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空气与水直接接触式热回收装置性能分析及优化研究

查小波  
【摘要】:空气与水直接接触式热湿交换是暖通空调系统中常见的空气处理方式。本文分析了喷淋填料及热回收模块的传热传质性能,针对常规热泵驱动的蒸发冷却冷凝除湿新风系统存在的问题,提出了系统流程的改进思路,对优化空调设备性能、加深空气热湿处理过程的理解有一定帮助。本文基于Matlab建立了空气与水在喷淋填料中传热传质的数学模型,采用文献中的实验数据验证了模型的可靠性,并基于数学模型,分析了不同状态参数空气与水的传热传质性能,结果表明:(1)空气越接近饱和状态,传递损失越小。(2)不同温度空气与水热湿传递的流量匹配特性不同,温度越高,空气与水的最佳流量比越大。(3)喷淋填料的传质单元数NTU_m越高,热湿传递过程空气与水的最佳流量比越大。(4)多级填料有助于提升传热传质效率,但填料每增加一级效率增加值减半。介绍了常规热泵驱动的蒸发冷却冷凝除湿新风系统,并建立该系统流程的可视化仿真模型,指出其存在新风除湿负荷大(热湿联合处理),回风热回收效率低,空气与水传热传质过程匹配性差等不足。提出如下改进意见:(1)为降低热泵表冷器除湿负荷,以该常规系统为基础流程,提出增加由表冷器和喷淋填料组成的单级全热回收模块用以预冷室外新风,得到改进流程I。模拟结果表明:保持新风系统总传热传质能力(喷淋填料总传质单元数NTU_m、表冷器总换热能力kA)不变,系统性能随全热回收模块传热传质能力的增加先升高后下降,在典型夏季室内外参数下,系统最优性能系数COP?_(sys)相比基础流程提升0.33,此时全热回收模块传热传质能力约占系统总传热传质能力的30%。(2)为减少回风热回收过程的传递损失,提高送风温度,在改进流程I的基础上进一步增加送风显热回收模块,得到改进流程II。相同条件下,系统性能系数COP?_(sys)比改进流程I进一步提升0.07,且新风无需再热,可直接送入室内。(3)采用多级全热回收有助于提高空气与水传热传质的匹配性,但会增加水泵功耗,对系统总体性能的提升有限。最后,搭建了基于改进流程II的系统实验装置,对上述模拟结果进行了实验数据验证。提出了一种新型的基于喷淋式热湿交换的排烟超低温余热回收系统,采用空气与水逆流热湿交换的数学模型进行系统核心设备的设计计算,将该系统应用于某供热锅炉排烟余热回收项目,初步运行结果显示该系统不仅可以深度回收锅炉排烟余热,大幅降低排烟温湿度,还能对锅炉助燃新风加热加湿以提升助燃效果,锅炉排烟进入烟囱前经过表冷器的加热,可减少白雾。利用工程实测运行数据验证了数学模型的可靠性。此外,喷淋过程吸收了烟气中大量二氧化硫及氮氧化物,系统总体具有较好的节能环保及经济效益。


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