升温型吸收式热泵又称第二类吸收式热泵,一般简称为AHT(absorption heat transformer)。升温型吸收式热泵利用工业生产的废热和低温热源的热势差,制取数量少于而热品味高于废热的热量,以达到合理利用废热、节约能源的目的。
从循环的热力过程来看,升温型吸收式热泵是在增热型吸收式热泵的基础上对热源梯级利用的一种改进。
升温型吸收式热泵的原理如图5-20所示,多用溴化锂-水作为工质。中温驱动热源QH在发生器内加热溴化锂溶液或氨水,产生低压工质水蒸气,这部分低压工质水蒸气经连接管路进入冷凝器;在冷凝器中,低压工质水蒸气与低温热源换热,温度降低,水蒸气冷凝为水,冷凝水通过工质泵输送至蒸发器中变为高压工质水;在蒸发器中,高压工质水吸收驱动热源的热量,蒸发变为高压工质水蒸气,这部分高压工质水蒸气经由连接管路进入吸收器;在吸收器中,溶液泵输送的浓溶液吸收高压工质水蒸气,放出大量热量,利用这部分热量可以制取用户需要的高品位热源,低温低压工质经加压后再进入发生器。经过这种循环方式,利用热泵的发生器和蒸发器的低品位驱动热源与冷却水之间的热势差,升温型吸收式热泵制取了比低品位驱动热源温度高的热源。
图5-20 升温型吸收式热泵的原理示意图
近十几年,我国吸收式热泵的使用有了长足的发展和进步,尤其是在工业余热利用方而,大量使用升温型吸收式热泵技术,回收工业生产中50℃左右的热循环水或70~90℃低温蒸汽中的热量以及其他形式的废热,用于其他生活或生产需求,例如热电厂、橡胶厂、石化厂以及印染厂等工业厂房内的余热回收。
与压缩式的电动热泵相比,其优点是吸收式热泵不用高品位的电能,噪声小、寿命长、维修费用低。缺点是设备投资高。升温型吸收式热泵在布置上也有紧凑型和分离型之分。
紧凑型吸收式热泵装置增加了高压吸收器、低压蒸发器、一级溶液换热器、二级溶液换热器;热泵装置采用两级蒸发、两级吸收方式,将高压蒸发器和低压吸收器结合为一个部件,其中发生器、冷凝器置于一个腔体内,高压吸收器和蒸发器-吸收器的蒸发器侧置于一个壳体内,低压蒸发器和蒸发器-吸收器的吸收器侧置于一个壳体内。该系统示意图见图5-21。这种安装方式组成了蒸发器-吸收器一体化的结构,减小了热泵体积,同时简化了热泵机组的运行流程。
图5-21 能够大幅度提升余热温度的紧凑型吸收式热泵示意图(www.daowen.com)
1—发生器;2—冷凝器;3—高压吸收器;4—低压吸收器;5—蒸发器-吸收器;6—节流装置;7a—一级溶液换热器;7b—二级溶液换热器;8—溶液泵;9—制冷剂泵
分离型吸收式热泵是将吸收器和蒸发器分离,用于住宅采暖的分离型吸收式热泵如图5-22所示。
图5-22 用于住宅采暖的分离型吸收式热泵
根据有关资料,将压缩式和吸收式这两类热泵比较如下:
根据热力学第二定律,热量是不会自发地从低温介质向高温介质传递的,必须向热泵输入一部分驱动能量才能实现热量的传递。上述两种热泵则分别通过热能和电能的输入来驱动能量传递。
可以看到,压缩式热泵的能效比要高于吸收式热泵,这是因为压缩式热泵使用的是高品位能源——电能,而吸收式热泵直接使用了低品位热能。但是吸收式热泵使用的热源可以是余热、废热、排热,因此从总体上说,其节能性能比压缩式热泵要好。相关资料指出,以一台3500 kW的制冷机组为例,压缩式制冷机耗电量为900 kW,而溴化锂吸收式制冷机耗电量仅多10 kW,在当下我国电力紧缺的情况下,使用吸收式制冷机很有意义。
热泵在工厂企业中的应用也很广泛。轻纺、造纸、制糖、食品、建材等行业在生产过程中会产生大量低温余热,这些余热经常是被白白地浪费掉了。采用热泵“制热”的特性,可将这些低温余热的品位提高。提高品位后的热水或蒸汽,不但可用于采暖和生活用水,而且还可用于工艺过程,取得明显的经济效益。
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