二类热泵在联合站余热回收的设计

【摘 要】二类吸收式热泵是利用工质吸收循环实现热泵功能的一种装置,它采用余热源直接驱动,而不是依靠电能、机械能等其它高级能源.它将部分废热能量转移到高温位加以利用,所以吸收式热泵是余热回收利用的有效手段.本文对单级二类吸收式热泵在余热水为50℃时进行了热力计算,设计出了余热量较少时的单级吸收式热泵,建立了热泵系统各部分质量守恒、能量守恒方程,计算了机组的性能系数COP,验证了机组的热平衡,并对机组进行了性能及经济性分析.

【关 键 词】吸收式热泵余热回收节能环保

实施节能降耗是一个企业发展的不竭动力.原油开采预处理的过程中伴随着含有大量余热的伴生水,比如联合站的污水.利用热泵对油田余热水中的热量进行回收在我国起步较晚,在油田联合站的运用更晚,直到2001年胜利油田的几个社区采用一类和二类溴化锂吸收式热泵利用联合站的余热水进行余热回收,并取代了锅炉供暖,节约了燃料减少了环境污染.与长庆油田相比胜利油田联合站集中、处理量大,污水量相对也大,因此吸收式热泵的运用取得了较好的效果.而长庆油田的各个联合站分布广、处理量相对较小、伴生的余热水较少等特点,能否运用热泵进行余热回收节约燃料,为后续的节能措施提供物质保障.本文通过二类热泵在小型联合站余热回收的热力计算,对机组的性能进行了分析,以及对机组的经济性进行了简单的论证.

1物理模型

二类溴化锂吸收式热泵利用余热水作为驱动热源,通过改变溴化锂溶液的浓度从而达到使冷剂水循环工作的要求,高浓度的溴化锂溶液具有极强的吸收低温蒸汽的能力.

发生器中LiBr-H2O溶液通过余热加热使工质水进行汽化,工质水汽化后生成过热低压水蒸气进入冷凝器中冷凝,冷凝放出热量被循环冷却水带走.经泵将凝结水送入到蒸发器中,在蒸发器中通过余热水加热,水再次变成高压饱和水蒸气,高压饱和水蒸气进入吸收器中被来自发生器的浓LiBr-H2O溶液所吸收,吸收放出的高温位热可用来产生水蒸气或高温水供工艺使用.

来自发生器的浓溶液吸收工质水后变成稀溶液,稀溶液再经热交换器与浓溶液进行热交换后重新返回到发生器中再次汽化,如此反复.

2数学模型

（1）吸收器和发生器中LiBr的质量守恒方程为

3.3机组性能分析及经济性分析3.3.1?改善机组性能指数的方法

吸收式热泵在本质上是热交换器的组合体,其工作过程实质上是传热与传质过程组成的.因此,强化传热和传质过程将使机组的性能有所改善.具体的方法有减少冷剂蒸汽的流动阻力、提高换热管内工作介质的流速、对传热管表面进行脱脂和防腐处理、提高冷却水和余热水的水质、强化传热等.

余热水温度越高,制热系数COP和各换热设备的热负荷显著增大.因为余热水的进口温度与蒸发温度有直接关系,余热水温度越高,蒸发温度也越高,引起的蒸发压力也越高,吸收器的吸收能力增强,系统性能系数得以提高,但是吸收能力的增强会引起蒸发压力的下降,发生能力的增强使得冷凝压力的上升反而制约了吸收和发生能力的进一步提高,因此,增加的趋势减缓.

3.3.2?经济性分析

（1）余热水量与机组输出热负荷（吸收器的热负荷）的关系（余热水温度为50℃）,如图1所示.

在图1中可以看出,余热水（50℃）的日产量越大,机组的热负荷越大,说明可以输出的热负荷越大.在表2中机组各换热设备的单位热负荷较高,说明50℃的余热水有较高的利用价值,热回收利用是可行的.在图2中,当余热水量为1000m3/d时,机组吸收器的热负荷为139.28kW,为中型吸收式热泵.当余热水量达到8000m3/d时,吸收器的功率可达1114kW,节能效果相当可观.

在图2中列出了余热水在不同的温度下吸收器的热负荷,也就是输出功率.从图3中可以得到50℃的余热水比起高温余热水虽然产生的热负荷较低,但是仍然有较好的利用价值.可见二类吸收式热泵在余热量较少的中小型联合站是可以使用的.

（2）资料表明,陕京天然气的热值为8000-8500大卡/m3,在这里为油田的伴生气取33440kJ/m3；标煤的热值为29306kJ/kg,在这里取锅炉的热效率为0.8.

图2?不同温度时吸收器输出热负荷与余

热水量的关系

4结论

（1）单级吸收式二类热泵机组的循环过程基于能量守恒、质量守恒等平衡关系,经过合理选取机组运行的各类参数,最终可以实现用已知流量的余热水供热的目的,二类吸收式热泵在余热量小的联合站是可以使用的.

（2）通过机组性能的分析和经济性分析,以改善机组性能,尽可能获得节能、经济、环保效益.

（3）二类吸收式热泵在余热量小的联合站使用,为后续的节能降耗提供了物质基础.