成:(1)蒸發(fā)器借助冷劑蒸汽來(lái)制造冷水。采用管殼式結(jié)構(gòu)。(2)吸收器吸收冷劑蒸汽，保持蒸發(fā)壓力恒定。采用管殼式結(jié)構(gòu)，噴淋式換熱器。(3)發(fā)生器熱源為高溫飽和蒸汽，產(chǎn)生冷劑蒸汽，使稀溶液濃縮。采用管殼式結(jié)構(gòu)，沉浸式換熱器。(4)冷凝器使冷劑蒸汽冷凝。采用管殼式結(jié)構(gòu)。(5

42、)溶液熱交換器溶液熱交換器采用管殼式結(jié)構(gòu)。(7)溶液泵輸送溴化鋰溶液和冷劑水。根據(jù)需要采購(gòu)。(9)控制裝置有液位控制裝置等。(10)安全裝置確保安全運(yùn)轉(zhuǎn)所用的裝置。本文第一類溴化鋰吸收式熱泵系統(tǒng)采用雙筒式結(jié)構(gòu)，如下圖所示：圖4.1 雙筒式溴化鋰吸收式熱泵的裝置布置圖c冷凝器 g發(fā)生器 e蒸發(fā)器 a吸收器4.1各換熱器配管接管及其法蘭設(shè)計(jì)計(jì)算（參考4.2圖）1，冷凝加熱熱水的接管及法蘭加熱水接管的管徑dp=0.19179 m，取219x9.5,公稱通徑200mm，取法蘭外徑340mm，法蘭厚度24mm。2，蒸發(fā)器污水接管及法蘭污水接管的管徑 dp=141.57mm，取159x5的鋼管，公稱通徑1

43、50mm，法蘭外徑285mm，法蘭厚度24mm。3，蒸發(fā)器噴淋器的接管及法蘭蒸發(fā)器噴淋冷劑水再循環(huán)倍率，取 a=10，流速設(shè)w=1.5m/s。蒸發(fā)泵的流量qvd=ad=100.964=9.64kg/s，蒸發(fā)器噴淋接管的管徑，dp=90.72mm，取108x4，公稱通徑100mm，取法蘭外徑220mm，法蘭厚度22mm。4，發(fā)生器加熱蒸汽蒸汽入口接管及法蘭蒸汽接管的管徑dp=0.14000m（其中為加熱蒸氣密度）。取159x4.5的鋼管，公稱通徑150mm，法蘭外徑285mm，法蘭厚度24mm。5，發(fā)生器加熱蒸汽凝結(jié)水出口接管及法蘭凝結(jié)水管的管徑，取凝結(jié)水的流速為1m/s。dp=（41.415/

44、（3.141916.91）=44.34mm（其中為凝結(jié)水密度），取57x3.5的鋼管，公稱通徑為50mm，法蘭外徑165mm，法蘭厚度22mm。6， 吸收器加熱熱水接管及法蘭加熱熱水接管的吸收器與冷凝器相同，如下。加熱水接管的管徑dp=0.192714 m，取219x9.5,公稱通徑200mm，取法蘭外徑340mm，法蘭厚度24mm。7，稀溶液噴淋接管及法蘭 流量 m=28.92kg/s，流速w=1m/s。噴淋接管管徑dp=0.149mm，取159x5的鋼管，公稱通徑150mm，法蘭外徑285mm，法蘭厚度24mm。8， 溶液熱交換器接管及法蘭 濃溶液走殼程，濃溶液的流量mh =14.050kg/s，流速設(shè)為w=1m/s。（濃溶液溫度87-132.636，定性溫度tm=109.818，得其密度為=1714.472kg/m3）。濃溶液接管的管徑dp=102.173mm，取108x4，公稱通徑100mm，取法蘭外徑220mm，法蘭厚度22mm。 稀溶液走管程，ml =15.014kg/s，流速設(shè)為w =1m/s。稀溶液接管的管徑dp=109.527mm，取108x4，公稱通徑100mm，取法蘭外徑220mm，法蘭厚度22mm。圖4.2 接管法蘭標(biāo)準(zhǔn)4.2發(fā)生器