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利用吸收式热泵回收氯碱蒸发工段废热的研究

马连强  
【摘要】:吸收式热泵是一种用热驱动的节能设备,可以把无法用常规方法回收的低品位热能提升到较高的温位加以再利用,从而节省生产过程中使用的大量加热蒸汽,在减少燃料消耗的同时,也减少了大量温室气体的排放。目前,热泵技术已成为肩负清洁生产和节能降耗双重使命的重要技术之一,受到世界各国的重视。 本文提出了利用以NaOH溶液为工质的第一类吸收式热泵的开式组合方式(OAHP)来回收氯碱蒸发工段的废热的方案,即用吸收器直接吸收四效蒸发器产生的低压蒸汽,省掉了蒸发器,低压蒸汽在吸收器中放出潜热,温度被提升;再生器消耗中压蒸汽,产生的二次蒸汽直接送到盐水预热器去冷凝,省掉了冷凝器。该方案具有流程简单,节省投资,热效率高等优点。 利用热力过程模拟的方法分析了OAHP的热力学性能,指出了在OAHP中驱动热流被分成两股,一股随再生器的二次蒸汽流入盐水预热器,这是驱动热流中做功的部分;一股随循环工质流入吸收器降低温度而贬质。性能系数COP降低的原因是因为循环工质把更多的高品位热能带入吸收器而贬质,减少了驱动热流中做功的部分,提高COP的方法是在进出再生器的两股溶液之间加溶液换热器,减少高品位热能流入吸收器。 以设备使用年限(10年)内的净现值为目标函数的OAHP的优化模型表明:随循环倍率FR升高,目标函数值先升高,后降低,存在一个合适的FR值,在7~10之间;随溶液换热器的换热效率EF升高,目标函数值升高,但过高的换热效率要求较高的循环倍率,否则会发生工质结晶现象;工质的浓溶液浓度升高,目标函数值升高,但过高的浓溶液浓度是OAHP使用的材料不能承受的。 优化模型的计算结果显示:采用OAHP方案设备投资768万元,年效益551.4万元,静态设备投资回收期1.4年,折现率为10.0%时,动态设备投资回收期1.6年,使用期限内的净现值2620万元,内部收益率可达71.48%,具有设备投资低,年效益高,投资风险小,收益高等优点。同时作为对比,对传统的闭式溴化锂溶液为工质对的AHP在氯碱蒸发工段的应用也做了计算分析。结果表明采用吸收式热泵技术回收氯碱蒸发工段的废热在技术上、经济上是完全可行的,而且使用NaOH溶液为工质的OAHP组合方式比传统的溴化锂工质的闭式AHP有更大的优势。


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