超高温热泵的5种一体化组合方式
发布时间:2024-03-22

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超高温热泵的组合方式多种多样,可根据外部参数和热泵流程的特点进行个性化搭配。这种组合并不是多个独立热泵通过管道串/并联在一起,而是将几种设备有机结合起来,合并冗余部件,优化内部流程,构成一体化热泵。

1、复叠压缩式热泵

如果余热温度处于低温制冷剂的适用范围,而产热温度处于高温制冷剂的适用范围,可以将两种制冷剂循环复叠应用。因为使用了两种不同的制冷剂,不能混和,需要用换热器隔离。这个换热器既是低温循环的冷凝器,又是高温循环的蒸发器。

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2、多级压缩式热泵

如果余热和产热温度处于一种制冷剂的使用范围,仅仅因为单台压缩机无法实现足够大的压缩比,可以使用多级压缩机串联结构。其系统流程与上图类似,因为采用单一制冷剂,无需隔离,蒸发冷凝器改为气液分离器即可。目前单一制冷剂的温升幅度不够大。

(补充说明:出现上述情况,主要原因在于压缩机,特别是离心式压缩机,是按照制冷工况设计的,压缩比普遍不高,且重新设计难度较大,根据项目参数个性化设计困难。这也是压缩式热泵在供热领域应用的一个绊脚石。)

3、压缩式热泵+水蒸气压缩机

这也是一种复叠热泵。如果热泵高温介质为水蒸气,为了避免多次换热带来的损失,可以将复叠热泵的高温循环改为水蒸气压缩。水蒸气压缩部分可以多级压缩,产生压力足够大的蒸汽,适用性更广泛。

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4、压缩式热泵+第二类吸收式热泵

二类热泵的中温余热与产热之间的温差受外部参数限制。为了突破极限,可以用压缩式热泵提高二类热泵的内部参数,实现更大的温升、更高的热效率。这种高温热泵仍以吸收式循环为基础,产热温度不超过165℃,但热效率可突破50%。该组合的形式多样。

5、第二类吸收式热泵+水蒸气压缩机

二类热泵的制冷工质是水蒸气,在合适的范围内,可以使用水蒸气压缩机提升机组性能。水蒸气压缩机可以在二类热泵的出口使用,突破165℃的温度限制;也可以用在内部水蒸汽的加压,提高二类热泵的产汽量和热效率,突破50%的热效率。

上述超高温热泵只是列举了两级组合的方式。实际应用中,还可以三级或多级组合。需要说明的是,级数越多,设备越贵、能耗越大。为了降低造价和运行费用,还应仔细分析工艺流程,找到合适的余热点和用热点,避免最低温取热、最高温供热的尴尬。

在低碳能源的大环境下,余热制热/制蒸汽是工业热能供应的重要方式之一。合理搭配流程形成的个性化超高温热泵,拥有广阔的市场前景。


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