238-新型热源塔溶液再生系统性能优化分析与实验研究.pdfVIP

新型热源塔溶液再生系统性能优化分析与 实验研究 文先太 南京工程学院能源与动力工程学院 摘 要：针对热源塔热泵系统在冬季运行时存在溶液稀释的问题，本文提出了一种基于 真空沸腾冷凝的新型热源塔溶液再生系统，并构建了相应的试验台。实验测试结果表明：随 着溶液浓度的增加，溶液再生速率和再生效率存在先增加后降低的趋势，在乙二醇质量浓度 为26%时达到最大；系统真空压力的增加可以极大的提高溶液再生效率和再生速率，但其运 行可靠性受到影响；进口溶液温度在 36℃且电加热出口阀门开启时间为 12s 时存在溶液再 生效率的最大值。该溶液浓缩装置正常运行溶液再生效率可达到3.40kg/kWh 以上，溶液再 生速率可达到550kg/d，与传统的溶液再生相比，具有很好的节能性。 关键词：真空；沸腾冷凝；再生效率；再生速率；热源塔 0 引言 我国长江中下游地区（夏热冬冷地区）涉及上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、湖 北、湖南、重庆、四川、贵州、河南、甘肃等16 个省（直辖市）的全部或部分地区，其气 候特点是夏季酷热、冬季湿冷、空气湿度较大。热源塔热泵系统即在该地区特有的气候特征 下发展出来的一种新型节能技术。目前东南大学[1-6] [7-8] [9] 、湖南大学 、重庆大学 等不少高 校的学者从机组性能、塔换热性能等各方面对其进行了广泛而深入的研究。 热源塔热泵在冬季运行时，空气和载冷剂在热源塔中进行热质交换，空气中的水分会伴 随着换热进入溶液中，热源塔循环溶液的浓度将变低，因此采取合适的方式进行热源塔溶液 再生对热源塔热泵系统的大规模推广应用有着至关重要的作用。目前对于溶液再生的研究主 要集中在以下三个方面：1、热蒸发再生；2 、电渗析再生；3、真空沸腾再生。热蒸发再生 即利用空气与溶液在再生器中进行热质交换，通过提供热量来实现溶液中水分转移到空气中， 从而达到溶液再生的目的。由于再生过程所需要的温度相对较低，因而可以引入太阳能等可 再生能源驱动溶液再生，从而达到高效再生的目的[10-12] 。同时溶液除湿亦可以与热泵机组 相结合，利用热泵机组的冷凝热来实现溶液再生，可以达到较好的节能效果[13-14] 。电渗析 是膜分离技术中的一种，它是在直流电场作用下，以电位差为驱动力，利用离子交换膜的选 择透过性，把电解质从溶液中分离出来的电化学分离过程。有不少学者对其进行相关研究 [15-17] ，包括对电渗析再生性能综合评价、不同溶液浓度、溶液种类（LiCl 溶液，CaCl2 溶液， LiBr 溶液等）、不同电极形式对溶液再生性能的影响等。真空沸腾再生即利用水在真空状态 下沸点温度降低的特性，通过对容器进行抽真空，实现溶液中水分在高真空状态时常温沸腾， 达到溶液浓缩再生的目的。目前真空沸腾在废水回收、乳汁品干燥等场所应用较为普遍，不 少学者对1 [18] 其进行了深入的理论分析和实验研究 ，研究结果表明真空沸腾浓缩具有较好的 节能效果，且在工程中得到较好的应用。在除湿性溶液真空沸腾再生方面天津商业大学[19-20] 对其进行了相关理论分析和实验研究，指出真空再生为一种高效溶液再生方式，对于浓度为 作者简介：文先太，男，(1986.11-) ，博士，讲师，211167 ，南京市江宁科学园弘景大道1 号，联系电话E-mail ： wenxiantai@163.com 30%的氯化锂溶液，热效率可高达84.2%。 目前热源塔热泵系统中的循环溶液为低温防冻液，现有的热蒸发再生、电渗析再生和真 空沸腾再生无法完全适合热源塔溶液再生。因此本文提出了一种基于真空沸腾冷凝的新型热 源塔溶液再生系统，该系统结合了化工领域溶液浓缩真空沸腾的特点，并充分利用了现有溶 液再生过程水蒸气在翅片管表面低温冷凝的优势，将真空沸腾与水蒸气在翅片管表面低温冷 凝融为一体，从而达到高效溶液再生的目的。 1 热源塔溶液再生系统原理和工作过程分析 新型热源塔溶液再生装置系统图如下图1 所示。热源塔热泵系统运行工况如下： 当系统正常运行时，系统需经历抽真空、运行、排冷凝水和排溶液四种模式。 一、进入抽真空模式：打开水环式真空泵，打开电磁阀3、电磁阀4 、