低溫余熱回收技術(shù)

1、低溫余熱回收技術(shù)-熱泵節(jié)能技術(shù)時間:2007-10-2011:23:19來源:原創(chuàng)作者:劍氣書生1引言在工業(yè)生產(chǎn)中，不但需要大量能源，而且產(chǎn)生和浪費了大量各種型式的余熱，特別是低溫位余熱。實踐證明，低溫余熱完全可以作為二次能源開發(fā)和利用，其中采用熱泵技術(shù)就是重要方法之一。近年來，國外熱泵技術(shù)已成功地應(yīng)用于許多工業(yè)部門，并取得了良好的節(jié)能效果。我們知道，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能自發(fā)地沿相反方向進行傳遞。然而，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，若以機械功作為補償條件，熱量也可以從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體中去。熱泵就是根據(jù)這一定律，靠消耗一定能量（如機械能、電能）或使一定能量的能位降級，迫使熱

2、量由低溫熱源（物體）傳遞到高溫熱源（物體）的機械裝置。熱泵的工作原理與制冷機相同，只是目的不同而已。用于供冷的稱制冷機；用來供熱的則稱熱泵，二者均按逆卡諾循環(huán)方式工作。2熱泵的分類利用熱泵的工作有二：一是使低溫余熱的溫位提高，使之獲得較高溫度后的熱源能用于工藝過程，這種熱泵稱為溫度提高型熱泵。二是將低溫熱源的余熱傳遞給高溫熱源，滿足整個系統(tǒng)能量平衡的需要，這種熱泵稱為熱量獲得型熱泵。熱泵按其工作原理還可分為蒸汽壓縮式熱泵、吸收式熱泵、化學(xué)式熱泵三大類。壓縮式熱泵按其介質(zhì)的循環(huán)方式可分為開式熱泵和閉式熱泵。不同類型熱泵的工作原理是不相同的，蒸汽壓縮式熱泵按其工作原理又可分為機械壓縮式和蒸汽噴射壓

3、縮式兩種?；瘜W(xué)式熱泵目前還處于探索、研究階段。這里主要介紹蒸汽壓縮式熱泵的機理、節(jié)能原理及其在化工中的應(yīng)用前景。3熱泵工作原理3.1機械壓縮式熱泵的工作原理低溫蒸汽通過壓縮機吸收外功后，提高其溫位者稱機械壓縮式熱泵。由于壓縮機的壓縮比一般都比較大，故余熱溫位可以得到較大提高，這種熱泵屬溫度提高型熱泵，其工作原理如圖1所示。構(gòu)成機械壓縮式熱泵的主要部件有蒸發(fā)器2、壓縮機3、冷凝器4、膨脹閥（節(jié)流閥）6等。所用循環(huán)工質(zhì)均為低沸點介質(zhì)，如氟利昂、氨等。機械壓縮式熱泵系統(tǒng)的工作過程如下：低佛點工質(zhì)流經(jīng)蒸發(fā)器時蒸發(fā)成蒸汽，此時從低溫位處吸收熱量，來自蒸發(fā)器的低溫低壓蒸汽，經(jīng)過壓縮機壓縮后升溫升壓，達到所

4、需溫度和壓力的蒸汽流經(jīng)冷凝器，在冷凝器中，將從蒸發(fā)器中吸取的熱量和壓縮機耗功所相當?shù)哪遣糠譄崃颗懦?。放出的熱量Q就傳遞給高溫熱源5，使其溫位提高。蒸汽冷凝降溫后變成液相，流經(jīng)節(jié)流閥6膨脹后，壓力繼續(xù)下降，低壓液相工質(zhì)流入蒸發(fā)器，由于沸點低，因而很容易從周圍環(huán)境吸收熱量而再蒸發(fā)，又形成低溫低壓蒸汽，依此不斷地進行重復(fù)循環(huán)。此時，若將蒸發(fā)器放在盛水的容器中，蒸發(fā)器內(nèi)的低沸點介質(zhì)，就吸收水中的熱量，使水溫不斷下降而成冰水（甚至結(jié)冰）。吸收了周圍環(huán)境熱量的蒸汽再進入壓縮機，供給壓縮機以功（機械功或電能）而驅(qū)動壓縮機不斷運行，如此循環(huán)往復(fù)不斷，就能使低溫熱量連續(xù)不斷地傳遞到高溫熱源處，以滿足工藝和其他方

5、面的需要，從而使難以直接利用的低溫位熱能得到有效的利用，達到節(jié)能目的。故熱泵是一種充分利用低品位熱能的高效節(jié)能裝置。圖1機械壓縮式熱泵的工作原理圖1-低溫熱源；2-蒸發(fā)器；3-壓縮機；4-冷凝器；5-高溫熱源；6-節(jié)流膨脹閥3.2蒸發(fā)噴射壓縮式熱泵蒸汽噴射壓縮式熱泵是利用高溫位熱量QH（溫度T1）為代價，通過蒸汽噴射器，將低溫熱源QL的溫度T2提高到用戶所需要的熱位Q（溫度T）,其工作原理如圖2所示。圖2蒸汽噴射壓縮式熱泵從熱力學(xué)觀點，這種吸收式熱泵可以認為是在高溫熱源（T1）與低溫熱源（T2）間工作的提供高質(zhì)能的壓縮式熱泵。這種熱泵可取得較好經(jīng)濟效益，除噴射器造價低，操作簡便外，作為高溫熱源

6、的動力蒸汽通常為515MPa，在此壓力范圍內(nèi)的蒸汽，一般中小型化工廠都有，特別是一些小型化工廠往往還節(jié)流降壓，有效能量未作功而降級使用，造成浪費。若用此高溫熱源通過蒸汽噴射壓縮式熱泵，可使低溫位余熱獲得充分利用。噴射式熱泵裝置最大特點是沒有（或很少）轉(zhuǎn)動部件，這是機械壓縮式熱泵所做不到的。4熱泵節(jié)能原理及經(jīng)濟性分析4.1節(jié)能的簡單原理一臺比較完善的熱泵，只需消耗少量的逆循環(huán)凈功，就可能獲得較大的供熱量Q。這不是能量不平衡問題，它仍然遵循著能量守恒定律。這是因為伴隨著低溫熱源（冷源）把一部分熱量q傳遞給高溫熱源的同時，熱泵所消費的逆循環(huán)凈功W也轉(zhuǎn)化為熱量而一同流向（傳遞）給高溫熱源。通俗點說，熱泵節(jié)能的原理就是把還沒有完全做完功（有潛能）的低溫位熱能泵”回到高溫位熱能中，使其與其他高溫位熱能一起做功；在完成這一輪功的同時，還會有低溫位熱能產(chǎn)生，熱泵再次將其泵”回到高溫位熱能中，使其再做功，如此反復(fù)。熱泵是利用了低溫位熱能，而不是增加能量，過去這部分低溫位熱能是白白流失掉了。4.2經(jīng)濟分析當熱泵采用電動機驅(qū)動時，其經(jīng)濟性主要取決于熱泵的實際制熱系數(shù)屮e與當?shù)貙嶋H電/熱比價K的大小。屮e的意思是當熱泵消耗電功為Wp(折算成熱量)時所能獲得熱量Qp(即e=Qp/Wp)。只有當獲得