开式吸附热泵生成蒸汽的实验研究及系统分析

发布时间：2017-08-17 07:14

  本文关键词：开式吸附热泵生成蒸汽的实验研究及系统分析

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【摘要】：利用开式吸附热泵来回收低品位热水和热气余热中的热量,生成中高品位蒸汽,对于节能减排具有重要意义。本研究采用直接接触式换热法,使用自主设计的吸附反应器,搭建开式吸附热泵生成蒸汽的实验台,利用热水(≤85℃)和热空气(≤150℃)分别来模拟工业废水和废气,直接生成高温蒸汽。实验考察了系统使用13X沸石的循环过程的耐久性能,分析了系统性能的影响因素,研究了操作条件变化对系统性能的影响,并讨论工业应用前景。工业生产中大量的低品位余热直接被排放至环境中,余热节能技术迫切需要开发。采用13X沸石-水工质对,反应器内填充320 g沸石。实验研究了用于回收热水和热气中低品位余热生成高温蒸汽的开式吸附热泵系统的耐久性能。并根据所搭建系统所能够实现的条件,通过实验方法对系统生成蒸汽的影响因素作出讨论,具体包括沸石初始温度、沸石颗粒大小、进水温度、进水速率、热干气温度、热干气湿度和进气再生时间,得出的实验结果及结论主要有:(1)该系统可以利用80℃热水和130℃热干气,生成191℃~264℃过热蒸汽。(2)系统生成蒸汽的质量约占总进水量的14.5%,循环过程的蒸汽生成速率为4.87×10-5 kg-s/(kg-z·s)。(3)15个连续循环结果显示,第一个循环所用沸石初始含水量较低,积分吸附热大,系统性能最优,最高蒸汽温度为264℃,系统温升为156℃,制热系数COP_h达0.43,?效率COP_(ex)达0.54;其后14个循环系统温升为94±3℃,COP_h为0.31~0.33,COP_(ex)为0.35~0.37。结果表明沸石微孔在高温高湿度下仍可保持结构完整,沸石吸水性能稳定,系统耐久性能良好。(4)使用两种直径不同材料相同的沸石颗粒的实验结果显示,平均直径为2.22 mm的球形颗粒沸石在该系统中的性能要优于平均直径为3.88 mm的大颗粒沸石。在所用反应器的尺寸下,常压下填充平均直径为2.22 mm的球形颗粒沸石,出口蒸汽温度能够与沸石含水量达到平衡,出口蒸汽温度稳定。(5)提高进水温度、沸石初始温度和进气温度,利用干燥管降低热气湿度,增加再生进气时间,均能够显著地提高生成蒸汽的最高温度。提高进水温度、沸石初始温度、进气温度,降低进气湿度,均能够增加蒸汽生成过程生成蒸汽的质量,进而增加蒸汽生成速率,效果显著。合理地提高进水速率和减少进气时间,也可以增大循环过程蒸汽生成速率。提高进水温度、降低进气湿度能够提高系统的热量回收效率COP_h和COP_(ex)。
【关键词】：低温余热 吸附热泵 开式循环 直接接触 沸石-水
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK115
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-20
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 吸附热泵系统研究现状12-16
• 1.2.1 吸附工质对的研究13-14
• 1.2.2 国外吸附热泵系统研究现状14-16
• 1.2.3 国内吸附热泵系统研究现状16
• 1.3 吸附热泵生成蒸汽系统研究现状16-18
• 1.4 本课题研究内容18-20
• 2 实验原理及实验装置20-35
• 2.1 实验材料及实验原理20-21
• 2.2 实验装置及操作步骤21-25
• 2.3 测量系统25-27
• 2.3.1 温度测量系统25-26
• 2.3.2 蒸汽质量测量方法26-27
• 2.4 系统性能评价方法27-31
• 2.4.1 质量平衡方程27-28
• 2.4.2 能量平衡方程28-30
• 2.4.3 系统性能评估参数30-31
• 2.5 沸石参数测量31-34
• 2.5.1 吸附热测量方法31-32
• 2.5.2 空隙率测量方法32-34
• 2.6 小结34-35
• 3 吸附热泵生成蒸汽系统的循环耐久性能35-47
• 3.1 实验操作条件35
• 3.2 多循环实验结果及分析35-40
• 3.2.1 循环过程反应器内温度变化35-37
• 3.2.2 蒸汽温度及系统温升37-38
• 3.2.3 蒸汽质量及生成速率38-40
• 3.3 系统性能评价40-42
• 3.4 循环实验系统性能影响因素分析42-43
• 3.4.1 操作参数变化42
• 3.4.2 沸石形状参数变化42-43
• 3.5 误差分析43-45
• 3.5.1 实验误差43
• 3.5.2 热辐射对顶部热电偶测量值的影响43-45
• 3.6 小结45-47
• 4 系统生成蒸汽性能的影响因素分析47-63
• 4.1 系统性能影响因素及操作条件选择47-48
• 4.1.1 系统性能影响因素47-48
• 4.1.2 循环操作条件48
• 4.2 沸石参数对系统性能的影响48-51
• 4.2.1 不同直径沸石颗粒48-50
• 4.2.2 不同沸石初始温度50-51
• 4.3 进水条件对系统性能的影响51-55
• 4.3.1 进水温度51-52
• 4.3.2 进水速率52-55
• 4.4 进气条件对系统性能的影响55-60
• 4.4.1 进气温度56-57
• 4.4.2 进气湿度57-59
• 4.4.3 进气时间59-60
• 4.5 不同操作条件结果讨论60-61
• 4.6 小结61-63
• 5 总结与展望63-65
• 5.1 总结63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献：65-69
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果69-70
• 致谢70

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