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届本科毕业设计第一类溴化锂吸收式热泵的设计摘要：溴化锂吸收式热泵能够有效的回收大量的低温热源，对能源多层次的利用有一定的意义。油田生产过程中会产生大量的热污水，这部分是大量的低温热源，温度比环境高出15℃左右，直接排放，不仅浪费了大量低温热源，而且对环境产生热污染。如果采用吸收式热泵对低温热源进行回收利用，既有利于保护环境，有可以产生一定的经济效益，更重要的是使能源从不同能级得到利用。本文在参考一些国内资料的基础上，采用第一类溴化锂吸收式热泵系统对油田热污水余热进行回收利用，产生可以用于供热热水。通过设计计算，本文的第一类溴化锂吸收式热泵系统可以利用45℃的热污水，产生70℃的供热热水，热泵系统的COP约为1.76。关键词：溴化锂；热泵；余热回收2012届本科毕业设计毕业设计（论文）外文摘要ThefirstclassoflithiumbromideabsorptionheatpumpdesignAbstractLithiumbromideabsorptionheatpumpcanbeaneffectiverecoveryofalargenumberoflowtemperatureheatsources,whichhascertainsignificanceformulti-levelenergyuse.Oilfieldproductionprocesswillproducealotofheatsewage.Thispartisalotoflowtemperatureheatsource,whichtemperatureabout15℃higherthantheambient.Directemissions,notonlywastealotoflowtemperatureheatsourceandthermalpollutionontheenvironment.Absorptionheatpumpforrecyclingofthelowtemperatureheatsource,isconducivetoprotectingtheenvironment,andcanproducesomeeconomicbenefits,butmoreimportantlytheenergytobeutilizedfromadifferentlevel.InreferencetosomeinternalinformationonthebasisofthefirstclassoflithiumbromideabsorptionheatpumpsystemtotheoilfieldheatSewageWasteforrecycling,producecanbeusedforheatinghotwater.Designcalculations,first-classlithiumbromideabsorptionheatpumpsystemcantakeadvantageof45℃heatsewage,heatinghotwaterof70℃,COPoftheheatpumpsystemisabout1.76.Keywords：Lithiumbromideabsorption;heatpump;oilfieldwasteheatutilization2012届本科毕业设计目录1绪论..............................................................11.1热泵的发展简介..............................................11.2热泵的热源及其分类..........................................12第一类溴化锂热泵特点及原理........................................23溴化锂吸收式热泵的理论计算........................................63.1溴化锂溶液的物理化学特性....................................63.2吸收式热泵的设计计算........................................83.2.1热力计算...............................................83.2.1.1参数选定..........................................93.2.1.2设备热负荷计算...................................123.2.1.3各个流体流量的统计...............................133.2.2吸收热泵各部件的传热参数计算..........................143.2.3各换热设备管程数、单管程管子数计算....................174第一类溴化锂吸收式热泵结构及装配示意图...........................204.1各换热器配管接管及其法兰设计计算............................214.2发生器和冷凝器的装配示意图..................................234.3吸收器和蒸发器的装配示意图..................................244.4溶液热交换器的装配示意图....................................254.5溴化锂吸收式热泵总装配示意图................................264.6本章小结....................................................26全文总结...........................................................27参考文献........................................................28致谢..............................................错误!未定义书签。2012届本科毕业设计主要符号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2012届本科毕业设计11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，2012届本科毕业设计2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4180×104kJ/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，2012届本科毕业设计3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