基于空气源热泵热水器换热组件的余热回收机组.pdf
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1、2023 年第 11 期2023 年 11 月中国是一个能源使用和消耗的大国,在不断发展的工业化和城市化进程中,能源问题越来越变成了中国经济发展和社会进步的“瓶颈”。党的二十大报告明确提出,积极稳步推进碳达峰和碳中和。工业企业实现碳达峰和碳中和目标,是贯彻新发展理念、构建新发展格局和推动经济社会高质量发展的内在要求。因此推动传统制造业积极融入“双碳”发展战略,加快绿色转型,是一个亟待解决的重要问题。工业生产的余热回收利用技术已受到国内外学者的广泛关注1-6。利用基于空气源热泵热水器换热组件的余热回收机组把没有得到完全利用的热量再次利用起来,以这种方法减少企业损失,降低企业生产成本。余热利用,简
2、单来说就是将剩余的热量利用起来进行生产或者用作他用,而剩余热量产生的能量再循环到生产设备上使用或者用于企业员工生活中,帮助企业减少部分支出;或者在冬天利用剩余热量为员工供暖,这也是节省支出的一大方式。在此行业现状下,基于空气源热泵热水器换热组件的余热回收机组,其循环溶液不同于传统余热回收机组循环采用的水溶液,创新性地使用质量分数为 22%的氯化锂和质量分数为 78%的水作为循环溶液,回收效率可达 70%75%,相较于传统余热回收机组回收效率提高 30%左右,同时回收速度提升 15%左右,降低收稿日期:2023-04-11第一作者简介:武智胜袁 1999 年生袁 男袁 内蒙古包头人袁 主要从事智
3、能仪器尧 凝聚态物理方面的研究遥通信作者:金香袁 1979 年生袁 女袁 辽宁营口人袁 在读博士研究生袁 教授袁 主要从事智能仪器尧 凝聚态物理方面的研究遥基于空气源热泵热水器换热组件的余热回收机组武智胜1袁 赵建军1袁 李慧龙1袁 张文2袁 黄建华3袁 金香1*(1.内蒙古科技大学包头师范学院物理科学与技术学院,内蒙古 包头 014030;2.内蒙古成孚新能源有限公司,内蒙古 包头014030;3.内蒙古创芯科技有限公司,内蒙古 包头 014030)摘要:工业余热回收利用和绿色低碳技术有助于实现国家 野碳达峰冶 和 野碳中和冶 战略目标遥 中国当前能源利用率较低袁 以巨大的能源消耗作为经济尧
4、 社会发展的支撑袁 大量的工业余热排放到空气中袁 引起了严重的环境热污染遥 在此基础上袁 提出了 野践行 耶双碳爷袁 赋能绿色要要要余热回收机组冶遥 基于空气源热泵热水器换热组件的余热回收机组袁 循环溶液中氯化锂的质量分数为 22%袁 水的质量分数为 78%袁 回收效率可达 70%耀 75%袁 回收速度提升 15%左右袁 降低碳排放量 30%左右遥 该余热回收机组通过回收利用工业生产浪费的热能来进行多方面利用袁 达到工业产热不损失尧 降低废气的排放温度和节约热能源尧 保障低碳环保的目的遥关键词:双碳曰 余热回收曰 空气源热泵曰 换热组件曰 氯化锂中图分类号:TK115文献标志码:A文章编号:2
5、095-0802-(2023)11-0092-04Waste Heat Recovery Unit Based on Heat Exchange Components of Air SourceHeat Pump Water HeatersWU Zhisheng1,ZHAO Jianjun1,LI Huilong1,ZHANG Wen2,HUANG Jianhua3,JIN Xiang1*(1.School of Physical Science and Technology,Baotou Teachers College,Inner Mongolia University of Scienc
6、e&Technology,Baotou 014030,Inner Mongolia,China;2.Inner Mongolia Chengfu New Energy Co.,Ltd.,Baotou 014030,Inner Mongolia,China;3.Inner Mongolia Chuangxin Technology Co.,Ltd.,Baotou 014030,Inner Mongolia,China)Abstract:Industrial waste heat recovery and utilization,as well as green and low-carbon te
7、chnologies,contribute to achievingthe national strategic goals of carbon peaking and carbon neutrality.Chinas current energy utilization rate is relatively low,with huge energy consumption as the support for economic and social development.A large amount of industrial waste heat isdischarged into th
8、e air,causing serious environmental thermal pollution.On this basis,the concept of practicing double carbonand empowering greenwaste heat recovery units was proposed.The waste heat recovery unit based on the double exchangecomponent of the air source heat pump water heater has a mass fraction of 22%
9、lithium chloride and 78%water in the circulatingsolution.The recovery efficiency can reach 70%to 75%,the recovery speed can be increased by about 15%,and the carbonemissions can be reduced by about 30%.The waste heat recovery unit utilizes the waste heat from industrial production to achievemultiple
10、 purposes,such as not losing industrial heat,reducing the emission temperature of exhaust gas,saving thermal energy,andensuring low-carbon environmental protection.Key words:double carbon;waste heat recovery;air source heat pump;heat exchange component;lithium chloride(总第 218 期)节能减排922023 年 11 月2023
11、 年第 11 期碳排放量 30%左右。1余热回收机组设计及工作原理1.1技术总述图 1 为余热回收机组工作原理图。首先在钛合金壳管换热器中两根管道中的一根上接氯化锂溶液泵,另一根接冷板进口,在钛合金壳管换热器中进行热量交换,然后热量通过热泵主机,在热泵的逆循环作用下将热量传输到小储水罐中,当需要释放存储起来的热量时,小储水罐和钛合金板再进行热量转移,在氯化理溶液的作用下成功地将热量转移到热板进口中,这些热量可再次生产利用。图 1余热回收机组工作原理图1.2主要设备选型1)空气源热泵热水器换热组件。空气源热泵热水器是一种利用空气作为低温热源来制取热水的热泵热水器,如图 2 所示,空气源热泵热水器
12、主要由空气源热泵循环系统和蓄水箱两大部分组成,该设备通过消耗部分电能把空气中的热量转移到水中,属于空气源热泵热水器领域;在冷凝器罐体内设置隔板将罐体腔分隔为冷水腔和热水腔,隔板上开设连通冷水腔和热水腔的通孔;通孔内设置可转动打开或封闭通孔的翻转板;添加冷水时,封闭通孔,使得冷水无法进入热水腔,冷水腔经过一段时间加热,当水温提升至与热水腔水温相差不大时,开启翻转板,使得冷水腔热水进入热水腔;之后再次封闭通孔添加冷水,如此使得热水腔能够保持输出水温在一定范围内。2)钛合金壳管换热器。零部件包括壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)和管箱等。圆筒形状的壳体,其内部是固定在管板上的管束。进行换热时的冷、
13、热流体,分别为管内流动的管程流体和管外流动的壳程流体。为了增大管外流体的传热分系数,可以在壳体内安装若干挡板,利用挡板可使流体按规定路程多次横向通过管束,增强流体湍流程度,从而提高壳程流体速度。换热管挡板的排列包括两种优势方法:按照等边三角形方式排列,排列较紧凑,管外流体湍动程度高,传热分系数大;按照正方形方式排列,管外方便清洗,适用于易结垢的流体。注:1 为罐体,2 为隔板,3 为冷水腔,4 为热水腔,101 为冷水入口,102 为热水出口,801 为工质入口,802 为工质出口。图 2空气源热泵热水器换热组件工作原理图壳体内部,除去管子、管箱以外的结构为壳程,流过壳程的流体称为壳程流体;管
14、子、管箱以内的结构为管程,流过管程的流体称为管程流体。3)热泵主机。热泵主机由压缩机、冷凝机、节流装置和蒸发器四大部分组成,为了更好地保证热泵系统的正常工作,还必须设置气液分离器、高低压保护器、超温保护器、自动控制器、机械式泄压阀、四通阀、电磁阀、单向阀、曲轴箱加热带、储液器等大量零部件。1.3循环溶液选型循环溶液由质量分数为 22%的氯化锂和质量分数为 78%的水组成。1)氯化锂溶液特性。氯化锂是白色,具有 NaCl 型面心晶格(晶格常数a=0.513 nm)的规则晶体,密度为 2.068 g/cm3,熔点为 605,沸点为 1 360 7。氯化锂溶液的吸湿性很强,同时溶于甲醇、乙醇、吡啶、
15、乙醚、丙酮,微溶于液氨。氯化锂水溶液同样具体良好的吸湿性能。2)氯化锂溶液溶解度。在氯化锂溶液的应用中,首先要做的是明确其利用时合适的质量分数范围,这需要基于对不同情况下氯化锂溶解度足够了解。氯化锂分子在不同的浓度段的存在形式有所差别,从低到高 溶 液 依 次 为 LiCl 5H2O,LiCl 3H2O,LiCl 2H2O,LiCl H2O,LiCl。拟合的方程为(相关系数在表 1 中列出):T(x)=TL+TR-TLxR-xL(x-xL)+Ttai(x-xL)mi(xR-x)ni,(1)式中:T为温度,TL为分段函数最左点的温度,TR为分段函数最右点的温度,Tt为时变温度,x为氯化锂溶液接氯
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