楊光耀 周如愿 匡勝嚴(yán) 長(zhǎng)沙創(chuàng)智低碳科技有限公司 遠(yuǎn)大空調(diào)有限公司

吸收式機(jī)組的驅(qū)動(dòng)熱源除了化石能源如天然氣、柴油等，更重要的是可以回收生產(chǎn)工藝過程中的熱水、蒸汽、煙氣的余熱用于制冷、制熱，不但節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)可以節(jié)省能源、減少碳排放。在眾多驅(qū)動(dòng)熱源中，熱水分布最為廣泛，應(yīng)用也最為特殊。鑒于吸收式技術(shù)在余熱水熱量回收的特殊性，本文重點(diǎn)介紹了以余熱水為驅(qū)動(dòng)熱源的吸收式技術(shù)特征和應(yīng)用。

1 熱水制冷

隨著吸收式流程和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷進(jìn)步，尤其在制冷技術(shù)上，對(duì)于驅(qū)動(dòng)熱源的品位要求越來(lái)越低，進(jìn)一步擴(kuò)展了吸收式技術(shù)的應(yīng)用，在熱水制冷機(jī)上表現(xiàn)得尤為突出。

1.1 普通熱水制冷機(jī)

普通熱水制冷機(jī)流程如圖1 所示：熱水進(jìn)入發(fā)生器加熱溴化鋰溶液產(chǎn)生濃溴化鋰溶液和制冷蒸汽。制冷蒸汽進(jìn)入冷凝器內(nèi)被冷卻水冷凝成液態(tài)制冷劑再進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)，在極低的真空條件下（約872Pa）蒸發(fā)吸熱從而制取7℃冷水供用戶使用。濃溴化鋰溶液進(jìn)入吸收器內(nèi)吸收蒸發(fā)后的水蒸汽變稀并被屏蔽泵送入發(fā)生器再生，吸收過程放出的熱量被冷卻水帶走。

圖1 普通熱水制冷機(jī)流程

由于受機(jī)組放汽范圍（濃溶液與稀溶液的濃度差）制約，單效制冷循環(huán)的發(fā)生器需要加熱至80℃左右才能沸騰，而單效制冷循環(huán)熱水的出口下限溫度不低于發(fā)生器溫度，這也限制了普通熱水制冷機(jī)的應(yīng)用范圍。普通熱水制冷機(jī)的COP（制冷效率，制冷量與驅(qū)動(dòng)熱水熱量的比值）可以達(dá)到0.75～0.82，一般驅(qū)動(dòng)熱水進(jìn)出口溫度越高，機(jī)組的制冷效率和制冷量也會(huì)越高。

1.2 兩段式熱水制冷機(jī)

兩段式熱水制冷機(jī)實(shí)際上可以看成兩臺(tái)普通熱水制冷機(jī)復(fù)合而成。兩臺(tái)機(jī)組內(nèi)部的溴化鋰溶液循環(huán)完全獨(dú)立運(yùn)行，只是將外部的驅(qū)動(dòng)熱水、冷水以及冷卻水的流程進(jìn)行了優(yōu)化。

兩段式熱水制冷機(jī)原理上仍然屬于普通熱水制冷機(jī)，但機(jī)組放汽范圍比普通熱水制冷機(jī)更小，機(jī)組制冷效率只有0.7～0.72，但熱水出水溫度可以降低至70℃左右，這無(wú)疑擴(kuò)展了熱水制冷機(jī)的應(yīng)用范圍。比如在燃?xì)饫錈犭娙?lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)缸套水的回水溫度很多都只有70～80℃，采用普通熱水制冷機(jī)無(wú)法降溫至匹配溫度，很多時(shí)候不得不串聯(lián)冷卻塔將80℃以下缸套水熱量散掉。而兩段式熱水制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng)熱源參數(shù)與缸套水溫度相匹配，提高了燃?xì)饫錈犭娐?lián)產(chǎn)的一次能源利用率。

1.3 兩級(jí)式熱水制冷機(jī)

為了充分利用低溫?zé)崴?0～80℃）熱量，在普通熱水制冷機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展了兩級(jí)式熱水制冷機(jī)。兩級(jí)式熱水制冷機(jī)是在原普通熱水制冷機(jī)基礎(chǔ)上增加了低壓發(fā)生——高壓吸收循環(huán)而成。兩級(jí)式熱水制冷機(jī)最大的特點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)低溫?zé)崴评洌瑹崴?qū)動(dòng)溫度只需要70℃就能驅(qū)動(dòng)機(jī)組運(yùn)行，熱水出口溫度最低55℃，這也是熱水制冷機(jī)能達(dá)到的最低溫度。

兩級(jí)式熱水制冷機(jī)進(jìn)一步降低了熱水品位的要求，特別是在一些熱源品位比較低的場(chǎng)合具有重要的節(jié)能意義。比如：鋼鐵廠沖渣水、大型空壓機(jī)冷卻水、中低溫地?zé)崴?0～80℃）、窯爐等中低溫?zé)煔猓ā?00℃）換熱后的熱水等，這些熱水本身只有70～80℃熱水，冬季用于采暖，在夏季無(wú)供熱需求就只能排放。兩級(jí)式熱水制冷機(jī)解決了夏季余熱利用問題，并可節(jié)省制冷運(yùn)行費(fèi)用而得以推廣應(yīng)用。

1.4 三級(jí)式熱水制冷機(jī)

將普通熱水制冷機(jī)與兩級(jí)式熱水制冷機(jī)進(jìn)行復(fù)合形成三級(jí)式熱水制冷機(jī)。三級(jí)式熱水制冷機(jī)在結(jié)構(gòu)上最復(fù)雜，成本最高，但能實(shí)現(xiàn)90℃以上熱水驅(qū)動(dòng)機(jī)組直接降溫至55℃，制冷效率可達(dá)到0.6，單位熱水質(zhì)量流量產(chǎn)生的制冷量最大。

三級(jí)式熱水制冷機(jī)最主要應(yīng)用于中溫?zé)崴评渖?，比如工業(yè)生產(chǎn)過程中的蒸汽凝水、中深層的地?zé)崴?，溫度一般?0℃以上，采用普通或兩段式驅(qū)動(dòng)熱水溫差只有10～20℃，熱水熱量利用率非常低，而兩級(jí)式熱水制冷機(jī)則效率低，制冷量少，采用三級(jí)式熱水制冷機(jī)可以提供最大的制冷量。

1.5 各類熱水制冷機(jī)性能對(duì)比

表1 為上述幾種熱水制冷機(jī)的主要性能對(duì)比。從表1 可以看出，熱水進(jìn)出口溫度越高，機(jī)組效率越高且成本越低，但熱源溫差小余熱利用率也越低。不同熱水制冷機(jī)的選擇首先應(yīng)與余熱水的溫度相互匹配，再考慮余熱制冷量大小，以達(dá)到選型合適、節(jié)能最大的目的。

表1 不同類型熱水制冷機(jī)性能對(duì)比

2 熱水換熱/冷卻

吸收式換熱器是一種由熱水型吸收式熱泵和水水換熱器相結(jié)合的新型換熱技術(shù)。換熱器的流程如圖2 所示。

圖2 吸收式換熱器流程

圖3 二類熱泵流程

一次水（95℃）進(jìn)入發(fā)生器驅(qū)動(dòng)機(jī)組運(yùn)行，然后進(jìn)入水水換熱器與二次水換熱降溫，再進(jìn)入蒸發(fā)器第三次降溫（28℃）。二次水（40℃）分兩支：一支進(jìn)入吸收式熱泵的吸收器和冷凝器升溫；另一支進(jìn)入水水換熱器與一次水換熱升溫。最終一次水降溫的熱量全部經(jīng)過吸收式熱泵和水水換熱器傳遞給二次水。

在供熱方面主要用于北方集中供熱地區(qū)替換原二級(jí)換熱站內(nèi)的水水換熱器。二次水的供回水溫度比較高，連接的裝置為暖氣片或地暖系統(tǒng)。二級(jí)換熱站利用吸收式換熱器效能高的優(yōu)勢(shì)，采用一次水自驅(qū)自降溫，降低了一次水的回水溫度，提升了熱網(wǎng)40%～60%供熱能力。

在冷卻方面主要用于酒廠蒸餾冷卻系統(tǒng)的節(jié)能、節(jié)水改造。二次水進(jìn)出口溫度相對(duì)較低，連接的裝置為冷卻塔。吸收式換熱器的應(yīng)用可以直接實(shí)現(xiàn)70/20℃自循環(huán)，產(chǎn)生的二次水經(jīng)冷卻塔散熱，既節(jié)省了降溫能耗，又節(jié)省了90%冷卻用水。此技術(shù)先后在牛欄山酒廠、古井貢酒廠等得以實(shí)施應(yīng)用，并取得非常好的節(jié)能節(jié)水效果。

3 熱水制蒸汽

傳統(tǒng)蒸汽都是通過鍋爐燃燒高品位的燃料來(lái)制取。二類熱泵可以將中溫余熱直接提升至更高品位的熱水或蒸汽。二類熱泵的流程圖如3 所示。

余熱水（或乏汽、其它氣體、液體等）先在發(fā)生器內(nèi)加熱溴化鋰溶液產(chǎn)生低溫低壓的水蒸汽和濃溶液。水蒸汽進(jìn)入冷凝器內(nèi)被冷卻水冷凝成液態(tài)，再進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)吸收余熱水熱量后生成高溫高壓的水蒸汽。發(fā)生器產(chǎn)生的濃溶液經(jīng)溶液泵送入吸收器內(nèi)吸收蒸發(fā)器過來(lái)的水蒸汽后變稀并放出熱量加熱高溫水，實(shí)現(xiàn)品位提升。在吸收器內(nèi)，變稀的溴化鋰溶液再進(jìn)入發(fā)生器內(nèi)再生循環(huán)。高溫水如進(jìn)入連接的閃蒸器就能閃蒸成蒸汽。

二類熱泵可以制取比余熱水溫度高30～40℃的飽和蒸汽，實(shí)現(xiàn)溫度和品位的提升。余熱水熱量除一部分轉(zhuǎn)化成蒸汽熱量，還有一部分被冷卻水帶走，制熱效率只有0.4～0.5，只適用于熱水本身是廢熱的項(xiàng)目之中。二類熱泵主要應(yīng)用于造紙廠制漿廢水、橡膠廠硫化凝水、化工廠精餾塔餾份等廢熱水制取蒸汽。

4 結(jié)語(yǔ)

采用吸收式技術(shù)回收生產(chǎn)工藝過程中的余熱水熱量主要有三種應(yīng)用形式。

熱水制冷。熱水驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)最低溫度為70℃，最低出口溫度為55℃。在實(shí)際應(yīng)用中，熱水制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng)溫度首先應(yīng)與余熱源的溫度相互匹配，然后根據(jù)余熱水熱量和對(duì)應(yīng)的制冷效率計(jì)算最大制冷量，如制冷不能滿足需求再采用其它制冷機(jī)補(bǔ)充。

熱水換熱/冷卻。將熱水型吸收式熱泵與水水換熱器組合而成，其功能上與換熱器類似，但一次水可以獲得更低出口溫度，在集中熱網(wǎng)和釀酒蒸餾冷卻工藝中獲得廣泛應(yīng)用。

熱水制蒸汽。采用二類熱泵可以將中溫?zé)崴苯犹嵘粮咂肺坏臒崴蛘羝?，但其制熱效率只?.4～0.5，只有在熱水完全是廢熱的情況下才有應(yīng)用價(jià)值。