溴化鋰吸收式熱泵的應用與研究探討

劉世宏 梁磊 張建良

（上海電力學院能源與機械工程學院 上海 200090 上海熱交換系統節能工程技術研究中心 上海 200090）

我國是一個制造業大國，能源利用率僅有30%左右，即便是歐美等工業發達國家，尚有43%～60%的工業余熱白白浪費掉[1]。因此，深入開展工業節能，回收工業余熱資源是節能減排的一項重要措施[2]。近幾年溴化鋰吸收式熱泵在工業余熱節能環保尤其是電力、石化、鋼鐵及紡織等行業得到的大力發展。

1 溴化鋰吸收式熱泵工作原理

溴化鋰吸收式熱泵工作原理見圖1。發生器的驅動熱源為蒸汽或燃料，吸收器和冷凝器構成供熱回路對熱網水等熱媒進行加熱。蒸發器通過余熱回路從低品位熱源吸收熱量，產生冷劑蒸汽。運行時溴化鋰稀溶液從溶液泵排出經溶液熱交換器升溫后進入吸收器，噴淋在傳熱管表面，吸收驅動熱源熱量產生蒸氣。發生器中濃溶液通過溶液熱交換器換熱后進入吸收器，濃度稀釋放熱，從而完成溴化鋰溶液循環。而從發生器蒸發的蒸氣流經冷凝器加熱熱媒后流入蒸發器吸收低溫余熱進而回到吸收器稀釋溴化鋰溶液，從而完成水循環。熱媒在吸收器和冷凝器兩次被加熱，最終達到設計溫度。

圖1 溴化鋰吸收式熱泵工作原理

2 吸收式熱泵在工業余熱中的應用

吸收式熱泵是回收利用工業余熱的有效裝置，具有節約環保的雙重作用。截止2014年初，推向市場的吸收式熱泵項目已達60多個，總容量近2500MW。主要分布電力、石化、鋼鐵及紡織等行業，具體見表1。

以雞西矸石熱電廠為例，采用吸收式熱泵回收電廠循環水余熱供暖年節約標煤2.41×104t，減少CO2排放約6.25×104t，減少SO2排放約202.4t，減少NOx排放約176.2t，具有很好的經濟、社會與環境效益。

表1 溴化鋰吸收式熱泵的應用案例

3 熱泵的應用與研究探討

自1971年日本荏原公司研制出世界首臺溴化鋰吸收式熱泵機組以來，諸多公司一直致力于熱泵的應用研究工作。目前國內主要有雙良集團、大連三洋、煙臺荏原、同方川崎等企業研發生產吸收式熱泵，有如下特點：1.驅動熱源壓力范圍為0.2～0.8MPa的蒸汽；2.可用工業余熱一般為20～60℃；3.機組性能系數可達1.7～2.4；4.機組耗電小，用電量僅為30kW·h/h左右；5.機組真空運行可靠性高、噪聲小無振動、運行平穩壽命長久。但在研發生產應用過程中還應注意以下幾個方面：

第一、針對熱泵工質對，諸多學者研究添加第三種（溴化鋰和緩蝕劑外）組分，如CaCl2、C2H6O2等[3]，同時嘗試新工質如LiCl·H2O等雖克服了溴化鋰工質的不足但造成機組性能系數偏低，溶解度不理想等新問題。

第二、加強管材耐腐蝕與傳熱性能研究。熱泵機組常用的紫銅管傳熱性能優良但其易腐蝕，在熱泵長達十幾年運行中易出現腐蝕穿孔現象，如三門峽某電廠吸收式熱泵因腐蝕嚴重被迫停機事故。可以考慮選用耐蝕性能好的奧氏體或鐵素體不銹鋼替代紫銅。強化傳熱方面，KimJK等人對管材表面進行微觀處理如表面斜紋，液膜雷諾數和粗糙度增大等可提高傳熱系數，ChoHC等研究表明凹凸粗糙的管材傳熱性能比光管好一倍以上。

第三、系統性能優化。系統性能的優化能夠一定程度上提高性能系數（COP）。GrossmanG等人20多年做了許多吸收式熱泵系統方面的開創工作，開發了能夠方便靈活模擬單效、雙效、閉式和開式等機組的ABSIM程序。另外在高性能自動抽真空系統、安全啟動控制系統及專家診斷系統方面有待深入研究探討。

4 結語

在節能環保形勢下，溴化鋰吸收式熱泵在工業余熱回收利用方面得到初步的發展與應用。不少學者對熱泵的推廣應用、工質對研發、管材選擇、系統優化等技術及行業規范標準等進行了大量研究。但相比日本國內技術還相對落后，因此，在國家重點支持的情況下，加大對吸收式熱泵的應用推廣，促進對熱泵的深入研發與技術交流，規范市場，使其在節能環保方面取得良好的效益。

[1]郭小丹.基于能的梯級利用的先進動力系統研究[D].北京:華北電力大學,2010.

[2]Wang C J, He B S, Sun S Y, et al.Application of a low pressure economizerfor waste heat recovery from the exhaust flue gas in a600MW power plant [J].Energy,2012,48(1):196-202.

[3]耿惠彬,戴永慶,蔡小榮.從第7屆國際吸收式熱泵會議看吸收式技術的研究和開發[J].制冷與空調,2003,3(4):1-9.