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第一、第二类溴化锂吸收式热泵机组标准解析

发表日期:2019/1/21 10:18:44 来源:《制冷与空调》 评论 总点击量:

随着人们对节能和环保关注度的持续上升,余热回收利用已越来越得到全社会的重视。对于数量巨大的低品位热能,如电厂排汽冷凝热、工业循环水、地热水等,其有效利用技术的应用已经越来越广泛,吸收式热泵余热回收技术以其环保、节能等特点已越来越受到关注。

第一类溴化锂吸收式热泵机组可以回收利用多种形式的低品位热源热量,近年来在余热回收领域的应用得到了快速发展。特别是在北方热电厂回收汽轮机排汽冷凝热(包含水冷、空冷机组)的集中供热领域,由第一类溴化锂吸收式热泵机组来供应集中供热的基础负荷部分,实现节能和扩容的目的。目前,应用于热电厂集中供热领域的第一类溴化锂吸收式热泵机组的容量占到了热泵总量的70%以上,水冷电厂和直接空冷乏汽回收电厂各半,其他还有部分热泵机组应用在生产工艺和区域供热领域,并且在这些领域也得到了迅猛发展。国内部分企业研制开发了适用于电站冷凝热、采油污水、地热水等低品位热能回收第一类溴化锂吸收式热泵机组,并得到了推广应用。其基本运行流程原理见图1。



与增热型的第一类溴化锂吸收式热泵不同,升温型的第二类溴化锂吸收式热泵以生产工艺中的低品位余热或大自然中的低品位热能作为驱动,在冷却水的条件下,制取温度高于低温驱动余热的高品位热介质,重新用于工艺生产,从而实现节能减排,大幅度降低生产成本的目的。截至目前在石油化工、多晶硅、煤化工等行业都有了应用实绩,取得了可观的经济效益。其基本运行流程原理见图2。


在两大类溴化锂吸收式热泵机组标准化研究之前,我国冷冻空调标准体系中已有的相关技术标准包括:GB18361—2001《溴化锂吸收式冷(温)水机组安全要求》、GB/T 18362—2008《直燃型溴化锂吸收式冷(温)水机组》、GB/T 18431—2014《蒸汽和热水型溴化锂吸收式冷水机组》、GB/T 20107—2006《户用及类似用途的吸收式冷(热)水机》和GB/T 22070—2008《氨水吸收式制冷机组》。

近年来,在全国冷冻空调设备标准化技术委员会的组织下,我国相继完成了第一类、第二类溴化锂吸收式热泵机组标准(GB/T 34620—2017 《第一类溴化锂吸收式热泵机组》和JB/T 13303—2017《第二类溴化锂吸收式热泵机组》)的起草。以下就两项产品标准的关键要素进行阐述。

1 标准要素解析

1.1  型式、范围与术语定义

第一类溴化锂吸收式热泵机组,是指以水为制冷剂,溴化锂溶液为吸收剂,将发生器或高压发生器加热源的热量和蒸发器吸收的低温热源中的热量,转移到吸收器和冷凝器制取热水的设备。这类机组按照加热源可分为蒸汽型和直燃型,按照供热循环可分为单效型和双效型。

第二类溴化锂吸收式热泵机组,是指以水为制冷剂,溴化锂溶液为吸收剂,利用低品位热源驱动,在通入冷却水的条件下,制取高品位热源的设备。这类机组按照产出的高品位热源可分为蒸汽型和热水型,按可利用的低品位热源可分为余热蒸汽型和余热水型,按级数可分为单级升温型和双级升温型。

结合这类产品型式特点及实际工程应用情况,确定第一类溴化锂吸收式热泵机组标准化对象为以蒸汽、燃气、燃油等为加热源的单、双效型机组,以烟气、热水和导热油等为加热源的机组参照执行;确定第二类溴化锂吸收式热泵机组标准化对象为以余热蒸汽或余热水为低品位热源,制取高品位的蒸汽或热水的单级、双级升温型机组。多级及利用其他介质的同类型机组可参照执行。

1.2  名义工况及性能系数

由于机组用户的余热状况各异,对热需求也不同。除了同一用户外,不同用户使用热泵的名义工况(第一类溴化锂吸收式热泵的加热源侧、使用侧、热源侧数据,第二类溴化锂吸收式热泵的热源侧、使用侧和冷却水侧数据)参数各异、离散性很大,因此两项标准中的针对名义工况参数提出具体规格值无法做到。以机组的使用侧参数为例,国内某公司的第一类溴化锂吸收式热泵机组产品工程应用中使用侧的热水进出口温度有20余种不同的参数,且少有应用案例的相应运行数据相同;另一家公司的第二类溴化锂吸收式热泵机组产品在具体工程应用时,其输出的蒸汽压力跨度可达数十倍,也只能分别提出单级、两级产品蒸汽压力需求参数范围值。

另一方面,作为产品节能性的必要体现,热泵机组的性能系数需要在标准中进行明确。其中,第一类溴化锂吸收式热泵机组的性能系数以“制热量除以加热源输入热量与消耗电功率之和所得的比值”进行评价;第二类溴化锂吸收式热泵机组的性能系数以“制热量除以低品位热源输入量与消耗电功率之和所得的比值”进行评价。

标准研制过程中基于现有大多数机组型号规格及大量运行数据,归纳、总结确定出名义工况参数范围和基础的性能系数限定值,详见表1和表2。

1.3  名义工况性能试验

1.3.1  制热量

对于第一类溴化锂吸收式热泵机组和用于制取热水的第二类溴化锂吸收式热泵机组,通过测定制取热水的流量和进、出口温度来求得机组制热量。

对于用于制取蒸汽的二类热泵机组,其制热量计算公式如下:

式(1)中,Q h为制热量(kW);q sh为制取蒸汽流量(kg/h);h h1为制取蒸汽比焓(kJ/kg);h h2为给水比焓(kJ/kg)。

基于类似计算原理,进行制热量性能测试的同时,分别测定和计算出加热源消耗量(第一类溴化锂吸收式热泵机组)、低品位热源消耗量(第二类溴化锂吸收式热泵机组),之后分别给出机组热平衡偏差计算结果。

1.3.2  二类热泵制取的蒸汽湿度

参照NB/T 47034—2013《工业锅炉技术条件》的规定,机组产出的蒸汽湿度应不大于3%。JB/T 13303—2017标准给出了具体的实验方法,其中,蒸汽取样头及取样流量、测试过程参照GB/T 10180—2003《工业锅炉热工性能试验规程》的规定:循环水与蒸汽取样和测定应同时进行取样;并且取样时循环水和蒸汽凝水应保持常流、确保样品有充分的代表性。使用氯根法或电导率法测定的蒸汽湿度按下式计算:

式(2)中,φ为饱和蒸汽湿度(%);ρ D(CL-)为饱和蒸汽冷凝水氯根含量(mg/kg);ρ S(CL-)为循环水氯根含量(mg/kg);G D为饱和蒸汽冷凝水电导率值(μS/cm);G S为循环水电导率值(μS/cm)。

1.3.3  变工况与部分负荷性能

在变工况性能上,参照GB/T 18431—2014等标准规定机组使用范围相关条款、基于制造厂明示的机组名义工况参数值并根据大量运行数据规定了

第一类、二类溴化锂吸收式热泵机组的变工况性能试验范围。机组在规定的使用范围和间隔值,分别单独改变某一参数,其他条件按名义工况时的流量和温度(及第二类溴化锂吸收式热泵机组的压力)条件进行变工况试验;

在部分负荷性能上,第一类溴化锂吸收式热泵机组参照GB/T 18431—2014和GB/T 18362—2008中关于溴化锂吸收式机组部分负荷性能试验要求,确定部分负荷工况参数,即设定热水进口温度和余热水进口温度为名义值,改变热水出口温度和加热源参数。其中,热水出口温度为从满负荷的名义值减少到0%负荷的名义值,中间温度随负荷减少呈线性变化。机组应通过二点以上测定求得可能的最小能力点。第二类溴化锂吸收式热泵机组在工况参数项上与第一类溴化锂吸收式热泵机组有所区别(表3)。

1.3.4  其他

第一类、第二类溴化锂吸收式热泵机组在水侧压力损失、噪声试验方面的试验方法相同,并均比照明示值进行了同比例的约束规定:水侧压力损失不应大于明示值的110%,机组实测噪声声压级不应大于明示值。

1.4  其他试验要求

第一类、第二类热泵机组在气密性、耐压试验要求规定上一致,等同采用GB/T 18431—2014和GB/T 18362—2008的相关要求;二者在绝缘电阻、耐电压、安全保护器件动作等安全要求评价上的规定相一致,应符合GB 18361的规定;二者关于溴化锂溶液等同采用 GB/T 18431—2014对溶液的技术要求。

2 结束语

第一、二类溴化锂吸收式热泵机组两项标准,在型式、名义工况、性能系数限定值、名义工况性能、变工况性能、部分负荷性能等方面体现了差异性,在气密性、耐压性、水侧压力损失、噪声、安全要求等方面保持了一致性。这些标准条款的起草,经过实际生产制造、试验验证、用户应用等全流程实践检验、贴合实际需求。

目前,我国溴化锂吸收式热泵机组已经进入大规模使用阶段,这两项标准的制订,将有效规范产品的设计、生产及检验,并为组织生产和交货验收提供了技术依据;对于推广我国吸收式热泵回收技术的应用将起到积极作用,对于推动节能减排、实现低碳经济具有重要意义。

本文选自《制冷与空调》2018年11月刊64-68页,作者:王汝金  张秀平  贾磊  吴俊峰;未经许可,不得转载







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