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沸石/吸湿性盐复合吸附剂用于高温热泵的实验研究

叶松  
【摘要】:吸附热泵作为一种能够有效回收工业余热的装置,可以为解决能源问题和环境问题提供很大帮助。本文基于直接接触式吸附热泵生成蒸汽系统,从吸附材料和过程强化两个方面提升系统性能。主要研究工作和成果如下:(1)利用浸渍法制备了沸石-氯化钙和沸石-硫酸镁复合吸附剂,两种无机盐在复合吸附剂中的最高含量分别为22.55%和13.38%。对制备的复合吸附剂进行了多个角度的表征与测试。XRF元素含量测试结果证实了在复合吸附剂中无机盐晶体的存在,SEM微观形貌和BET比表面积分析可以判断复合过程可使无机盐在沸石内部附着,且对其内部孔体积有较大影响。通过测试复合吸附剂的吸附热和平衡吸附量发现,沸石-氯化钙与13X沸石相比分别提高了56.14%和13.14%,沸石-硫酸镁与13X沸石相比分别提高了29.76%和6.13%。(2)将制备的复合吸附剂应用于吸附热泵系统中,探究无机盐复合程度和无机盐类型对系统性能的影响,并对系统应用复合吸附剂进行了循环稳定性测试。实验和测试结果表明:(1)在进水温度80°C,进气温度130°C的条件下,应用复合吸附剂系统可以产生200°C以上的高温蒸汽;(2)应用复合吸附剂可以在不增加吸附剂再生成本的情况下延长系统产生蒸汽的时间,提高系统产生蒸汽的质量与系统性能。应用沸石-氯化钙和沸石-硫酸镁复合吸附剂系统产生的最大蒸汽质量比13X型沸石吸附剂分别提高了12.97%和8.85%,系统制热功率最大提升12.46%;(3)经过对两种复合吸附剂进行十次的循环耐久性测试后发现,沸石-硫酸镁复合吸附剂的循环稳定性优于沸石-氯化钙复合吸附剂。沸石-氯化钙复合吸附剂在经过三次循环实验后,其中的氯化钙含量稳定在初始含量的67.62%左右,而硫酸镁的含量在循环六次后保持稳定,最终剩余量为初始含量的72.38%左右。(3)在沸石-氯化钙复合吸附剂/水为工质对的前提下引入回热回质过程,研究了不同回热回质温度对吸附热泵系统性能的影响。通过对回热回质温度分别为80°C和99°C两种实验条件下的实验结果分析可知:(1)增加回热回质过程可以有效地延长系统产生蒸汽的时间,提高产生蒸汽的质量。两种条件下系统产生蒸汽的时间相比于无回热回质过程分别延长了5.00%和18.33%,产生蒸汽质量分别提高了6.06%和9.12%;(2)引入回热回质过程可以有效强化系统性能,系统?效率和制热功率最大分别提升7.02%和9.23%;(3)回热回质温度对系统性能有较大影响,提高回热回质温度可有效提高系统性能。


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