基于发生液闪蒸的第二类吸收式热泵系统及方法
阅读说明：本技术 基于发生液闪蒸的第二类吸收式热泵系统及方法 (Second-class absorption heat pump system and method based on generation liquid flash evaporation ) 是由 夏君君 尹海蛟 彭涛 全晓宇 于会满 唐昊 刘莉 于 2021-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于发生液闪蒸的第二类吸收式热泵系统,该系统包括发生器,发生器换热器,冷凝器,冷剂泵,蒸发器,高压吸收器,高压吸收器换热器,热回收器,高压节流阀,低压吸收器,低压吸收器换热器,浓溶液泵,稀溶液泵,闪蒸器,闪蒸器换热器,低压节流阀。本发明通过将发生器内的发生液节流降压,进行闪蒸获得低浓度吸收液,并通过此低浓度吸收液吸收发生器的冷剂蒸汽,在废热热源温度一定的条件下,低浓度的吸收液可获得更高的吸收液温度,因此可提供更高的供热温度。(The invention discloses a second-class absorption heat pump system based on generation liquid flash evaporation, which comprises a generator, a generator heat exchanger, a condenser, a refrigerant pump, an evaporator, a high-pressure absorber heat exchanger, a heat recoverer, a high-pressure throttle valve, a low-pressure absorber heat exchanger, a concentrated solution pump, a dilute solution pump, a flash evaporator heat exchanger and a low-pressure throttle valve. According to the invention, the low-concentration absorption liquid is obtained by throttling and depressurizing the generation liquid in the generator and carrying out flash evaporation, and the low-concentration absorption liquid absorbs the refrigerant vapor of the generator, so that the low-concentration absorption liquid can obtain higher absorption liquid temperature under the condition of a certain waste heat source temperature, and thus higher heating temperature can be provided.)
技术领域
本发明涉及一种吸收式热泵系统，尤其涉及一种基于高压发生液闪蒸的第二类吸收式热泵系统，属于吸收式热泵技术领域。
背景技术
工业生产过程伴随产生大量的低温废热，其温度一般低于100℃，由于其能量品位较低通常无法被工业生产再次利用。合理有效的利用这些低品位废热，对提升工业生产过程的能源利用效率、降低生产能源耗费具有重要意义。
第二类吸收式热泵，也称增温型吸收式热泵，其利用低温废热驱动，制取少量高温热。按吸收工质对的不同，第二类吸收式热泵可分为氨-水系统及水-溴化锂系统。常规单级第二类吸收式热泵系统，因受制于低温热源温度、工质对放气系数、冷剂冷凝压力等因素限制，低温热源驱动时的系统温升较小，一般不高于20℃。如以常规单级氨-水第二类吸收式热泵系统为例，如驱动热源温度为65℃时，其产热温度约为80℃，温升不足20℃，一定程度上限制了第二类吸收式热泵的应用范围。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种基于发生液闪蒸的第二类吸收式热泵，可有效提高低温热源驱动的第二类吸收式热泵系统的供热温度。
本发明所述的一种基于发生液闪蒸的第二类吸收式热泵系统，包括发生器，发生器换热器，冷凝器，冷剂泵，蒸发器，高压吸收器，高压吸收器换热器，热回收器，高压节流阀，低压吸收器，低压吸收器换热器，浓溶液泵，稀溶液泵，闪蒸器，闪蒸器换热器，低压节流阀组成。
所述发生器设有冷剂蒸汽出口、溶液出口、溶液进口、废热介质(如低温热水、低温蒸汽等)进口、废热介质出口，其内部设置发生器换热器；
所述冷凝器设有冷剂蒸汽进口、冷剂液出口、冷却水进口、冷却水出口；
所述冷剂泵设有冷剂液进口、冷剂液出口；
所述蒸发器设有冷剂液进口、冷剂蒸汽出口、废热介质进口、废热介质出口；
所述高压吸收器设有冷剂蒸汽进口、溶液进口、溶液出口、供热介质进口、供热介质出口，其内部设置高压吸收器换热器；
所述热回收器设有稀溶液进口、稀溶液出口、浓溶液进口及浓溶液出口；
所述高压节流阀设有溶液进口、溶液出口；
所述低压吸收器设有闪蒸冷剂蒸汽进口、溶液进口、溶液出口、冷却水进口、冷却水出口，其内部设置有低压吸收器换热器；
所述浓溶液泵设有溶液进口、溶液出口；
所述稀溶液泵设有溶液进口、溶液出口；
所述闪蒸器设有闪蒸冷剂蒸汽出口、溶液进口、溶液出口、废热介质进口、废热介质出口，其内部设置有闪蒸器换热器；
所述低压节流阀设有溶液进口、溶液出口。
所述发生器的冷剂蒸汽出口与所述冷凝器的冷剂蒸汽进口相连，所述发生器换热器内置于发生器内，发生器换热器分别于发生器的废热介质进口及废热介质出口相连；所述冷凝器的冷剂液出口与所述冷剂泵的冷剂液进口相连；冷剂泵的冷剂液出口与所述蒸发器的冷剂液进口相连；蒸发器的冷剂液出口与所述高压吸收器的冷剂蒸汽进口相连，溶液进口与所述热回收器的稀溶液出口相连，溶液出口与热回收器的浓溶液进口相连，高压吸收器换热器与供热介质进口及供热介质出口相连；所述热回收器的浓溶液出口与所述高压节流阀的溶液进口相连，热回收器的稀溶液进口与所述稀溶液泵的出口相连；所述高压节流阀的溶液出口与所述低压吸收器的溶液进口相连，低压吸收器的冷剂蒸汽进口与所述闪蒸器的冷剂蒸汽出口相连，低压吸收器的溶液出口与所述浓溶液泵进口相连，低压吸收器换热器分别与低压吸收器的冷却水进口及冷却水出口相连；所述浓溶液泵的溶液出口与所述发生器的溶液进口相连；所述闪蒸器的溶液出口与所述稀溶液泵的溶液进口相连，闪蒸器的溶液进口与所述低压节流阀的溶液出口相连，闪蒸器换热器分别与闪蒸器的废热介质进口及废热介质出口相连；所述发生器的溶液出口与低压节流阀的进口相连。
本系统采用的吸收工质对为氨-水，其中氨为冷剂，水为吸收剂；或者水-溴化锂，其中水为冷剂，溴化锂为吸收剂。
优选地：当系统采用氨-水作为工质对时，所述发生器采用具有精馏功能的发生器。
优选地：所述热回收器采用板式换热器，或管壳式换热器。
本发明的一种基于发生液闪蒸的第二类吸收式热泵，其工作方法如下：
废热介质通过发生器换热器加热工质对，冷剂被蒸发后进入冷凝器后放热液化，冷剂液通过冷剂泵增压后进入蒸发器，在被废热加热后变为高压冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入高压吸收器；发生器的溶液通过节流阀降压后进入闪蒸器，溶液被废热加热后在低压条件下再次气化，溶液浓度得以进一步降低，闪蒸器的溶液通过稀溶液泵后经热回收器进入高压吸收器，并在高压条件下吸收来着蒸发器的冷剂蒸汽；高压吸收器的高温溶液通过高压吸收器换热器向外输出高温热量；之后高压吸收器内的溶液经热回收器后由高压节流阀降压后进入低压吸收器，并吸收来自闪蒸器的低压冷剂蒸汽，吸收放热通过循环水释放至环境，低压吸收器溶液经浓溶液泵增压后进入发生器，并开始下一次循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的一种基于发生液闪蒸的第二类吸收式热泵系统，通过将发生器内的发生液(工质对)节流降压，进行闪蒸获得低浓度吸收液，并通过此低浓度吸收液吸收发生器的冷剂蒸汽，在废热热源温度一定的条件下，低浓度的吸收液可获得更高的吸收液温度，因此可提供更高的供热温度。
附图说明
图1为本发明实施例一的一种基于发生液闪蒸的第二类吸收式热泵系统原理图；
图中，1为发生器，2为发生器换热器，3为冷凝器，4为冷剂泵，5为蒸发器，6为高压吸收器，7为高压吸收器换热器，8为热回收器，9为高压节流阀，10为低压吸收器，11为低压吸收器换热器，12为浓溶液泵，13为稀溶液泵，14为闪蒸器，15为闪蒸器换热器，16为低压节流阀。
图2为对比例系统原理图；
图中，a为发生器，b为发生器换热器，c为冷凝器，d为冷剂泵，e为蒸发器，f为吸收器，g为吸收器换热器，h为热回收器，i为节流阀，j为溶液泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一：
如图1所示，本实施例的一种基于发生液闪蒸的第二类吸收式热泵，系统采用氨-水工质作为工质对。系统由发生器1，发生器换热器2，冷凝器3，冷剂泵4，蒸发器5，高压吸收器6，高压吸收器换热器7，热回收器8，高压节流阀9，低压吸收器10，低压吸收器换热器11，浓溶液泵12，稀溶液泵13，闪蒸器14，闪蒸器换热器15，低压节流阀16组成。
发生器的冷剂蒸汽出口与冷凝器的冷剂蒸汽进口相连，发生器换热器内置于发生器内，发生器换热器分别于发生器的废热介质进口及废热介质出口相连；发生器顶部设有精馏装置，用以提纯氨气。冷凝器的冷剂液出口与冷剂泵的冷剂液进口相连；冷剂泵的冷剂液出口与蒸发器的冷剂液进口相连；蒸发器的冷剂液出口与高压吸收器的冷剂蒸汽进口相连，高压吸收器的溶液进口与热回收器的稀溶液出口相连，高压吸收器的溶液出口与热回收器的浓溶液进口相连，高压吸收器换热器分别与供热介质进口及供热介质出口相连；热回收器的浓溶液出口与高压节流阀的溶液进口相连，热回收器的稀溶液进口与稀溶液泵的出口相连；热回收器采用板式换热器。高压节流阀的溶液出口与低压吸收器的溶液进口相连，低压吸收器的冷剂蒸汽进口与闪蒸器的冷剂蒸汽出口相连，低压吸收器的溶液出口与浓溶液泵进口相连，低压吸收器换热器分别与低压吸收器的冷却水进口及冷却水出口相连；浓溶液泵的溶液出口与发生器的溶液进口相连；闪蒸器的溶液出口与稀溶液泵的溶液进口相连，溶液进口与低压节流阀的溶液出口相连，闪蒸器换热器与闪蒸器的废热介质进口及废热介质出口相连；发生器的溶液出口与低压节流阀的进口相连。
本实施例的工作方法如下：废热蒸汽(温度为65℃)通过发生器换热器加热器氨-水工质对，发生温度60℃，发生压力13.5bar；氨被蒸发后并通过发生器塔顶精馏提纯后进入冷凝器，冷凝温度35℃，冷凝压力13.5bar，冷剂液通过冷剂泵增压至26.1bar进入蒸发器蒸发，蒸发压力26.1bar，蒸发温度为60℃，蒸发所得氨气进入高压吸收器。发生器排出的溶液(氨浓度为64.3％)通过节流阀降压至8bar进入闪蒸器，并在8bar压力条件下被65℃废热蒸汽再次加热，闪蒸器排液浓度为47.7％，温度为60℃，通过稀溶液泵将47.7％的溶液增压至26.1bar，通过热回收器回收高压吸收器的排液热量后进入高压吸收器，吸收来自蒸发器的氨气，吸收压力26.1bar，吸收供热温度为93.9℃，排液氨浓度为59.2％；之后经热回收器及高压节流阀后降压至8bar后进入低压吸收器，并吸收来自闪蒸器的低压氨气，吸收压力8bar，吸收温度35℃，吸收排液氨浓度70.0％；低压吸收器的放热通过循环水释放，低压吸收器70.0％的溶液经浓溶液泵增压至13.5bar再次返回发生器。
本实施例通过65℃废热作为驱动热源，通过将发生器内的发生液节流降压，进行闪蒸获得低浓度吸收液，并通过此低浓度吸收液吸收发生器的冷剂蒸汽，最终提供了93.9℃的供热温度，通过本系统将废热温度(65℃)提升了28.9℃。
对比例一：
如图2所示，本对比例采用常规第二类吸收式热泵系统，采用氨-水为工质对，发生器a通发生过器换热器的65℃废热蒸汽驱动，发生压力13.5bar，发生溶液温度为60℃，发生器产生的氨气进入冷凝器c散热液化，通过冷剂泵d增压至26.1bar，进入至蒸发器e并被65℃废热加热气化为高压氨气，26.1bar的高压氨气进入吸收器f；发生器排液浓度为64.3％的氨水经溶液泵j增压至26.1bar，经热回收器h后进入吸收器f，吸收压力26.1bar，吸收器通过吸收器换热器g对外提供81.8℃的热量；之后吸收液经热回收器h及节流阀i降压至13.5bar后返回发生器a。
本实施例通过65℃废热作为驱动热源，最终产生热源温度为81.8℃，通过本系统将废热温度(65℃)提升了16.8℃，较实施例一温升幅度降低了41.9％。
尽管上文结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护范围。
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