1、壓縮式熱泵余熱回收實驗方案一、技術背景電廠和硫化廠等企業含有大量的中低溫循環水， 其余熱屬于低品位熱源， 直 接排放到環境中將造成巨大的能源浪費， 對其排放環境也會造成負面的影響。 熱 泵技術的快速發展和日益成熟， 無疑為余熱回收利用工程的實施提供了可靠的技 術保障。利用熱泵技術能有效的回收利用電廠硫化廠等循環冷卻水中的低品位熱 能，將其轉換為高品位的熱能，提高機組的效率或者供熱能力。因此，應該對循環冷卻水這一巨大低溫熱源的資源效益加強重視， 在“把節 約放在首位，依法保護環境，合理使用資源，提高資源的利用率， 實現永續利用” 的方針指導下， 以先進技術為龍頭， 因地制宜、 因時制宜地開展這一

2、高效余熱利 用的事業，組織示范工程，使電廠和硫化廠循環水余熱高效利用實用化、 規范化、 規模化。壓縮式熱泵是以輸入一定量的機械功為代價 ,通過熱力循環 , 實現熱量由低 溫物體轉移到高溫物體 ,供用戶用熱的一種裝置。 在原理上,它和制冷機并沒什么 區別, 但其使用目的在于供熱而不是制冷。二、基本原理壓縮式熱泵消耗少量電能或燃料能 W,將環境中蘊含的大量免費熱能或生產 過程中的無用低溫廢熱Q2,變為滿足用戶要求的高溫熱能 Q1。根據熱力學第一 定律，Q1, Q2和 W之間滿足如下關系式：Q仁Q2+W由上式可見，Q1 > W即熱 泵制取的有用熱能， 總是大于所消耗的電能或燃料能， 而用燃燒加

3、熱、 電加熱等 裝置制熱時， 所獲得的熱能一般小于所消耗的電能或燃料的燃燒能， 這是熱泵與 普通加熱裝置的根本區別，也是熱泵制熱最突出的優點。壓縮式熱泵系統中的工作介質在壓縮機中壓力 P1 升高到 P2 ，溫度也同時 升高，由 T1 升高到相應 P2 的壓力下的溫度 T2 ，然后進入冷凝器，將熱量 Q1 釋放給水，使水溫升高，而工質溫度下降到 T3，降溫后的工質經過節流閥以后 壓力降到P4，溫度降到相應的T4，然后低溫低壓的工作介質進入壓縮機重復循 環，這時冷卻器出來的熱水可供取暖或生活用熱水。壓縮式熱泵的主要設備有：壓縮機、換熱器（包括冷凝聚器和蒸發器） 、節 流閥。理想的壓縮式熱泵工作原理

4、見圖 1，溫熵圖和壓焓圖見圖 2和圖 3：供熱回水TQiT2壓縮機Tl浴凝器T3節流閥|T4蒸發器低溫熱源4 o T圖1.壓縮式熱泵工作原理圖理想循環有QQ2 w壓縮式熱泵制熱性能系數 COP 壬/W =(Q2 W)/W =1 - Q2 /W 15C。冷凝溫度在60-80 C范圍內最佳工質為 R152a,在80-110 C溫度區間內R143綜合性能最優,在110-160 C溫度區間內R123最優。各工質物性參數見表1所示：表1.工質物性參數表咋號名稱烯點Tcr(t)Per (kPi)OOPGWP1R1231523183.6836740.02了廠2Rg102.03MR101 064(1670!4

5、0I 3R1血隔血24.02113264492G1244R29044-42 Ji96J44247.7020SR22?M170.MW3410175網2032206152.05&丹J痂9畑0Flb1ft MW5K.12-0.M151.983796020KtUVa他12-1175134.663630.6020R245fa14.05L 15.14154.01365101030IGR243caIMjK25.131744239250m三、工程計算3.1實驗條件:熱源溫度為60C的低溫廢熱水，熱泵工質吸收熱量后給常壓，溫度為 90C 熱水加熱，吸熱后在一個大氣壓下升到105C變成水蒸汽來加以利用；根

6、據工況條件和環境友好型原則，工質選擇為 R123(1) 低溫熱源出口溫度在30-55 C之間時，壓縮機壓縮比在13.1-6.2之間， 相應的COP在 2.45-3.45之間變化。為避免壓縮比過大，在此案例中我們取42C；(2) 工質出蒸發器的溫度與飽和溫度之差稱為過熱度。當壓縮機對工質蒸氣中的液滴較敏感時,一般需要使壓縮機進口蒸氣具有一定的過熱度(2 C -15 C),以確保壓縮機壓縮過程中的工質蒸氣無液滴，保證壓縮機工作的安全可靠，在此 我們取6C；(3) 工質在冷凝壓力下的飽和溫度和出冷凝器的過冷溫度之差稱為過冷度。當熱泵工質的飽和液線較傾斜時，通常需要對冷凝器出口工質進行適度過冷，以 減

7、少節流后濕蒸氣中的閃蒸氣量，使工質經過節流閥后干度較小，提高單位質量 工質的吸熱量和制熱量，在此我們取 3C；(4) 制熱系數COF要盡可能高。根據MATLABS程模擬計算分析，最終初始參數設置和計算如下表 2:表2.實驗模擬數值熱源入口溫度60 C有機工質吸熱量Q21.71*kJ/kg熱源出口溫度42 C有機工質放熱量Q11.30*kJ/kg蒸發溫度/壓力37 C /139.73kPa冷源入口溫度90 C過熱度6 C冷源出口溫度105 C壓縮機出口溫度120C冷凝溫度/壓力110C /976.03kPa壓縮機出口壓力1199kPa過冷度3C壓縮機效率0.8壓縮比8.58壓縮機耗功4.44*k

8、J/kgCOP2.923.2數據分析假定低溫熱源出口溫度在30-55 C之間，蒸發溫度相應改變，在冷凝溫度一定情況下，通過數據分析得出：隨著低溫熱源出口溫度(蒸發溫度)不斷降低,有機工質吸熱量不斷增大，但壓縮機壓縮比變大，耗功增大，壓縮機COP變小。在工程實際中， 應結合經濟性考慮對各點參數予以分析： 若有機工質吸熱量 增大，換熱器面積增大，壓縮機耗功增大，COP減小；若有機工質吸熱量減小，則低溫熱源余熱不能很好的利用。綜合分析，我們取熱源出口溫度為42C,工質蒸發溫度為37C，具體數值及各點參數如上表 2所示。3.3 工程概況按表 2 所示數值計算：換熱器損失，管道遠程和彎頭損失以及泵耗功等均忽略不計；假定低溫熱源流量為100t/h,則其由60C降到42C，供給低溫工質熱量為 Q2=2091kW工質蒸發量為44kg/h，壓縮機耗功為542.7kW,放給高溫熱源熱量為 Q仁1588.9kVV產生常壓下105C過熱水蒸汽量為2.48t/h,每小時節約1046.2kW。四