第一类溴化锂吸收式热泵的设计

毕业设计（论文）中文摘要2012届本科毕业设计毕业设计（论文）外文摘要目录1 绪论 (1)1.1 热泵的发展简介 (1)1.2 热泵的热源及其分类 (1)2 第一类溴化锂热泵特点及原理 (2)3 溴化锂吸收式热泵的理论计算 (6)3.1 溴化锂溶液的物理化学特性 (6)3.2 吸收式热泵的设计计算 (8)3.2.1热力计算 (8)3.2.1.1参数选定 (9)3.2.1.2设备热负荷计算 (12)3.2.1.3各个流体流量的统计 (13)3.2.2吸收热泵各部件的传热参数计算 (14)3.2.3各换热设备管程数、单管程管子数计算 (17)4 第一类溴化锂吸收式热泵结构及装配示意图 (20)4.1各换热器配管接管及其法兰设计计算 (21)4.2发生器和冷凝器的装配示意图 (23)4.3吸收器和蒸发器的装配示意图 (24)4.4溶液热交换器的装配示意图 (25)4.5溴化锂吸收式热泵总装配示意图 (26)4.6本章小结 (26)全文总结 (27)参考文献 (28)致谢.............................................. 错误!未定义书签。

主要符号Cp 定压比热，kJ/(kg·K)COP 性能系数K 传热系数，W/(m·K)H 焓，kJ/kgD 制冷工质质量流量，kg/st 温度，℃△t 传热温差，℃P 压力，Pa△P 压力差，PaQ 总的热负荷，KWa 溶液循环倍率F 表面积，2mL 管长，mXL 吸收器出口稀溶液浓度，%XH 发生器出口浓溶液浓度，%δ圆管壁厚，md 管径，m下角标：e 蒸发器g 发生器c 冷凝器a 吸收器ex 溶液换热器i 内侧o 外侧l 液体v 蒸汽1 绪论1.1 热泵的发展简介热泵是一种制热的设备，该装置以消耗少量电能或燃烧热能为代价，能将大量的无用低品位热能变为高温热能。

热泵的理论基础可以追溯的。

1824年，卡诺发表关于卡诺循环的论文。

1850年，开尔文，指出制冷装置可以制热。

1852年，威廉-汤姆森提出热泵的构想。

至19世纪70年代，制冷技术和设备得到迅速发展，但由于加热有各种简单的方法可以实现，热泵发展一直到20世纪初才展开。

到20世纪20-30年代，热泵逐步发展，1930年，霍尔丹在他的著作中介绍了在苏格兰安装的和实验的家用热泵，用热泵吸收环境空气中的热量，为室内采暖，大概是蒸汽压缩式热泵的原型了。

最早的大型热泵的应用是1930-1931年间，在美国南加利福尼亚爱迪生公司的洛杉矶办事处，自此，热泵开始的到迅速发展，到20世纪40年代后期，已出现了许多有代表性的热泵设计。

此后由于技术，能源价格等因素，热泵发展出现了波动，但总体趋势是应用越来越广泛。

并且，由于能源危机，节能意识的增强，低品位能源回收利用成为一个焦点，热泵技术也将迎来发展机遇。

热泵发展至今，制热温度（即供给用户的热能温度）低于50℃的热泵已较为成熟，且由于部件和工质基本与制冷设备通用，应用广泛。

制热温度在50-100℃之间的热泵，其工业应用正不断扩展，相关部件及体系在完善。

制热温度大于100℃的热泵，大规模应用依然有许多问题需要解决[1]。

1.2 热泵的热源及其分类热泵可以将低品位热能提高为高品位热能。

热泵在运行过程中，通过蒸发器从低温热源处吸收低品位热量，所以热泵热源对于整个热泵系统很重要。

热泵可于利用热源可分为两大类：一是自然界中的热源。

如空气，土壤，水（地下水，湖水，河流，海水等），太阳能等。

二是生活或工业生产中排放的余热，废热，比如工业废水等，尤其工业废热，温度高，来源稳定，是近年余热利用的重心。

上述两种热源都属于低温热源，不能直接利用生产或发电，但可以通过热泵来回收利用这部分热量[]2。

热泵的分类方法有很多，主要有按其工作原理，驱动热源，低温热源及用途四种分类方法。

在此简述，热泵按其低温热源的分类：（1）空气热源热泵；（2）土壤源热泵（也称地源热泵）；（3）水源热泵（地下水，湖水等）；（4）废热源热泵（工业废热，城市污水废热等）；（5）太阳能热泵。

吸收式热泵是按工作原理划分的名称，可以分两类。

第一类吸收式热泵，又称增热型热泵，是利用少量高温热原，产生大量中温可用热能，第一类吸收式热泵的性能系数大于1，一般1.5-2.5。

第二类吸收式热泵，也称升温型热泵，是利用大量中温热源和低温热源的热势差，制取少量高温热源，第二类吸收式热泵西能系数总小于1，一般0.4-0.5]6543[，，，。

两者应用不同，有各自的侧重点，所以不能单纯由性能系数大小而评价优劣。

本文主要应用第一类溴化锂热泵，下章将分析其特点及原理。

2 第一类溴化锂热泵特点及原理第一类溴化锂吸收式热泵采用热能（如燃油、燃气、蒸汽、高温热水等） 驱动，吸收低温余热源（如河水、原油分离水、城市下水处理水、海水和冷却水、地下温泉水等） 的热量，提供中温的采暖或工艺用热水。

在高温和低温热源的温度满足要求的情况下，第一类溴化锂吸收式热泵机组的热媒温度可达100 ℃，而且第一类溴化锂吸收式热泵机组可以在20％~100％的负荷范围内无级调节，且部分负荷的性能指数要高于满负荷的性能指数。

第一类溴化锂吸收式热泵机组主要应用在有废热资源，而且有燃油、燃气、蒸汽、高温热水等驱动热源的场合[1,2]，具有单机容量较大（可达4 180×104 kJ/h 以上），热水出口温度高，变工况变负荷性能优良等特点，且具有安全、节能、环保效益，符合国家有关能源利用方面的产业政策，是国家重点推广的高新技术之一。

第一类溴化锂热泵的工质对是溴化锂和水，水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。

水为制冷剂，优势在于，汽化潜热大，易获得，无毒，无味，不燃，不爆，缺点，蒸发压力低，蒸发比体积大。

溴化锂，盐类，常温下，是一种无色粒状晶体，熔点549℃，沸点1265℃，而常压下，水沸点100℃，两者相差1165℃，因而，发生器中沸腾蒸汽几乎全是水蒸汽。

溴化锂极易溶于水，并且溴化锂溶液仍有很强的吸水性。

溴化锂溶液对一般金属有较大的腐蚀，特别是存在空气（主要是氧气）时。

在高真空条件下，加入缓蚀剂，可有效缓解腐蚀，目前腐蚀问题已基本解决，但通常，溴化锂吸收式热泵工作在真空条件下。

溴化锂吸收式热泵主要装置，有发生器，冷凝器，吸收器，蒸发器，节流装置，溶液交换器和溶液泵等设备组成。

其中前四个是主要的设备，基本上，属于管壳式换热器，由于溴化锂吸收式热泵在真空下工作，所以设备的气密性很重要。

另外，在高真空条件下，水蒸汽的比体积很大，系统中允许的阻力损失很小，蒸汽流通通道要求很大，所以通常，将发生器，冷凝器，蒸发器，吸收器放在一个筒体中，按此分类，有单筒，双筒等。

图1.1是一个双筒体的第一类溴化锂工作原理流程：其工作原理是，通过加热发生器内的溶液，使溶液中工质水蒸发，变成高温高压的水蒸汽，溶液变成吸收剂溴化锂浓溶液。

高温高压水蒸汽进入冷凝器，冷凝放热，工质变成液态水。

经过节流装置，部分气化，成为气液共存状态，然后进入蒸发器中，低压蒸发吸收热量，变为气态水蒸汽。

气态工质进入吸收器，在发生器流入吸收器浓溶液喷淋作用下，放热，并形成吸收剂与制冷工质组成的稀溶液。

吸收器中稀溶液，被浓溶液泵泵入发生器中，继续加热，继续蒸发，蒸发的工质继续进入下轮循环。

溶液热交换器，使高温浓溶液与低温稀溶液换热，减少高品位热能的消耗。

图2.1 第一类溴化锂吸收式热泵工作流程图第一类溴化锂吸收式热泵的能量转换表示在图1.2。

图2.2 第一类吸收式热泵能量转换示意图其中，Th >Tv >TL ，即，用少量高温热源做驱动热能，与大量低温热源经过第一类热泵，获得大量中温热源。

这个过程的热平衡可表示为：Qg + Qe = Qa + Qc式中；Qg-为发生器中的驱动热量Qe-为蒸发器中蒸发吸收的热量Qa-为吸收器中吸收放出的热量Qc-为冷凝器中放出的热量第一类吸收式热泵的性能系数:COP =Qg Qa Qc += Qg Qe Qg +=1+QgQe >1 式中 Qc, Qa — 分别为冷凝器, 吸收器放出热量Qg —向发生器输入的热量Tg , Te, Tc —分别为发生温度, 蒸发温度和冷凝温度第Ⅰ类吸收式热泵的COP 通常大于1, 在1. 5～1. 9 之间,所以第一类吸收式热泵又称为增热型热泵。

一般第Ⅰ类吸收式热泵可利用15～40℃的废热源, 将20～50℃的应用水加热成50～90℃的热水供使用。

溴化锂吸收式热泵循环通常用溴化锂溶液的P-T 图和h-ξ图（也有用h-w 表示焓浓图）来分析，当知道压力和浓度，很容易就可以获得相应的焓值，而且在图示上容易分析溴化锂吸收式热泵系统的循环过程，其P-T 图和h-ξ图表示如下：图2.3 热泵循环在p-T 图和h-ξ图其中： Pc和Tc 分别表示冷凝器中的压力和温度Pe和Te分别表示蒸发器中的压力和温度1点蒸发压力下循环工质的饱和浓度2点出吸收器的稀溶液3点冷凝压力下的循环工质饱和液4点出发生器的浓溶液5点发生过程开始的浓溶液6点吸收过程开始的稀溶液7点升压后的稀溶液8点减压后的浓溶液1’点与吸收器压力相对应的饱和水蒸气3’点发生过程5-4所产生的水蒸汽4’点发生结束产生的水蒸汽5’点发生开始产生的水蒸汽5-4 发生过程 4-8 换热降温 8-6 变为饱和溶液6-2 吸收过程 2-7 换热升温 7-5 变为饱和溶液3’-3 冷凝过程 3-（1+1’）节流减压 1-1’吸热蒸发本文研究的内容包括(1)结合已有的工作参数和合理选择的设计参数来对第一类溴化锂吸收式热泵系统进行热力计算，确定个换热设备的热负荷、各种工作介质的流量以及机组热力系数等。

(2)根据前面已有的热力计算结果来进行传热计算，以确定个换热设备所需的传热面积。

(3)根据确定下来的热力参数来对机组的结构进行计算，以确定各换热设备的结构、配管尺寸、传热管数量、介质的流速与压降。

(4)设计溴化锂吸收式热泵机组图纸，采用CAD制图。

3 溴化锂吸收式热泵的理论计算3.1 溴化锂溶液的物理化学特性在对系统进行研究时，工质热物性求解的准确程度直接影响到模拟的准确性，单靠读取P-T 图和h-ξ图不能满足要求。

因此，选取一些工质热物性关联式，对工质的物性进行计算]7[。

1，已知温度和浓度下溴化锂水溶液的焓∑∑==+=5020i j j i ij d t X A h式中h ——为溴化锂水溶液的焓(kJ/kg)，X ——是溴化锂水溶液的浓度(％)， t ——是溶液的温度(℃)。

Aij ——系数Aij ，见文献[7]，式中前半部分出自文献[21]，d ——为对照溴化锂水溶液h —X 图所加的修正项。

此式的应用范围为：O<X<70％，0<t<180℃。