两级发生两级吸收的第二类溴化锂吸收式热泵的研究与应用

徐建虎

摘 要 本文介绍了两级发生两级吸收的第二类溴化锂吸收式热泵的循环原理及性能特点，列举了其在有关行业的具体应用，指出两级发生两级吸收的第二类溴化锂吸收式热泵能够有效的利用各种中温余热，在节能、降耗、降低碳排放等方面能发挥积极有效的作用。

关键词 吸收式热泵；废热；节能减排；余热利用

中图分类号 TH3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）160-0180-02

近年来，“PM2.5”“雾霾”等词语时刻牵动我们的心，发展低碳经济、促进可持续发展成为人类社会未来发展的必然选择。目前我国已是世界上主要的温室气体排放国，我国政府明确碳减排目标（2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%）展示了中国履行大国责任方面的积极态度。这说明我国不再单纯追求经济的增长速度，而是强调资源的有效利用。提高能源利用率、加强余热回收利用是节约能源、降低碳排放、保护环境的根本措施。

在冶金、石油化工、橡胶工业、采油、制药、多晶硅等行业的工艺生产过程中，往往会产生大量的中温废热，若不加以利用，不仅浪费能源，还会污染环境。作为一种高效、环保的节能技术，第二类溴化锂吸收式热泵以其高效节能、无需额外的外加热源、制热温度高、能效比高、单机制热量大、可靠性高、环保性好等特点，成为工业余热回收领域推广的重点。如果这些行业有工艺用高品位热需求的话，可以配备第二类溴化锂吸收式热泵，回收利用工艺产生的废热，制取高品位的热源，达到节能、减排、降耗的目的。日本的GDP单位能耗非常低，这与吸收式热泵的广泛应用起到了一定的作用，因为吸收式热泵可以将大量工业废热（余热）转化为有用的热源。

1 第二类溴化锂吸收式热泵的原理

1.1 常规单效流程第二类吸收式热泵（即升温型热泵）

它利用大量中间温度的废热和低温热源的热势差，制取温度高于中间废热的热量，从而提高了废热的品质。

常规单效流程二类热泵其热平衡图及原理图见图1及图2。

常规单效流程第二类吸收式热泵制热流程是废热源加热发生器中的溴化锂溶液，使其产生水蒸汽同时浓度升高。产生的水蒸气在冷凝器中被冷却水冷凝变成冷剂水，冷却水从冷凝器中把冷剂蒸汽的热量带出机外，冷剂水通过冷凝器冷剂泵进入蒸发器冷剂水液囊，再由蒸发器冷剂循环泵打入蒸发器传热管表面，吸取废热源的热量而蒸发，发生器中的浓溶液通过浓溶液泵经溶液热交换器进入吸收器吸收蒸发器过来的冷剂蒸汽。吸收过程产生的热量加热吸收器管内的流体，使管内流体温度升高，从而制取出比中温废热高的热供用热场所使用。

1.2 两级发生两级吸收的第二类溴化锂吸收式热泵

本文介绍的两级发生两级吸收的第二类溴化锂吸收式热泵，由于采用了两级发生两级吸收技术，因此它可以制取出比常规二类热泵更高温度的热能，并能将中温废热的使用温度范围加大，其热平衡图及原理图见图3及图4。

废热源串联先进蒸发器再进一级发生器、二级发生器。二级吸收器的稀溶液经一级溶液热交换器降温后进入一级发生器，被废热源加热浓缩变成浓溶液，同时产生冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在一级吸收器内被来自二级发生器的经过二级溶液热交换器降温的浓溶液吸收成为稀溶液，该稀溶液则通过二级溶液热交换器升温后进入二级发生器，被废热源加热浓缩变成浓溶液，同时产生冷剂蒸汽，冷剂蒸汽则在冷凝器中被冷却水冷凝后由冷凝器冷剂泵输送进入蒸发器，再由蒸发器冷剂循环泵打入蒸发器传热管表面，吸取废热源的热量而蒸发。二级发生器产生的浓溶液则由溶液泵I输送，经过二级溶液热交换器降温后进入一级吸收器。一级发生器产生的浓溶液则由溶液泵II输送，经过一级溶液热交换器升温后进入二级吸收器吸收由蒸发器产生的冷剂蒸汽，吸收过程产生的热量加热吸收器管内的流体，使管内流体温度升高，从而制取出比中温废热高的热供用热场所使用。

从上述2个原理图可以看出常规单效流程的第二类吸收式热泵制取的高温热水的温度与废热热源温度相比，温升大约40℃，且由于受到冷却水温度限制，温升无法进一步提高，从而使制取的高温热水的品位无法进一步提高。特别是对于废热源温度较低的情况，由于温升有限而无法制取对于生产或生活有用的高温热水，而使中温废热白白浪费，从而导致能源消耗增加。二本文阐述的两级发生两级吸收的第二类溴化锂吸收式热泵由于采用了两级发生两级吸收技术，使产生热水的二级吸收器的溶液浓度更浓，从而使机组制取更高温度的高温热水。在同样条件下，比目前常规单效第二类溴化锂吸收式热泵机组制取的热水的温升提高50%以上。

2 工程应用

应用简介：

本项目中，丁二烯乙腈生产工艺中所产生的中温余热水，出口温度为101℃，回水温度为72℃，原来是采用冷却水直接冷却该中温余热水，现采用两级发生两级吸收第二类溴化锂吸收式热泵机组，在32/40℃冷却水的前提下，对中温余热水进行热量回收，同时将138.5℃的循环热水加热到143.5℃，通过闪蒸器闪蒸出0.25MPa（表）蒸汽供给生产工艺使用，实现整个生产工艺的能源优化，减少能源消耗，同时减少冷却水的消耗，降低生产成本。工艺流程见图5。

以该企业的一条年产量10万t生产线计算，运行8 000h，产品生产成本约12 000元/t，小时产能为12.5t。通过利用两级发生两级吸收第二类溴化锂吸收式热泵机组进行余热回收制取蒸汽吨数约12.5t/ h，蒸汽价格约150元，可以计算出产品的生产成本可以降1.3%左右。直接一点，该公司每年可以节约8000×12.5×150=1 500万元，也可以说是增加的净利润。基本上1～2年即可收回投资。

该节能技术还可以运用在其它石油化纤、冶金、橡胶、多晶硅、制药、纺织等行业的余热回收项目中。

3 结论

两级发生两级吸收第二类溴化锂吸收式热泵机组可以有效地回收各种行业的工艺中温余热，并制取更高品位的热能提供给工艺。从而实现节约能源、降低碳排放、降低生产成本。目前此类第二类溴化锂吸收式热泵机组”的应用不是很多，这虽然有历史一定原因，但也表明我国以前对于高温型吸收式二类热泵的研究投入比较少，且技术比较落后。但随着我国能源政策的调整，该类吸收式二类热泵终将得到快速发展，并在生产过程中为用户创造更大的经济利益，为社会节约宝贵的能源，降低GDP单位能耗，在余热利用和节能、降耗领域发挥越来越大的作用。

参考文献

[1]戴永庆.溴化锂吸收式制冷技术及应用.北京：机械工业出版社，1996，10.

[2]陈东，谢继红.热泵技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2006.