吸收式热泵回收地热余热的模拟研究

吸收式热泵回收地热余热的模拟研究

第２８卷第７期

２００７年７月

太阳能学报

ＡＣ？ｒＡＥＮＥＲＧＩＡＥＳＯＬＡＲＩｓＳＩＮＩ（认

Ｖ０１．２８，Ｎｏ．７

Ｊｕｌ．，２００ｒ７

利用第二类吸收式热泵回收地热余热

的模拟研究

朱家玲，刘国强，张伟

（天津大学地热研究培训中心，天津３０００７２）

摘要：根据溴化锂第二类吸收式热泵系统的传热、传质平衡以及各部件的传热关系，建立了系统的稳态数学模型，分析了系统主要参数对系统性能的影响。提出了利用第二类吸收式热泵回收地热余热的方案；利用模拟计算得出了相应的设计参数。对第二类吸收式热泵系统的模拟分析以及仿真编写了软件，并且对设计参数下的考『Ｉ．组系

统进行了仿真模拟，以观察主要参数的变化对机组运行的影响。关键词：第二类吸收式热泵；地热余热；回收；模拟

中图分类号：嚼２

０

文献标识码：Ａ

引言

之间连通的管线。其系统原理图如图１所示。

利用热水

低品位热源

地热能作为一种新型能源，其应用也越来越广

　泛。天津拥有２００多眼地热井，供暖面积达９００万

平方米，占全国地热供热总数的７７％。但是，从现有的运行机制分析，冬季运行存在尾水排放温度较高的问题，而且受多种条件制约，这部分废热通常由于品位较低得不到合理利用，而被直接排放到环境中。如果能将这部分废热回收再投入使用，既可以做到能源的充分利用，又可以减少对环境的热污染。第二类吸收式热泵技术是回收低品位热能的有效技术之一，它以中、低温的废热作为驱动热源而不需要消耗额外的高品位能源，节能效果显著。因此对第二类吸收式热泵的研究就显得很有必要。

吸收器～ｒ

２

Ｉ”蒸发

撼

品位热源

Ｆｉｇ．１’Ｉｈｅ

坚》

ｓｃｈｅｍａｌｉｃｏｆｔｌｌｅＡＨｒ

。黼泵

一朝一

图１第二类吸收式热泵原理简图

ｓｙｓｔ锄

其工作原理是在蒸发器中，来自冷凝器的低温冷水３吸收低温热源的热量后被汽化，产生的水蒸气１７被送往吸收器。在吸收器中，来自发生器的溴

Ｔｒ飘ｓｆｏ砌Ｉｅｒ，

ｌ第二类吸收式热泵原理

简称Ｊ蝴）又称吸收式热变换器，靠输入的中、低温

热能（废热）驱动系统运行，将其中一部分能量供给高温热源，另外一部分释放给温度更低的低温热源。该系统的运行是不需要额外的高品位热源的。

第二类吸收式热泵主要由以下几部分组成：①蒸发器、冷凝器、吸收器、发生器和溶液热交换器５个主要设备；②溶液泵和溶剂泵，节流阀以及各设备

第二类吸收式热泵（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ

Ｈｅａｔ

化锂浓溶液６７吸收水蒸气形成溴化锂稀溶液２，吸收过程中产生的热量被循环热水带走向采暖用户供热。产生的稀溶液经过溶液热交换器与来自发生器的浓溶液进行热交换使温度降低，经节流阀进入发生器。在发生器中，溴化锂稀溶液被低温热源加热发生解析，变成浓溶液４和水蒸气４’。浓溶液由溶液泵经溶液热交换器进人吸收器，水蒸气则被送往冷凝器。在冷凝器中，水蒸气被冷凝成冷剂水，冷剂

收稿日期：２００６婢１３

作者简介：朱家玲（１９５４一），女，研究员，主要从事地热资源的综合开发利用等研究技术。ｄｍｊｌ＠ｔｊｕ．ｅｄｌｌ．ｍ

吸收式热泵回收地热余热的模拟研究

太阳能学报

２８卷

溶液温度，℃；彳——溴化锂溶液浓度，％；系数ａｉ值见文献［２］；应用范围为ｏ＜ｘ＜７０％，４．４＜ｔ＜１８０℃。

３）溴化锂溶液的焓值怛ｊ：

＾（Ｘ，ｆ）＝∑∑ｏｉ膏一

（３）

式中ｏ。ｉ的值参见文献［２］。

４）饱和水的焓ｂＪ：

式中：￡。＝貉；＾。——饱和水的焓值，ｋＪ／ｋｇ；

＾。（￡）＝２０９９．３（ｏ，＋暑ｏｉｔ譬１）

（４）

￡——溴化锂溶液的温度，℃；系数ｎ，和啦参见文

献［３］。

５）饱和水蒸气的焓值ｕ』：

危。＝１９７７．８４５６＋０．９８５８×１０一２Ｐ一

３－８７１５×１０．３Ｐ【高）＋

ｕ７

ｏ．３鼢（盎）３—５８．５啷Ｐ／（盎）３一　

２５觚２．啷，Ｐ／（去）１１

式中：＾，——饱和水蒸气的焓值，ｌ【Ｊ／ｋｇ；￡——饱和水

蒸气温度，℃；Ｐ——饱和水蒸气压力，ｋＰａ。

２．２主要性能参数

溴化锂第二类吸收式热泵各主要设备热负荷以及系统主要性能参数的描述如下：

蒸发器热负荷：Ｑ。＝形×（矗。，一Ａ，）（６）图２溴化锂第二类吸收式热泵循环在缸盖图上的表示

Ｆｉｇ．２‘Ｉｋｔ１１ｅ瑚ｏｄｙｎａｍｉｃｃｙｃｋｏｆ

冷凝器热负荷：Ｑ。＝形×（虬一＾，）

（７）

ｈＢｒ，Ｈ２０ＡＨｒ

ｏｎ缸Ｘｄｉａｇｍｍ

吸收器热负荷：

２．１溴化锂工质对的热物性数学关联式

ＱＡ＝形［（ｃＲ—１）＾８＋危，，一ｃＲ×Ｉｌ暑：］（８）

在对溴化锂第二类吸收式热泵系统进行模拟计发生器热负荷：

算时，所需的溴化锂溶液和水蒸气主要的热物性数ＱＧ＝矽［（ＣＲ一１）＾。＋矗掣一Ｃ：Ｒ×矗７］（９）

学关联式如下：

岫＿９．倘＋蕊意‰

溶液热交换器热负荷：

１）饱和水蒸气的压力¨ｊ：

ＱＨ＝形（ＣＲ一１）（九８一五。）

＝形×Ｃ：Ｒ（＾２一＾７）

（１０）

（１）

系统的循环倍率：

式中：￡——包和水蒸气的温度，℃；＿ｐ——饱和水蒸

气的压力，ＭＰａ。

积＝篱瓣＝志

ｕ。一冷剂质量流量一‰一ｘ。．

…，

ｕｕ

２）溴化锂溶液的露点温度［２１（相应饱和水蒸气

系统性能系数：

的温度）：

ｔａ（Ｆ，ｘ）＝号【善善ａ声（考‘＋３２Ｊ一３２Ｊ（２）“Ｆ，ｘ）＝吾［奎毫ａ≯（詈ｔ＋３２）’一３２】（２）

御＝器瓣＝盘

ｍ，

放气范围：△ｘ＝晶一噩

式中：￡。——溴化锂溶液的露点温度，℃；￡——溴化锂

以上各式中：卜冷剂循环量，ｋ∥ｈ；＾——焓值，

（１３）

吸收式热泵回收地热余热的模拟研究

７期朱家玲等：利用第二类吸收式热泵回收地热余热的模拟研究

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ｋＪ／ｋｇ；ｆ——温度，℃；Ｑ——各换热器的热负荷，ｋＪ／ｋｇ；ｘＨ——溴化锂浓溶液的浓度，％；ｘＬ——溴化锂稀溶液的浓度，％。

２．３溴化锂第二类吸收式热泵系统的建模２．３．１基本假设

溴化锂第二类吸收式热泵系统循环是一个比较复杂的工作过程，为了能够简化计算，加快求解，本文作如下假设：

１）整个系统处于热平衡和稳定流动状态；２）不存在吸收不足和发生不足；３）蒸发器、冷凝器中工质为饱和状态；

４）忽略流阻、热损失和压力损失，工质节流前后焓值相等；

５）忽略泵功。２．３．２基本控制方程

系统的热力计算必须满足系统总质量平衡、能量平衡及系统中各设备质量平衡和能量平衡，即：质量平衡：∑ｍ缸一∑ｍ。＝０溴化锂质量平衡：　

（１４）

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