兩級發生兩級吸收的第二類溴化鋰吸收式熱泵的研究與應用

徐建虎

摘 要 本文介紹了兩級發生兩級吸收的第二類溴化鋰吸收式熱泵的循環原理及性能特點，列舉了其在有關行業的具體應用，指出兩級發生兩級吸收的第二類溴化鋰吸收式熱泵能夠有效的利用各種中溫余熱，在節能、降耗、降低碳排放等方面能發揮積極有效的作用。

關鍵詞 吸收式熱泵；廢熱；節能減排；余熱利用

中圖分類號 TH3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）160-0180-02

近年來，“PM2.5”“霧霾”等詞語時刻牽動我們的心，發展低碳經濟、促進可持續發展成為人類社會未來發展的必然選擇。目前我國已是世界上主要的溫室氣體排放國，我國政府明確碳減排目標（2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%）展示了中國履行大國責任方面的積極態度。這說明我國不再單純追求經濟的增長速度，而是強調資源的有效利用。提高能源利用率、加強余熱回收利用是節約能源、降低碳排放、保護環境的根本措施。

在冶金、石油化工、橡膠工業、采油、制藥、多晶硅等行業的工藝生產過程中，往往會產生大量的中溫廢熱，若不加以利用，不僅浪費能源，還會污染環境。作為一種高效、環保的節能技術，第二類溴化鋰吸收式熱泵以其高效節能、無需額外的外加熱源、制熱溫度高、能效比高、單機制熱量大、可靠性高、環保性好等特點，成為工業余熱回收領域推廣的重點。如果這些行業有工藝用高品位熱需求的話，可以配備第二類溴化鋰吸收式熱泵，回收利用工藝產生的廢熱，制取高品位的熱源，達到節能、減排、降耗的目的。日本的GDP單位能耗非常低，這與吸收式熱泵的廣泛應用起到了一定的作用，因為吸收式熱泵可以將大量工業廢熱（余熱）轉化為有用的熱源。

1 第二類溴化鋰吸收式熱泵的原理

1.1 常規單效流程第二類吸收式熱泵（即升溫型熱泵）

它利用大量中間溫度的廢熱和低溫熱源的熱勢差，制取溫度高于中間廢熱的熱量，從而提高了廢熱的品質。

常規單效流程二類熱泵其熱平衡圖及原理圖見圖1及圖2。

常規單效流程第二類吸收式熱泵制熱流程是廢熱源加熱發生器中的溴化鋰溶液，使其產生水蒸汽同時濃度升高。產生的水蒸氣在冷凝器中被冷卻水冷凝變成冷劑水，冷卻水從冷凝器中把冷劑蒸汽的熱量帶出機外，冷劑水通過冷凝器冷劑泵進入蒸發器冷劑水液囊，再由蒸發器冷劑循環泵打入蒸發器傳熱管表面，吸取廢熱源的熱量而蒸發，發生器中的濃溶液通過濃溶液泵經溶液熱交換器進入吸收器吸收蒸發器過來的冷劑蒸汽。吸收過程產生的熱量加熱吸收器管內的流體，使管內流體溫度升高，從而制取出比中溫廢熱高的熱供用熱場所使用。

1.2 兩級發生兩級吸收的第二類溴化鋰吸收式熱泵

本文介紹的兩級發生兩級吸收的第二類溴化鋰吸收式熱泵，由于采用了兩級發生兩級吸收技術，因此它可以制取出比常規二類熱泵更高溫度的熱能，并能將中溫廢熱的使用溫度范圍加大，其熱平衡圖及原理圖見圖3及圖4。

廢熱源串聯先進蒸發器再進一級發生器、二級發生器。二級吸收器的稀溶液經一級溶液熱交換器降溫后進入一級發生器，被廢熱源加熱濃縮變成濃溶液，同時產生冷劑蒸汽，冷劑蒸汽在一級吸收器內被來自二級發生器的經過二級溶液熱交換器降溫的濃溶液吸收成為稀溶液，該稀溶液則通過二級溶液熱交換器升溫后進入二級發生器，被廢熱源加熱濃縮變成濃溶液，同時產生冷劑蒸汽，冷劑蒸汽則在冷凝器中被冷卻水冷凝后由冷凝器冷劑泵輸送進入蒸發器，再由蒸發器冷劑循環泵打入蒸發器傳熱管表面，吸取廢熱源的熱量而蒸發。二級發生器產生的濃溶液則由溶液泵I輸送，經過二級溶液熱交換器降溫后進入一級吸收器。一級發生器產生的濃溶液則由溶液泵II輸送，經過一級溶液熱交換器升溫后進入二級吸收器吸收由蒸發器產生的冷劑蒸汽，吸收過程產生的熱量加熱吸收器管內的流體，使管內流體溫度升高，從而制取出比中溫廢熱高的熱供用熱場所使用。

從上述2個原理圖可以看出常規單效流程的第二類吸收式熱泵制取的高溫熱水的溫度與廢熱熱源溫度相比，溫升大約40℃，且由于受到冷卻水溫度限制，溫升無法進一步提高，從而使制取的高溫熱水的品位無法進一步提高。特別是對于廢熱源溫度較低的情況，由于溫升有限而無法制取對于生產或生活有用的高溫熱水，而使中溫廢熱白白浪費，從而導致能源消耗增加。二本文闡述的兩級發生兩級吸收的第二類溴化鋰吸收式熱泵由于采用了兩級發生兩級吸收技術，使產生熱水的二級吸收器的溶液濃度更濃，從而使機組制取更高溫度的高溫熱水。在同樣條件下，比目前常規單效第二類溴化鋰吸收式熱泵機組制取的熱水的溫升提高50%以上。

2 工程應用

應用簡介：

本項目中，丁二烯乙腈生產工藝中所產生的中溫余熱水，出口溫度為101℃，回水溫度為72℃，原來是采用冷卻水直接冷卻該中溫余熱水，現采用兩級發生兩級吸收第二類溴化鋰吸收式熱泵機組，在32/40℃冷卻水的前提下，對中溫余熱水進行熱量回收，同時將138.5℃的循環熱水加熱到143.5℃，通過閃蒸器閃蒸出0.25MPa（表）蒸汽供給生產工藝使用，實現整個生產工藝的能源優化，減少能源消耗，同時減少冷卻水的消耗，降低生產成本。工藝流程見圖5。

以該企業的一條年產量10萬t生產線計算，運行8 000h，產品生產成本約12 000元/t，小時產能為12.5t。通過利用兩級發生兩級吸收第二類溴化鋰吸收式熱泵機組進行余熱回收制取蒸汽噸數約12.5t/ h，蒸汽價格約150元，可以計算出產品的生產成本可以降1.3%左右。直接一點，該公司每年可以節約8000×12.5×150=1 500萬元，也可以說是增加的凈利潤?；旧?～2年即可收回投資。

該節能技術還可以運用在其它石油化纖、冶金、橡膠、多晶硅、制藥、紡織等行業的余熱回收項目中。

3 結論

兩級發生兩級吸收第二類溴化鋰吸收式熱泵機組可以有效地回收各種行業的工藝中溫余熱，并制取更高品位的熱能提供給工藝。從而實現節約能源、降低碳排放、降低生產成本。目前此類第二類溴化鋰吸收式熱泵機組”的應用不是很多，這雖然有歷史一定原因，但也表明我國以前對于高溫型吸收式二類熱泵的研究投入比較少，且技術比較落后。但隨著我國能源政策的調整，該類吸收式二類熱泵終將得到快速發展，并在生產過程中為用戶創造更大的經濟利益，為社會節約寶貴的能源，降低GDP單位能耗，在余熱利用和節能、降耗領域發揮越來越大的作用。

參考文獻

[1]戴永慶.溴化鋰吸收式制冷技術及應用.北京：機械工業出版社，1996，10.

[2]陳東，謝繼紅.熱泵技術及其應用[M].北京：化學工業出版社，2006.