工業(yè)余熱型高溫水源熱泵機(jī)組

1、工業(yè)余熱型高溫水源熱泵機(jī)組一、技術(shù)內(nèi)容（一） 技術(shù)原理本水源高溫機(jī)組采用的技術(shù)原理是逆卡諾循環(huán)和復(fù)疊式制冷循環(huán)。復(fù)疊式制冷循環(huán)是由兩個(gè)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)組成，即高溫級部分和低溫級部分。高溫級部分使用高溫制冷劑，低溫部分使用另一種蒸發(fā)溫度較低的制冷劑。高溫部分制冷劑蒸發(fā)的制冷量作為低溫部分制冷劑的冷凝熱量。這個(gè)循環(huán)過程是在冷凝蒸發(fā)器中完成的。也就是說，冷凝蒸發(fā)器既是高溫制冷劑的蒸發(fā)器， 同時(shí)又是低溫制冷劑的冷凝器。低溫制冷劑在低溫級蒸發(fā)器中吸收低溫?zé)嵩吹牡推肺唬ǖ蜏兀崃亢?，在冷凝蒸發(fā)器中將該熱量傳遞給高溫制冷劑，而高溫制冷劑吸收熱量后，又在高溫級冷凝器中將吸收的低品位熱量轉(zhuǎn)換為高品位（高溫）熱量，

2、并將該熱量傳遞給熱水，使其溫度上升到需求值（80C或85C）。（二）工''藝流程示23+意圖（三）關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)1.機(jī)組創(chuàng)造性地采用了復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)。水源高溫?zé)岜脵C(jī)組利用工業(yè)廢水或工藝?yán)鋮s水作為熱源，通過采用復(fù)疊制冷循環(huán)，制取高達(dá)85C的熱水。該機(jī)組的最大創(chuàng)新點(diǎn)就是將復(fù)疊制冷循環(huán)技術(shù)由傳統(tǒng)的低溫制冷應(yīng)用到高溫制熱上。該機(jī)組實(shí)用技術(shù)申請國家專利， 專利證書號為：ZL 5952.3 （詳見附件實(shí)用新型專利證書，專利證號為：ZL 5952.3 ）;該項(xiàng)技術(shù)通過山東省省級科技查新咨詢單位查新論證，查新結(jié)論為："國內(nèi)未查到與本項(xiàng)目查新點(diǎn)相同的研究報(bào)道”（詳見附件科技查新報(bào)

3、告）；該項(xiàng)目產(chǎn)品已通過山東省科技廳的技術(shù)成果鑒定，鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為“該產(chǎn)品整機(jī)設(shè)計(jì)先進(jìn)、高效、節(jié)能環(huán)保；可廣泛應(yīng)用于各種余 熱利用領(lǐng)域，具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，屬于國內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)到了國際先進(jìn)水平”（詳見附件科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書）。復(fù)疊式制冷循環(huán)是由兩個(gè)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)組成，即高溫級部分和低溫級部分。高溫級部分使用高溫制冷劑，低溫部分使用另一種蒸發(fā)溫度較低的制冷劑。高溫部分制冷劑蒸發(fā) 的制冷量作為低溫部分制冷劑的冷凝熱量。這個(gè)循環(huán)過程是在冷凝蒸發(fā)器中完成的。也就是說， 冷凝蒸發(fā)器既是高溫制冷劑的蒸發(fā)器，同時(shí)又是低溫制冷劑的冷凝器。低溫制冷劑 在低溫級蒸發(fā)器中吸收低溫?zé)嵩吹牡推肺唬?/p>

4、低溫）熱量后，在冷凝蒸發(fā)器中將該熱量傳遞給高溫制冷劑，而高溫制冷劑吸收熱量后，又在高溫級冷凝器中將吸收的低品位熱量轉(zhuǎn)換為高品位（高溫）熱量，并將該熱量傳遞給熱水，使其溫度上升到需求值（80C或85C）。（詳見附件合肥通用機(jī)電產(chǎn)品檢測院出具的檢測報(bào)告）。2. 成功開發(fā)了一種適應(yīng)高出水溫度的ZHR01型高溫制冷劑。根據(jù)高出水溫度的要求， 結(jié)合環(huán)保、蒸發(fā)壓力、冷凝壓力和排氣溫度等條件，與天津大 學(xué)合作研發(fā)了一種型號為 ZHR01的高溫制冷劑。其特點(diǎn)見下表：ZHR01與 R22的基本物性制冷劑R22ZHR01ODP0.040.011GWP1500<580摩爾質(zhì)量【kg/km1】86.4797.0

5、0正常沸點(diǎn)【C】-40.8-19.84臨界溫度【C】96.2122.8臨界壓力【MPal4.994.4825 C飽和液密度【kg/m 31191113225 C飽和氣密度【kg/m 344.7818.7825 C氣化潛熱【kJ/kg 180.30195.525 C飽和液定壓比熱【kJ/kg.k 1.2881.27525C飽和氣定壓比熱容【kJ/kg.k 0.9050.884R22(10C)、ZHR01(45C)飽和液導(dǎo)熱系數(shù)【mW/m.K90.3774.03R22(10C)、ZHR01(45C)飽和氣導(dǎo)熱系數(shù)【mW/m.K10.1412.92R22 ( 55C)、ZHR01 ( 85 C)飽和

6、液導(dǎo)熱系數(shù)【mW/m.K69.9759.92R22( 55C)、ZHR01( 85 C)飽和氣導(dǎo)熱系數(shù)【mW/m.K15.3218.74R22(10C)、ZHR01(45C)飽和液粘度【mPa.s】0.19570.1703R22(10C)、ZHR01(45C)飽和氣粘度【mPa.s】0.011960.01134R22( 55C)、ZHR01( 85C)飽和液粘度【mPa.s】0.11530.1048R22( 55C)、ZHR01( 85C)0.014550.01357飽和氣粘度【mPa.s】0.1MPa下的滑移溫度【C】一8.362.0MPa下的滑移溫度【C】一5.68從表中可知:A、ZHR0

7、1的消耗臭氧潛能值 ODF和全球變暖潛能值 GWf都小于R22的ODP和GWP綜合 環(huán)境性能良好，優(yōu)于 R22.B沸點(diǎn)溫度較高。對比一般的常溫水源熱泵R22工況（蒸發(fā)溫度為 10C，冷凝溫度為55C）和對應(yīng)的高溫水源熱泵ZHR01的工況（蒸發(fā)溫度為 40C，冷凝溫度為 85C）下的各參數(shù)基本相當(dāng)，從熱工參數(shù)方面可以實(shí)現(xiàn)直接沖灌。對于常溫水源熱泵 R22工況，其冷凝溫度為55C時(shí)對應(yīng)的冷凝壓力為 2.175MPa,而高溫水源熱泵 ZHR01的工況，其冷凝溫度為85 C 時(shí)，其冷凝壓力僅為2.09MPa說明從熱力學(xué)性質(zhì)來看，ZHR01如果采用原R22的壓縮機(jī)，ZHR01 排氣壓力比R22的還低，有

8、利于壓縮機(jī)的工作和延長壽命。C ZHR01與潤滑油的互溶性好。與原R22機(jī)組的冷凍油是否相溶也是檢驗(yàn)新工質(zhì)能否直接充灌的問題之一。R22原潤滑為礦物油，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ZHR01與礦物油的互溶性良好。D安全性好。當(dāng)熱泵機(jī)組的充灌量較大時(shí)，工質(zhì)的安全性就需要確定，以保證機(jī)組安TLV (Threshold Limitvalue )全運(yùn)行。工質(zhì)的安全性主要指毒性和可燃性。國際上通用由值來衡量物質(zhì)的毒性。ZHR01的三種組元TLV值均為lOOOppm,在美國ASHRA標(biāo)準(zhǔn)劃分上等 級均為“ A”級，即無毒。綜合起來，ZHR03的 TLV仍為lOOOppm是無毒的，可以安全地使用在熱泵系統(tǒng)中。ZHR01的三種組

9、元均為不可燃物質(zhì)，其中一種組元被用于消防滅火，綜合 起來，確認(rèn)ZHR01為不可燃，正規(guī)的可燃性試驗(yàn)也即將進(jìn)行。上述結(jié)果說明，ZHR01無毒不燃，在使用中是安全的。3. 優(yōu)化蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和傳熱溫差 機(jī)組的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度以及換熱器的傳熱溫差， 不僅決定系統(tǒng)的操作壓力和系統(tǒng)配 置，更主要的是決定機(jī)組的性能參數(shù)。我們通過理論指導(dǎo)，設(shè)計(jì)計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證，總結(jié)出適合不同壓縮機(jī)、不同型式的換熱器、不同制熱工況的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和換熱溫差數(shù)據(jù)。通過對SL/ ZHR60型機(jī)組樣機(jī)的制作及測試得出：冷凝器、蒸發(fā)器和蒸發(fā)冷凝器的換熱面積比大體為： 1/1.1/1.3 。為特大型機(jī)組的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)基

10、礎(chǔ)。該項(xiàng)目產(chǎn)品中的SL/GRH60型機(jī)組于2009年10月16日通過了合肥機(jī)電產(chǎn)品檢測院國家壓縮機(jī)制冷設(shè)備質(zhì)量 監(jiān)督檢測中心的檢測 （詳見附件合肥通用機(jī)電產(chǎn)品檢測院出具的檢測報(bào)告） ；（詳見附件實(shí)用 新型專利證書，專利證號為： ZL 5952.3 ）。4. 將不同型式壓縮機(jī) （螺桿式、 渦旋式等）、不同廠家的壓縮機(jī)、 不同型式的膨脹閥 （熱 力、電子）和不同型式的換熱器（殼管式、釬焊板式） ，均形成系列化配套配置。5. 自動(dòng)化控制和開停機(jī)順序程序化。 中央空調(diào)系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了電腦自動(dòng)化控制。 但在復(fù)疊 式循環(huán)中如何開機(jī)、 如何停機(jī)、 如何進(jìn)行能量調(diào)節(jié)等技術(shù)問題， 是常規(guī)中央空調(diào)機(jī)組所未遇 到的，

11、復(fù)雜性和重要性更顯突出。 我們對控制系統(tǒng)進(jìn)行了長期研討， 總結(jié)出新的具有特色的 控制規(guī)律和控制程序， 實(shí)現(xiàn)了開、 停機(jī)安全， 能量調(diào)節(jié)程序合理， 機(jī)組始終運(yùn)轉(zhuǎn)在高效率區(qū)。我公司開發(fā)的此款水源高溫?zé)岜脵C(jī)組是以工業(yè)冷卻水或工業(yè)廢水作為熱源，制取高達(dá)85C的熱水。機(jī)組出水溫度高， 可通過暖氣片直接供暖，克服了風(fēng)冷熱泵和普通水源熱泵機(jī)組出水溫度低， 供暖質(zhì)量不高的缺點(diǎn)。 同時(shí)由于該水源高溫?zé)岜脵C(jī)組是利用工業(yè)冷卻水或工 業(yè)廢水作為熱源，克服了水源熱泵機(jī)組打井， 回灌，消耗和污染地下水資源的問題。另外該 機(jī)組既冷卻了工況企業(yè)的工藝?yán)鋮s水， 節(jié)省了冷卻塔的運(yùn)行費(fèi)用和冷卻塔冷卻水的損耗， 同 時(shí)又冷卻企業(yè)的工

12、業(yè)廢水， 使其達(dá)到排放要求， 達(dá)到了能源的雙向利用， 實(shí)現(xiàn)了最大化的經(jīng) 濟(jì)效益和社會(huì)效益。二、主要技術(shù)指標(biāo)利用工業(yè)余熱型超高溫?zé)岜脵C(jī)組利用工業(yè)余熱的形式進(jìn)行供熱，既減少了鍋爐采暖造成的環(huán) 境污染，又節(jié)約了寶貴的水資源，省去了冷卻塔系統(tǒng)，避免了冷卻塔噪音及霉菌污染。 工業(yè)冷卻水或工業(yè)廢水、 礦井水作為冷熱源， 克服了水源熱泵機(jī)組打井，回灌，消耗和污染 地下水資源的問題。 另外該集成技術(shù)既冷卻了工況企業(yè)的工藝?yán)鋮s水， 節(jié)省了冷卻塔的運(yùn)行 費(fèi)用和冷卻塔冷卻水的損耗， 同時(shí)又冷卻企業(yè)的工業(yè)廢水， 使其達(dá)到排放要求， 達(dá)到了能源 的雙向利用。按可供熱面積 100 萬平方米計(jì)算， 利用回收的工業(yè)余熱， 減

13、少燃煤量和排放量。 節(jié)能減 排的主要數(shù)據(jù)如下：節(jié)約原煤量 2.5 萬噸/ 年，減少二氧化硫排放 225 噸/年。 減少飛灰量 456噸 / 年，減少灰渣量 6000噸/ 年。該產(chǎn)品以 SL-500 型水源熱泵的產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果為例：制冷量： 443.749 制冷消耗功率： 72.058能效比： 6.16按 20 年的使用年限計(jì)算， 共計(jì)可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤 40 萬噸， 相當(dāng)于為地球栽種 2000 萬棵樹， 節(jié)能減排的主要數(shù)據(jù)如下：節(jié)約原煤量 2 萬噸/年，減少二氧化硫排放 180 噸/年。減少飛灰量 456 噸/年，減少灰渣量 6000 噸/ 年。 工業(yè)企業(yè)的廢熱回收利用、 節(jié)能減排， 所產(chǎn)生的社會(huì)效益

14、和經(jīng)濟(jì)效益更為突出， 而且潛 力非常巨大，特別是在煤炭、石油、化工、鋼鐵、電力、紡織印染、水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品釀造、 市政污水等行業(yè)， 大量的廢水、 廢熱被排放， 在對環(huán)境造成熱污染的同時(shí)還要消耗大量燃料 用于生產(chǎn)工藝中的加熱。產(chǎn)品采用國際標(biāo)準(zhǔn) ISO13256-1/1998 、 ISO13256-2/1998 ，年綜合利用量為 1000 臺(tái)套。三、適用范圍1、 在地?zé)衢_發(fā)利用中，產(chǎn)生大量的地?zé)嵛菜?，溫度?040C,甚至高達(dá)50C而不能再利用被白白地排掉；在石油開采過程中，也有大量的尾水，溫度在3040 C,甚至高達(dá)50 C就直接被排走，而同時(shí)在石油輸送過程中，又需消耗燃油將物料加熱到7080 C以便于輸送。如能應(yīng)用該機(jī)組，則可充分利用這部分浪費(fèi)的能源。2、在化工、化纖、食品、制藥、鋼鐵等行業(yè)的工藝流程中都存在大量的廢熱排放，而同時(shí)這些行業(yè)又消耗大量的能源。如某化纖廠有250噸/時(shí)，溫度為50C的廢水，要冷卻到35C才能排放到污水處理廠中 ,而還有160噸/時(shí)的工藝水，需要用蒸汽加熱到 50 C以上.采 用水源高溫?zé)岜脵C(jī)組將兩者結(jié)合起來， 即冷卻了廢水， 達(dá)到了處理標(biāo)準(zhǔn)， 又節(jié)省了加熱蒸汽。3、在石油化工、鋼鐵制造、化纖行業(yè)、淀粉加工、發(fā)電行業(yè)等高能源消耗 企業(yè)中包含下述冷卻水： 壓縮機(jī)械的氣缸冷卻循環(huán)水、 蒸汽透平機(jī)械的冷卻循環(huán)水、 鋼鐵行 業(yè)工藝粉碎循環(huán)冷卻水、 石