工業(yè)余熱型高溫水源熱泵機組

1、工業(yè)余熱型高溫水源熱泵機組一、技術(shù)內(nèi)容（一）技術(shù)原理本水源高溫機組采用的技術(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)是由兩個獨立的制冷系統(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，并將

2、該熱量傳遞給熱水，使其溫度上升到需求值（80c或85C）。jmuws蒸t器節(jié)醐檢i節(jié)油i檢二）工藝流程示意圖（三）關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點1 .機組創(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85c的熱水。該機組的最大創(chuàng)新點就是將復(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。該機組實用技術(shù)申請國家專利，專利證書號為：ZL5952.3（詳見附件實用新型專利證書，專利證號為：ZL5952.3）;該項技術(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)未查到與本項目查新點相同的研究報道”（詳見附件科技查新報告）；該

3、項目產(chǎn)品已通過山東省科技廳的技術(shù)成果鑒定，鑒定委員會一致認(rèn)為“該產(chǎn)品整機設(shè)計先進、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)濟和社會效益，填補了國內(nèi)空白，屬于國內(nèi)首創(chuàng)，達到了國際先進水平”（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)是由兩個獨立的制冷系統(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?，?/p>

4、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電產(chǎn)品檢測院出具的檢測報告）。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。其特點見下表：ZHR01與R22的基本物性制冷劑R22ZHR01ODP0.040.011GWP1500<580摩爾質(zhì)量【kg/km186.4797.00正常沸點【C】-40.8-

5、19.84臨界溫度【C】96.2122.8臨界壓力【MPa4.994.4825C飽和液密度【kg/m31191113225C飽和氣密度【kg/m344.7818.7825C氣化潛熱kJ/kg180.30195.525c飽和液定壓比熱kJ/kg.k1.2881.27525c飽和氣定壓比熱容kJ/kg.k0.9050.884R22(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)1mW/m.K10.1412.92R22(55C)、ZHR01(85C)飽和液導(dǎo)熱系數(shù)【mW/m.K69.9759.92R22(55C)、Z

6、HR01(85C)飽和氣導(dǎo)熱系數(shù)1mW/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、ZHR01的消耗臭氧潛能值OD林口全球變暖潛能值GW嘟小于R22的OD環(huán)口GWP綜合環(huán)

7、境性能良好，優(yōu)于R22.日沸點溫度較高。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85C時，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，ZHR01排氣壓力比R22的還低，有利于壓縮機的工作和延長壽命。CZHR01與潤滑油的互溶性好。與原R22機組的冷凍油是否相溶也是檢驗新工質(zhì)能

8、否直接充灌的問題之一。R22原潤滑為礦物油，實驗發(fā)現(xiàn)ZHR01與礦物油的互溶性良好。D安全性好。當(dāng)熱泵機組的充灌量較大時，工質(zhì)的安全性就需要確定，以保證機組安全運行。工質(zhì)的安全性主要指毒性和可燃性。國際上通用由TLV（ThresholdLimitvalue）值來衡量物質(zhì)的毒性。ZHR01的三種組元TLV值均為1000Ppm，在美國ASHRA標(biāo)準(zhǔn)戈U分上等級均為“A”級，即無毒。綜合起來，ZHR03的TLV仍為1000ppm,是無毒的，可以安全地使用在熱泵系統(tǒng)中。ZHR01的三種組元均為不可燃物質(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)的可燃性試驗也即將進行。上述結(jié)果

9、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，更主要的是決定機組的性能參數(shù)。我們通過理論指導(dǎo)，設(shè)計計算和試驗驗證，總結(jié)出適合不同壓縮機、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型機組樣機的制作及測試得出：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。為特大型機組的設(shè)計、生產(chǎn)提供了堅實基礎(chǔ)。該項目產(chǎn)品中的SL/GRH6理機組于2009年10月16日通過了合肥機電產(chǎn)品檢測院國家壓縮機制冷設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測中心的檢測（詳見

10、附件合肥通用機電產(chǎn)品檢測院出具的檢測報告）；（詳見附件實用新型專利證書，專利證號為：ZL5952.3）。4,將不同型式壓縮機（螺桿式、渦旋式等）、不同廠家的壓縮機、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.自動化控制和開停機順序程序化。中央空調(diào)系統(tǒng)均實現(xiàn)了電腦自動化控制。但在復(fù)疊式循環(huán)中如何開機、如何停機、如何進行能量調(diào)節(jié)等技術(shù)問題，是常規(guī)中央空調(diào)機組所未遇到的，復(fù)雜性和重要性更顯突出。我們對控制系統(tǒng)進行了長期研討，總結(jié)出新的具有特色的控制規(guī)律和控制程序，實現(xiàn)了開、停機安全，能量調(diào)節(jié)程序合理，機組始終運轉(zhuǎn)在高效率區(qū)。我公司開發(fā)的此款水源高溫

11、熱泵機組是以工業(yè)冷卻水或工業(yè)廢水作為熱源，制取高達85c的熱水。機組出水溫度高，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組出水溫度低，供暖質(zhì)量不高的缺點。同時由于該水源高溫?zé)岜脵C組是利用工業(yè)冷卻水或工業(yè)廢水作為熱源，克服了水源熱泵機組打井，回灌，消耗和污染地下水資源的問題。另外該機組既冷卻了工況企業(yè)的工藝?yán)鋮s水，節(jié)省了冷卻塔的運行費用和冷卻塔冷卻水的損耗，同時又冷卻企業(yè)的工業(yè)廢水，使其達到排放要求，達到了能源的雙向利用，實現(xiàn)了最大化的經(jīng)濟效益和社會效益。二、主要技術(shù)指標(biāo)工業(yè)余熱型超高溫?zé)岜脵C組利用工業(yè)余熱的形式進行供熱，既減少了鍋爐采暖造成的環(huán)利用境污染，又節(jié)約了寶貴的水資源，省去

12、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)省了冷卻塔的運行費用和冷卻塔冷卻水的損耗，同時又冷卻企業(yè)的工業(yè)廢水，使其達到排放要求，達到了能源的雙向利用。按可供熱面積100萬平方米計算，利用回收的工業(yè)余熱，減少燃煤量和排放量。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)品檢驗結(jié)果為例：制冷量：443.749制冷消耗功率：72.058能效比

13、：6.16按20年的使用年限計算，共計可節(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)生的社會效益和經(jīng)濟效益更為突出，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臺套。三、適用范圍1、

14、在地?zé)衢_發(fā)利用中，產(chǎn)生大量的地?zé)嵛菜瑴囟仍?040C,甚至高達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3040C,甚至高達50c就直接被排走，而同時在石油輸送過程中，又需消耗燃油將物料加熱到7080c以便于輸送。如能應(yīng)用該機組，則可充分利用這部分浪費的能源。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，而同時這些行業(yè)又消耗大量的能源。如某化纖廠有250噸/時，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/時的工藝水，需要用蒸汽加熱到50c以上,采用水源高溫?zé)岜脵C組將兩者結(jié)合起來，即冷卻了廢水，達到了處理標(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：壓縮機械的氣缸冷卻循環(huán)水、蒸汽透平機械的冷卻循環(huán)水、鋼鐵行業(yè)工藝粉碎循環(huán)冷卻