中空纤维膜在开式吸收式热泵吸收器中的应用研究

发布时间：2020-09-02 08:58

　　 我国的能源结构主要是以煤炭为主,近年来煤炭的使用量虽有所下降但是仍占我国能源消耗量的60%以上,在未来很长一段时间内煤炭都将会是我国使用的主要能源。煤炭的使用覆盖发电、供热等多个行业的生产环节,巨大的资源消耗量及污染排放量使燃煤锅炉成为节水减排工作的重点之一。燃煤锅炉排烟经脱硫后的温度约为45~60℃,含湿量接近饱和,这样的烟气中蕴含丰富的余热资源及水资源,通过有效技术手段对这部分资源进行回收后再利用可有效提升能源利用效率,降低脱硫设备耗水量。基于此本文结合中空纤维膜材料特性及溶液除湿技术特点,提出了一套配有中空纤维膜吸收器的开式吸收式热泵余热回收系统,通过数值手段围绕组件内气流不均匀性对膜组件性能的影响展开研究,并对膜吸收器的尺寸进行优化设计。最后通过实验对不同工况下膜吸收器的性能进行测试。本文工作内容主要包括以下几个方面:(1)根据本文的研究背景,建立应用膜吸收器的开式吸收式热泵系统。对系统核心部件膜吸收器内部热力交换过程进行分析后建立了数学模型,通过与文献中实验数据对比验证数学模型的准确性。(2)利用Fluent软件对组件内部气体流动状态进行模拟,并结合模拟结果对数学模型再次求解,对比文献中实验结果表明模型计算准确性进一步提升。通过模拟计算重点分析了气流不均匀性对组件性能的影响,并以此为基础对膜吸收器的沿风向管间距及迎风向管间距尺寸进行优化设计。计算结果表示,膜吸收器迎风向最佳管间距为2d_0,沿风向最佳管间距为2.5d_0,为膜吸收器的设计及实验台搭建提供理论指导。(3)根据膜组件优化设计结果制作中空纤维膜吸收器,搭建了中空纤维膜吸收器除湿实验台,考察了组件入口烟气流量、烟气温度、液气比、溶液温度、溶液浓度等变量对组件性能的影响,并对各影响因素进行显著性分析发现溶液温度及浓度是影响组件性能的主要因素,为膜组件的实际应用提供了一定的理论基础。
【学位单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU83
【部分图文】：

起了人们的关注。开式吸收式热泵具有结构简单，占地面积小，水回收率高，回收流体热能品位高等优点。且由于吸收器呈开放式结构可以在常压下运行，设备的操作及维护难度大大减小。开式吸收式热泵的工作原理与传统吸收式热泵比较相似，是溶液循环中稀溶液在驱动热源的作用下升温浓缩，利用浓溶液与含湿气体的水蒸气分压力差实现水蒸气吸收，随后稀溶液再放热给外围冷却流体，进入发生器，完成整个循环。开式吸收式热泵与传统吸收式热泵相比其结构差异较大，可分为 BAG 和 AGC两种组成系统形式[16]。BAG 系统由发生器、蒸发器及吸收器组成；AGC 系统由发生器、吸收器、冷凝器组成。两种不同结构的系统决定其应用场合的不同，前一种类型系统与第二类吸收式热泵较为类似，适应于利用大量中低温热源制取少量高温热源，后一种类型系统与第一类吸收式热泵比较相似，更适用于在余热回收利用场合。两种结构的开式吸收式热泵工作流程如下图 1.1(a)、(b)所示。

的传热传质过程进行机理分析，建立膜吸收器组件的数学模型。1 开式吸收热泵余热回收系统设计针对本文研究背景，选用 AGC 形式的开式吸收式热泵系统，吸收器形式型吸收器，一方面绝热型吸收器中气液直接接触，冷却除湿效果好；另空纤维膜材料在开式热泵绝热型吸收器中可以很好地解决传统绝热型吸过程中液滴飘散的问题。本文所设计的余热回收系统工作流程为：取余热锅炉产生的蒸汽作为发动热源，产生的浓溶液经溶液热交换器及过冷器达到过冷状态后输送至与通入的烟气进行冷却除湿；发生器驱动蒸汽的冷凝排水及冷凝器回收于锅炉补水或湿法脱硫工艺的补水。热泵预冷器及冷凝器回收得到的热热膜法过滤后的淡水，预热后的淡水与冷凝水混合通过除氧罐后送入锅设备中进行补水。系统工艺流程图如下图 2.1 所示。

青 岛 理 工 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文但其中仍存在一定的尘粒，尘粒粒径相比于中空纤维膜膜会堵塞膜孔，但是仍会存在“卡住”膜孔的情况，对组件的不良影响。因此在实际应用中对于真实烟气除湿过程相有必要加入膜丝清洗装置。膜丝清洗可通过安装垂直烟气，烟气流动一段时间之后打开吹扫气阀门，吹走附在膜丝度上保证组件中膜丝的清洁度。述分析，本文所研究的膜式吸收器组件将采用顺排膜丝的烟气以错流的方式流动，烟气走管外，除湿溶液走管内。下图 2.2 所示。

【参考文献】

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本文编号：2810395