热泵式低温冷却塔热回收系统的实验研究

摘要

开发新能源、利用可再生能源、节约现有能源和提高能源综合利用率是解决当今世界各个国家面临的能源和环境污染问题的关键。调查和理论分析表明：无论是工业用还是民用的低温水冷却塔在其常年运行时，均具有废热排放的数量大、排放集中、废热排放量在相当长的时间内较为稳定和工作平均水温在10～40℃范围内的特点。如果能够回收这部分热量，将不仅有助于提高能源综合利用率，降低总体能源消耗，还能够减少城市热岛效应和热污染。因此，对冷却塔的所排放的热量回收进行研究就显得非常重要，具有很强的环境效益和经济效益。 借助热泵循环理论的分析和现代热泵技术发展的最新成果，提出了适合回收冷却塔低温余热的热泵式低温冷却塔热回收系统。本文通过理论研究的分析方法，重点对构成冷却塔热回收系统的热回收机组(热泵机组)进行了理论分析和探讨，得出了采用热泵技术可以满足冷却塔热回收的要求。为了验证冷却塔热回收系统的可行性，自行设计并搭建了一套适用于实验研究的冷却塔热回收系统和实验测试平台，并对该热回收实验系统进行了一系列实验研究，研究结果表明：所构建的冷却塔热回收机组(热泵)当采用两个冷凝器换热面积为1:1.87时，通过转换热回收机组(热泵)的不同的运行模式，系统能够满足低温水冷却塔的常年运行特性，并且在能够保证机组运行安全的前提条件下，即使回收热水温度高达50℃时，机组制热的cop值都能够在3.0以上。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题来源及研究目的和意义

1.1.1课题的来源

1.1.2课题研究的目的及意义

1.2国内外在余热回收方向的研究现状及分析

1.2.1国外在该方向的研究现状

1.2.2国内对热泵冷凝热的回收利用研究及进展概况

1.3本文研究内容

2热泵系统的组成及热力循环分析

2.1蒸汽压缩式热泵系统的基本组成单元

2.1.1冷凝器

2.1.2压缩机

2.1.3蒸发器

2.1.4节流机构

2.1.5其它附件

2.2理想热泵循环

2.2.1湿蒸汽逆卡诺循环

2.2.2饱和蒸汽理论循环

2.3饱和蒸汽循环与逆卡诺循环的比较

2.4实际热泵循环

2.5系统过冷度Δts,c对热泵循环系统的影响

2.6吸气过热对热泵循环系统的影响

2.7蒸发温度和冷凝温度变化对热泵循环系统的影响

2.7.1冷凝温度变化对热泵循环性能的影响

2.7.2蒸发温度变化对热泵循环系统性能的影响

2.7.3蒸发温度变化与冷凝温度变化对热泵循环性能影响的对比

2.8提高热泵供热的措施

2.9本章小结

3冷却塔与热泵式冷却塔热回收系统

3.1冷却塔

3.1.1冷却塔基本构造和工作原理

3.1.2冷却塔换热机理与热力理论分析

3.1.3冷却塔的运行特点及热回收的可行性

3.2热泵式冷却塔热回收系统

3.2.1冷却塔热回收系统的组成

3.2.2冷却塔热回收系统运行原理

3.3冷却塔热回收机组设计的原则

3.4本章小结

4冷却塔热回收机组各部件理论分析及数学模型

4.1压缩机

4.1.0压缩机原理、分类和选择

4.1.1涡旋式压缩机理论分析

4.1.2压缩机数学模型

4.2板式换热器

4.2.1简述

4.2.2板式换热器数学模型的几点假设和空隙率模型

4.2.3板式蒸发器数学模型

4.2.4板式冷凝器的数学模型

4.3热力膨胀阀

4.3.1节流机构简述

4.3.2热力膨胀阀的选择及与系统蒸发器特性匹配

4.3.3热力膨胀阀的数学建模

4.4本章小结

5冷却塔热回收机组制冷剂、热媒和润滑油

5.1制冷剂(R134A)

5.1.1制冷剂(R134a)基本性质和热力状态参数的计算方法

5.1.2循环工质R134a状态参数方程

5.2热媒水

5.2.1水的热力状态参数的计算方法

5.2.2水物性参数的程序化

5.3润滑油

5.3.1润滑油的选择

5.3.2润滑油的性能指标

5.4本章小结

6低温冷却塔热回收系统的实验研究

6.1实验装置及测试系统

6.1.1冷却塔热回收系统实验装置设计

6.1.2测量系统

6.2实验目的、操作方法和注意事项

6.2.1实验目的

6.2.2实验操作方法和步骤

6.2.3实验注意事项

6.3实验结果及分析

6.3.1热回收机组系统工质充灌量的确定及对系统性能的影响

6.3.2冷却塔热回收机组运行特性的实验结果与分析

6.3.3冷却塔热回收机组运行策略分析

6.3.4热回收机组不同运行模式的实验结果讨论

6.4实验数据处理方法及误差分析

6.4.1测量随机误差的处理

6.4.2测量中粗大误差的剔除

6.5本章小结

7结论与展望

7.1主要结论

7.2不足与展望

参考文献

读研期间公开发表论文

致 谢