铜川铝厂冷却水系统节能综合改造项目研究建议书.docx

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铜川铝厂冷却水系统节能综合改造项目研究建议书

铜川铝厂冷却水系统节能综合改造项目

（初稿）

项目建议书

工程名称：

铝厂冷却水系统节能综合改造项目

施工单位：

西安瑞驰冶金设备有限责任公司

时间：

铝厂降温水调温及节能的利用

一、概述：

铝厂在铝锭浇铸成型过程中有大量的热汽及热水产生，以往各厂惯例是将此热量排放到自然界大气中，使之白白浪费及不利环保也浪费能源，特别是夏季生产时由于大气温度较高不利于冷却水降温直接影响产品品相。

鉴于此种生产工艺状况，我公司经过调研分析设计推出一套方案及设备使生产过程中产生的废气废热充分回收利用（冬季可作办公、生活取暖，夏季可作办公、生活降温使用）即改善工作环境又节能环保，可谓造福企业造福子孙的益举。

二、系统构成：

该系统由两个子系统互联构成

A、余热余汽回收及冷却水降温系统

B、余热利用制热（取暖）、制冷（空调）系统

系统简图如下：

1、余热余汽回收及冷却水降温系统

2、余热利用制热（取暖）、制冷（空调）系统

三、热泵技术简介

在工业生产中，不但需要大量能源，而且产生和浪费了大量各种型式的余热，特别是低温位余热。

实践证明，低温余热完全可以作为二次能源开发和利用，其中采用热泵技术就是重要方法之一。

近年来，国外热泵技术已成功地应用于许多工业部门，并取得了良好的节能效果。

　　我们知道，热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地沿相反方向进行传递。

然而，根据热力学第二定律，若以机械功作为补偿条件，热量也可以从低温物体转移到高温物体中去。

热泵就是根据这一定律，靠消耗一定能量（如机械能、电能）或使一定能量的能位降级，迫使热量由低温热源（物体）传递到高温热源（物体）的机械装置。

热泵的工作原理与制冷机相同，只是目的不同而已。

用于供冷的称制冷机;用来供热的则称热泵，二者均按逆卡诺循环方式工作。

　　2　热泵的分类

　　利用热泵的工作有二：

一是使低温余热的温位提高，使之获得较高温度后的热源能用于工艺过程，这种热泵称为温度提高型热泵。

二是将低温热源的余热传递给高温热源，满足整个系统能量平衡的需要，这种热泵称为热量获得型热泵。

热泵按其工作原理还可分为蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、化学式热泵三大类。

压缩式热泵按其介质的循环方式可分为开式热泵和闭式热泵。

不同类型热泵的工作原理是不相同的，蒸汽压缩式热泵按其工作原理又可分为机械压缩式和蒸汽喷射压缩式两种。

化学式热泵目前还处于探索、研究阶段。

这里主要介绍蒸汽压缩式热泵的机理、节能原理及其在化工中的应用前景。

　　3　热泵工作原理

　　3.1　机械压缩式热泵的工作原理

　　低温蒸汽通过压缩机吸收外功后，提高其温位者称机械压缩式热泵。

由于压缩机的压缩比一般都比较大，故余热温位可以得到较大提高，这种热泵属温度提高型热泵，其工作原理如图1所示。

构成机械压缩式热泵的主要部件有蒸发器2、压缩机3、冷凝器4、膨胀阀（节流阀）6等。

所用循环工质均为低沸点介质，如氟利昂、氨等。

机械压缩式热泵系统的工作过程如下：

低佛点工质流经蒸发器时蒸发成蒸汽，此时从低温位处吸收热量，来自蒸发器的低温低压蒸汽，经过压缩机压缩后升温升压，达到所需温度和压力的蒸汽流经冷凝器，在冷凝器中，将从蒸发器中吸取的热量和压缩机耗功所相当的那部分热量排出。

放出的热量Q就传递给高温热源5，使其温位提高。

蒸汽冷凝降温后变成液相，流经节流阀6膨胀后，压力继续下降，低压液相工质流入蒸发器，由于沸点低，因而很容易从周围环境吸收热量而再蒸发，又形成低温低压蒸汽，依此不断地进行重复循环。

此时，若将蒸发器放在盛水的容器中，蒸发器内的低沸点介质，就吸收水中的热量，使水温不断下降而成冰水（甚至结冰）。

吸收了周围环境热量的蒸汽再进入压缩机，供给压缩机以功（机械功或电能）而驱动压缩机不断运行，如此循环往复不断，就能使低温热量连续不断地传递到高温热源处，以满足工艺和其他方面的需要，从而使难以直接利用的低温位热能得到有效的利用，达到节能目的。

故热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置。

图1　机械压缩式热泵的工作原理图

1-低温热源；2-蒸发器；3-压缩机；

4-冷凝器；5-高温热源；6-节流膨胀阀

　　3.2　蒸发喷射压缩式热泵

　　蒸汽喷射压缩式热泵是利用高温位热量QH（温度T1）为代价，通过蒸汽喷射器，将低温热源QL的温度T2提高到用户所需要的热位Q（温度T），其工作原理如图2所示。

图2　蒸汽喷射压缩式热泵

　　从热力学观点，这种吸收式热泵可以认为是在高温热源（T1）与低温热源（T2）间工作的提供高质能的压缩式热泵。

　　这种热泵可取得较好经济效益，除喷射器造价低，操作简便外，作为高温热源的动力蒸汽通常为5～15MPa，在此压力范围内的蒸汽，一般中小型化工厂都有，特别是一些小型化工厂往往还节流降压，有效能量未作功而降级使用，造成浪费。

若用此高温热源通过蒸汽喷射压缩式热泵，可使低温位余热获得充分利用。

　　喷射式热泵装置最大特点是没有（或很少）转动部件，这是机械压缩式热泵所做不到的。

　　4　热泵节能原理及经济性分析

　　4.1　节能的简单原理

　　一台比较完善的热泵，只需消耗少量的逆循环净功，就可能获得较大的供热量Q。

这不是能量不平衡问题，它仍然遵循着能量守恒定律。

这是因为伴随着低温热源（冷源）把一部分热量q传递给高温热源的同时，热泵所消费的逆循环净功W也转化为热量而一同流向（传递）给高温热源。

通俗点说，热泵节能的原理就是把还没有完全做完功（有潜能）的低温位热能“泵”回到高温位热能中，使其与其他高温位热能一起做功;在完成这一轮功的同时，还会有低温位热能产生，热泵再次将其“泵”回到高温位热能中，使其再做功，如此反复。

热泵是利用了低温位热能，而不是增加能量，过去这部分低温位热能是白白流失掉了。

　　4.2　经济分析

　　当热泵采用电动机驱动时，其经济性主要取决于热泵的实际制热系数φe与当地实际电/热比价K的大小。

φe的意思是当热泵消耗电功为Wp（折算成热量）时所能获得热量Qp（即φe=Qp/Wp）。

只有当获得热量的得益大于所耗电费时，采用热泵技术才有可能获得经济效益，即

QpKH>WpKE

　　式中KH——热价，元/4.18×106kJ;

　　KE——电价，折算成对应的热量计价，元/4.18×106kJ。

　　因为K=KE/KH

　　由式

（1）得    　或φe>K

也就是说，只有当热泵的实际制热系数φe大于当地的电/热比价K时，即只有当消耗的电量折价低于相应获得的热量折价时，采用电动热泵才有可能得益。

图3　用于余热回收的水-水型热泵

　　4.3低温余热回收

　　在生产过程中，往往产生大量低温排水（常指30～70℃），但因温度低而难以利用。

国外已用热泵来回收此类废水及其他液体热量，并将其升温再用于其它加热过程或供取暖用。

图5为水-水型热泵原理图。

本例采用二级压缩，供给蒸发器水温为32℃，经一级压缩后为54℃的水。

为了提高循环效率，将入水箱中部分水引至第二级压缩机中，经二次压缩后得到93℃的水。

此水在冷凝器中冷凝时放出热量，将低温水加热至82℃供热用户使用。

这种热泵可用于许多工业部门。

　　6　结语

　　热泵特别适用于低温余热的回收和利用。

φe值随高低温热源间的温差减小而提高，温差越小，热泵运行时所耗功率越小，热泵的经济性越好。

当遇到既需制冷，又需加热的化工过程，采用热泵最为理想，这时热泵的经济价值最高。

　　由以上介绍可以看出，热泵的应用已十分广泛，在回收低温余热方面更具有独特的优点

四、溴化锂系统简介

  1、  溴化锂吸收式制冷原理同蒸汽压缩式制冷原理有相同之处，都是利用液态制冷剂在低温、低压条件下，蒸发、气化吸收载冷剂（冷水）的热负荷，产生制冷效应。

所不同的是，溴化锂吸收式制冷是利用“溴化锂一水”组成的二元溶液为工质对，完成制冷循环的。

    在溴化锂吸收式制冷机内循环的二元工质对中，水是制冷剂。

在真空（绝对压力：

870Pa）状态下蒸发，具有较低的蒸发温度（5℃），从而吸收载冷剂热负荷，使之温度降低，源源不断地输出低温冷水。

工质对中溴化锂水溶液则是吸收剂，可在常温和低温下强烈地吸收水蒸气，但在高温下又能将其吸收的水分释放出来。

制冷剂在二元溶液工质对中，不断地被吸收或释放出来。

吸收与释放周而复始，不断循环，因此，蒸发制冷循环也连续不断。

溴化锂系统示意图

2、溴化锂系统设计与选型

溴化锂吸收式冷热水机组冷水系统设计空调冷水管路系统可分为：

闭式和开式系统；双管制和四管制；同程式和异程式；上分式和下分式；单式泵和复式泵等。

按运行调节方法来区分则有定流量和变流量系统。

2.1闭式循环和开式循环　　

1．闭式循环系统　　管路系统为压力式回水系统不与大气接触，在系统最高点设膨胀水箱并有排气和泄水装置的系统。

见图6—l所示。

当空调系统采用风机盘管、空调器（带水冷式表冷器）作冷却用时，冷水系统宜采用闭式系统。

高层建筑宜采用闭式系统。

　　闭式冷水系统制冷机的蒸发器应为闭式的，且制冷机的能量调节应满足空调负荷的变化。

一般空调系统的负荷变化在100%～20%之间，在选用制冷机台数和单台的能量调节时，要考虑此问题。

热水系统，一般均为闭式循环系统。

在设计时应考虑直燃型溴化锂吸收式冷热水机组在低负荷时供热的可能性。

如低负荷时不可能供热，则应考虑其他措施（如电加热器等）。

闭式循环的优点：

（1）管道与设备不易腐蚀；　　

（2）不需为提升高度的静水压力，循环水泵压力低，从而水泵功率小，　　

（3）由于没有贮水箱，不需重力回水，回水不需另设水泵等，因而投资省、系统简单。

闭式循环的缺点；　　

（1）蓄冷能力小，低负荷时，制冷机也需经常开动。

（2）膨胀水箱的补水有时需另加加压水泵。

2．开式循环系统　　

管路之间有贮水箱（或水池）通大气，自流回水时（重力式回水时），管路通大气的系统。

空调系统采用喷水室冷却空气时，宜采用开式系统。

空调系统采用冷水表冷器，冷水温度要求波动小或制冷机的能量调节不能满足空调系统的负荷变化时，也可采用开式系统。

当采用开式水箱贮冷或贮水以削减高峰负荷时，也宜采用开式系统。

开式系统的优点是冷水箱有一定的蓄冷能力，可以减少开启制冷机的时间，增加能量调节能力，且冷水温度波动可以小一些。

其缺点为：

（1）冷水与大气接触，易腐蚀管路；　　

（2）喷水室如较低，不能直接自流回到制冷机房时，则需增加回水池和回水泵；　　

（3）用户（喷水室、表冷器）与制冷机房高差较大时，水泵则需克服高差造成的静水压力，耗电量较大；　　

（4）采用自流回水时，回水管径大，因而投资高一些。

两管制、三管制、四管制，对于风机盘管、空调器、冷热共用的表冷器的热水和冷水供应分为两管制、三管制和四管制。

　　A．仅要求冬季加热和夏季降温的系统；以及全年运行的空调系统，整个水系统内不要求有的房间加热，有的房间冷却，可以按季节进行冷却和加热的转换时，应采用两管制闭式系统。

B．当冷却和加热工况交替频繁或不同房间同时要求冷却和加热时，可采用四管制系统。

C．三管制由于冷热损失大，控制较复杂，一般不采用。

　　D．对于工艺性有严格温、湿度要求的空调系统，一般冷热水系统均分开设置

注：

以上是我公司设计的初步方案，详细方案待现场实测数据取证后专门配置设计。