新型节能设备方法

第二章新型节能设备方法热管换热器热泵膜分离蓄热器变压吸附2.1热管换热器热管发展历程•1964年：发明于美国洛斯-阿拉莫斯国家实验室（LosAlamosNationalLaboratory）。•1964-1970年：理论研究高峰期，近千篇论文发表。•1970-1980年：机密性应用研究，空间核电源、电子仪器散热、航天飞行器均温等节能应用性研究，热管换热器，太阳能发电，高效化学反应器。1980-2000年：电子电器散热、计算机CPU散热、大型空气预热器、高温热管换热器、高温高压化学反应器。2000-2010年：高效微型热管技术、高温大型热管技术、高效热管反应设备技术、各种高效热管换热装备。青藏铁路沿线的热管TSC89—7/2—Ⅱ型低温热管青藏铁路沿线的热管地面2米5米89毫米100kg里面灌装有液态氨，通过液态氨，将地下冻土层的“冷气”带到地表土层，让它保持冷冻状态不松软；通过露出地面管径外表的“翅片”，把蕴含在地表土层中的热量散发到空气中。一根长长的管子，就像是一个个自动传导冷热温度的“空调器”，让路基永远保持冷冻状态。笔记本电脑CPU使用的热管节能用途石油化工1、炼油厂的常压炉、减压炉、常减压二合一炉、加氢炉．减粘炉、重整炉等，利用热管式空气预热器回收出炉烟气的余热加热空气，以提高加热炉的送风温度。2炼油厂催化装置再生烟气和各种内、外取热器的余热回收，可产生中压蒸汽并用于动力系统。3、乙烯裂解炉对流段盘管、炼油厂加热炉对流段盘管。2.1.1热管工作原理热管的工作原理蒸发冷凝吸液芯QQ加热段冷却段绝热段气体液体壳体在一个密闭结构中装有若干工作液体，借助于液体的吸热蒸发、蒸气的输送和放热冷凝，然后靠毛细作用或重力作用，使冷凝液从冷凝段返回到蒸发段，从而把热量从结构的一部分（蒸发段）高速传递到另一部分（冷凝段）。重力热管，结构简单加热段冷却段QQ蒸发冷凝加热段Q蒸发Q冷凝热管工作原理在一个密闭结构中装有若干工作液体，借助于液体的吸热蒸发、蒸气的输送和放热冷凝，然后靠毛细作用或重力作用，使冷凝液从冷凝段返回到蒸发段，从而把热量从结构的一部分（蒸发段）高速传递到另一部分（冷凝段）。因此，热管本身是一种高效的传热元件。它是靠封闭在管内的工质反复进行相变（蒸发、冷凝）而进行热量传递的。结构紧凑、重量轻、传热效率高、无运动部件、维护简单、运行可靠等优点，特别适宜于中、低温余热的回收。2.1.2热管的组成三个基本部分组成：两端密封的容器，多数做成圆管状；吸液芯，由多孔材料（金属网、金属纤维等）构成，覆盖在器壁（管壁）的内表面；容器内充有一定数量的工作液体（工质）及其蒸气。2.1.3热管的工作液体工质凝固点／℃沸点（大气压下）／℃使用温度范围／℃氨－78－33－60～100丙酮－95570～120甲醇－986410～130水010030～250导热姆A12257150～395硫112444200～600水银－39361250～650钾62774500～1000钠98892600～1200锂17913401000～18002.1.4热管的特点输热能力强良好的等温性热流方向可逆热流密度可调热管的导热能力热管的导热能力1－铜棒（2.5×300）；2－热管（2.5×300）100wT2－T1＝600oCT2－T1＝1.5oC2.1.5热管分类按照工作液体回流动力区分:有芯热管、重力热管、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管等。按照热管管内工作温度区分:低温热管、常温热管、中温热管、高温热管等。按照管壳与工作液体的组合区分:分铜-水热管、碳钢-水热管、铝-丙酮热管、碳钢-萘热管、不锈钢-钠热管等。常用热管的工作温度范围与典型的工作介质及其相容壳体材料工作介质工作温度/℃相容壳体材料低温热管氨-60～100铝、不锈钢、低碳钢氟里昂-21-40～100铝、铁氟里昂-11-40～120铝、不锈钢、铜氟里昂-113-10～100铝、铜常温热管己烷0～100黄铜、不锈钢丙酮0～120铝、铜、不锈钢乙醇0～130铜、不锈钢甲醇10～130铜、不锈钢、碳钢甲苯0～290不锈钢、低碳钢、低合金钢水30～250铜、碳钢(内壁经化学处理)中温热管萘147～350铝、不锈钢、碳钢联苯147～300不锈钢、碳钢导热姆-A150～395铜、不锈钢、碳钢导热姆-E147～300不锈钢、碳钢、镍汞250～650奥氏体不锈钢高温热管钾400～1000不锈钢、铯400～1100钛、铌钠500～1200不锈钢、因康镍合金锂1000～1800钨、钽、钼、铌银1800～2300钨、钽2.1.6热管用途余热回收电子器件冷却，如电脑CPU散热太阳能集热器航空航天导热材料2.1.7热管换热器利用热管导热能力强、传热量大的特点，以多根热管作为中间传热元件，实现冷、热流体之间换热的设备。气－气热管换热器1－热管；2－中间隔板；3－外壳热管换热器的特点、分类热管换热器的特点结构简单，换热效率高；压力损失小；安全可靠；灵活调温。热管换热器的类型与结构按照热流体和冷流体的状态，热管换热器可分为气—气式、气—液式、液—液式、液—气式；从热管换热器结构型式来看，热管换热器又可分为整体式、分离式、回转式和组合式。气—液式热管换热器2.1.8热管的用途与节能化学工业1、硫酸系统热管换热器回收焚烧炉出口高温ＳＯx气体的余热、在转化工段回收高温气体的余热，产生热水或蒸汽供系统使用。2、医药、日化工业热管换热器可用于回收药气或废气的余热，生产清洁热风，干燥物料。3、利用可变热导热管可对反应床层进行恒温控制的同时，取出或输入反应热。4、大型化肥厂合成对流段盘管；中、小型氮肥厂造气工程、变换工段，利用热管式蒸发器回收工艺气余热产生蒸汽供合成氨系统使用，变换工段一、二水加热器。5、甲醇转化炉对流段盘管。6、苯酐装置热容器。节能用途电力工业利用热管换热器可作为各种锅炉的尾部受热面。如热管式空气预热器可替代传统的回转式空气预热器和列管式空气预热器，提高受热面壁温，避免露点腐蚀，提高炉膛进风温度和炉膛含氧量，减少漏风，延长锅炉运行周期。1、工业锅炉尾部的热管空气预热器．热管式省煤器或翅片管省煤器。2、电站锅炉尾部的热管空气预热器可分下列几种用途：（1）在原低温段空气预热器的空气入口前设置一热管式空气预热器，进一步降低锅炉排烟温度，减少排烟热损，提高锅炉效率；（2）整个低温段空气预热器均为热管式结构；（3）用锅炉排放的热烟气加热脱硫后的冷烟气，即电站脱硫的烟气换热器。3、燃气锅炉对流段后部。节能用途石油化工1、炼油厂的常压炉、减压炉、常减压二合一炉、加氢炉．减粘炉、重整炉等，利用热管式空气预热器回收出炉烟气的余热加热空气，以提高加热炉的送风温度。2炼油厂催化装置再生烟气和各种内、外取热器的余热回收，可产生中压蒸汽并用于动力系统。3、乙烯裂解炉对流段盘管、炼油厂加热炉对流段盘管。节能用途冶金工业1、炼铁厂用高炉烟气来预热空气、煤气的单预热或双预热整体式或分离式热管换热器，回收热风炉烟气余热，节约煤气，提高热风炉的升温速度、炉顶温度和送风温度降低炼铁焦比，节约焦炭。2、利用热管式蒸汽发生器或翅片管式蒸汽发生器回收各种带冷机和环冷机所输送的烧结矿的显热，产生蒸汽。节能用途建材建筑对于水泥、陶瓷等建材行业，利用换热器回收窑炉烟气的余热，产生热风或热水。如热管式热风炉或热管．列管组合式热风炉，可产生500℃以下的热风，干燥清洁物料。建筑业热管式空气预热器可用于室外的新鲜空气和室内的浑浊空气之间的热交换；在集中空调制冷机组中，利用热管换热器回收废气余热产生低压蒸汽供空调制冷机组使用。2.2热泵（HeatPump）2.2热泵一种使热量由低温物体转移到高温物体的能量装置（类似于水泵使水从低处流向高处）。作用：把那些不能直接利用的低温热能变为有用的热能，提高能量的利用率，节省燃料。热泵高温热源低温热源Q1Q2W2.2.1热泵种类压缩式热泵吸收式热泵蒸汽喷射式热泵2.2.2压缩式热泵循环系统蒸发器冷凝器压缩机节流阀QEQCW（低温热源）（高温热源）介质的循环相图液相气相固相放热QC（介质被冷却）吸热QE（介质被加热）PT工质工质是热泵中赖以进行能量转换与传递的物质。热泵系统的的性能、经济性与可靠性在很大程度上与工质有关。临界温度应比最大冷凝温度高得多在冷凝温度下的饱和压力不要太高（2.5MPa)在蒸发温度下的饱和压力不要低于大气压单位容积致热量要大液体的比热容要小饱和蒸汽比熵的变化要小，即饱和蒸汽线要陡工质应有良好的化学稳定性、不燃、不爆、无毒无害、价格便宜、环境友好等热泵工质物性参数环保型制冷剂冰箱常使用的制冷剂为：R22（CHF2Cl），对环境不友好。环保型制冷剂：R407c、R410a、R134aR407c：HFC32/125/134a,组成23/25/52(CH2F2/CHF2CF3/CH2FCF3)R410a:HFC32/125,组成50/50（CH2F2/CHF2CF3）R134a：1，1，1，2-四氟代乙烷，CF3CH2F2.2.3吸收式热泵24蒸发器冷凝器吸收器节流阀QEQC3溶液泵发生器节流阀QAQG1567吸收式热泵与压缩式热泵比较共同点：冷凝器、节流阀、蒸发器不同点：压缩式热泵采用压缩机吸收式热泵：用一个溶液回路代替了压缩机，该溶液回路由吸收器、溶液泵、发生器、及溶液节流阀等部件构成。溶液回路用消耗热能取代了压缩机中所消耗的机械能。工质对的选择在工质对中，沸点低的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂。选择吸收剂的要求：（1）具有强烈地吸收制冷剂的能力。这种能力越强，循环中所需要的吸收剂循环量越少，发生器热源的加热量越少。（2）在相同压力下，沸点比制冷剂高，相差越大越好。避免精馏分离。（3）比热容小、导热率高、黏度低。（4）化学性质好。选择制冷剂的要求：（1）制冷剂应在吸收剂中有较好的溶解性。（2）其它与压缩式热泵的制冷剂相同。常用的工质对氨－水水－溴化锂氨－硝酸锂2.3.4蒸汽喷射式热泵热泵的主要应用形式蒸气压缩式系统是热泵最主要的应用型式。按照低温热源与供热介质的组合方式不同，蒸气压缩式热泵系统又分为空气——空气热泵空气——水热泵水——水热泵水——空气热泵地热——空气热源热泵土壤热源——水热泵按热源分类的热泵水源热泵空气源热泵土壤热源热泵太阳能热泵水源热泵通常以海水、河水、湖水及井水作为低温热源。由于水的温度变化较小，水源热泵的性能通常要比空气源（ASHP）的性能好而且稳定。目前，以污水处理场凉水池的水作为低温热源的热泵系统已经在实际工程中采用，而且经济性能良好。目前，以井水作为低温热源的热泵系统，是水源热泵机组和系统研究及应用的热点。井水特别是深井水，全年温度基本稳定而且水质良好，是热泵系统比较理想的低温热源，在工程中采用较多。但是这种系统有可能存在回水困难、回水污染及破坏地下水生态资源等环境问题。地源热泵通常是将制冷盘管理入地下，盘管与土壤进行热量交换，热泵系统自成封闭式系统。地源热泵正是利用大地的特点，通过埋藏在地下的换热器，与土壤或岩石交换热量。地源热泵全年运行工况稳定，不需要其它辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季供冷。在冬天，管道内的液体将地下的热量抽出，然后通过系统导入建筑物内，同时蓄存冷量，以备夏用；在夏天，热量从建建筑物内抽出，通过系统排入地下，同时蓄存热量，以备冬用。风扇系统将冷暖空气分别送到建筑物内部的各个区间，类似于一般的空调系统。地源热泵地源热泵技术目前在国外得到广泛的应用。现在美国的家庭、银行、医院、机场、连锁旅客、超市、办公楼和学校等均有一定比例的建筑使用地源热泵，根据美国地源热泵系统，根据美国每年安装约4万套地源热泵系统，这个速度意味着每年可以节约8.79×1011瓦的能量，同时每年减少150万吨温室气体的排放。空气源热泵空气源热泵系统通过自然能(空气蓄热)获取低温热源，经系统高效集热整合后成为高温热