第二类吸收式热泵品位提升机理与系统集成研究

发布时间：2019-10-25 18:53

【摘要】：在分布式能源和工业用能领域,第二类吸收式热泵(升温型热泵)技术可以提升热能品位并使其得到高效利用,是解决低温热利用难题的一种有效手段。本学位论文深入研究了第二类吸收式热泵实现热能品位提升的机理与系统集成方法。基于能的品位概念,建立了与溶液温度和浓度相关联的溶液(?)和溶液品位的表达式。运用品位分析的方法,对第二类吸收式热泵关键过程中温度和浓度变化现象进行分析,剖析了过程热(?)和溶液(?)的相互转化机制,揭示了第二类吸收式热泵的品位提升机理,为第二类热泵循环创新和集成高效分布式能源系统提供理论依据。针对传统第二类热泵因低温排热难以利用所造成的总体热利用水平不高的问题,提出新型复合热泵循环。该循环将通过蒸发/发生过程耦合,将第二类热泵和第一类热泵有机结合,利用中温输入热产生高温热的同时,提高低温热的排放温度,使之也能满足采暖或工艺过程对低品位热的需求,大幅度提高对中温热的总体利用水平。建立新型复合热泵模型,对复合热泵进行关键参数的敏感性分析,包括温度、循环倍率、系统温升等参数对能比、(?)损失和(?)效率的影响,结果发现存在最佳循环倍率和最佳系统温升,使得系统(?)效率最高,提高系统温升以降低能比为代价。研制了有用输出热量为20 kW的立式降膜第二类吸收式热泵,分别开展了热源水、冷却水、热媒水的温度或流量变化对系统温升和性能系数的影响。在一定范围内,提高热源水入口温度,降低冷却水入口温度,降低热媒水入口温度,均有助于系统性能的提高;提高热源水流量、冷却水流量、热媒水流量,均可以提高系统性能,但是要考虑由液体高速流动引起的冲刷腐蚀对系统寿命的影响。开展了热泵系统在直接产蒸汽工况条件下,热源水温度、流量和输出蒸汽压力对系统性能影响的实验研究。发现在相同的热源水入口温度或流量条件下,热泵输出蒸汽时可以达到与输出高温热水时相同的输出热量。为提高系统变工况运行性能,提出恒定倍率法的变工况运行的调节手段,并且通过实验进行验证。提出了三种集成第二类吸收式热泵的用能系统。提出利用第二类热泵回收工厂显热余热进行海水淡化的系统,分析了关键参数对性能的影响;提出采用第二类热泵回收食品行业杀菌工艺潜热余热用于制取蒸汽返回工艺再利用过程的系统,并进行了性能分析;建立了第二类热泵提升太阳能集热品位用于制取低压蒸汽的系统模型,开展了四季典型日性能分析,并提出了该系统在变辐照条件下的混合调节法。进一步对集成第二类热泵的系统进行了经济性分析,综合评价了余热类型、燃料价格、燃料种类、运行时长对系统经济性的影响。总的来说,在上述过程中,第二类热泵可以大幅度提高系统的热利用水平,同时具有较好的经济性。本论文研究表明,第二类热泵技术在分布式能源和工业用能领域有较好的应用前景。
【图文】：

逑不同品位热能之间的转换。不同于压缩式热泉，吸收式热累中液体是被压缩对象，逡逑耗功小、损失小，大部分能量通过发生器和蒸发器进入系统。图１－１所示为第二逡逑类热累流程图。逡逑热巧＊逡逑个邋Ｉ邋＾逡逑裕逦ＬｎＰｊ逡逑‘‘逦ｉ逦Ｐ，，，时＇逦＾｜蒸发器｜－—……＊｛吸收器逡逑＆邋４逦万－＊灥逡逑ｉ胃／逦＆逡逑‘‘逦诵逦＾逦／ｙ逡逑二逦口扣－．扭邋Ｉ邋冷Ｉ邋发uv邋（＂逡逑Ｉ冷巧巧逦发生器Ｉ逡逑图１－１第二类热累流程图逡逑在第二类热粟循环中，同时存在冷剂水的循环和溶液的循环。发生器中，漠逡逑化堘水溶液在中温热源的加热作用下，溶液中沸点较低的冷剂水被部分发生出来，逡逑漠化堘的沸点远高于水，因此认为发生出的冷剂水蒸气为纯物质，溶液成为浓溶逡逑液。发生出的冷剂水蒸气进入与发生器相连的冷凝器，在冷却水的作用下，降温逡逑冷凝成为液态冷剂水，冷凝过程释放的汽化潜热由冷却水带走排到外界环境当中。逡逑液态冷剂水在冷剂水泉的作用下压力得到提升后进入蒸发器。在蒸发器中，液态逡逑冷剂水在中温热的加热作用下

漠化堘水溶液质量浓废＼７邋％逡逑图２－１演化钮结晶温度随质量浓度的变化逡逑漠化堘在水中的溶解度随着温度的升高而升高。图２－１中的曲线为结晶线，逡逑线上的点表示溶液处于饱和状态，溶解度数据来源于ＢｏｒｙｔａｌｉＭＬ在曲线的右下逡逑３３逡逑
【学位授予单位】：中国科学院工程热物理研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK115;TK17

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