高温高湿空气余热回收热泵系统研究

论文总字数：36779字

摘 要

印染行业作为典型的高能耗、高物耗、高污染的“三高行业”，每年均会消耗大量的热能，而其中有很大一部分都以废气（高温高湿空气）的形式直接排放到了大气当中。既浪费了大量余热资源，又造成了严重的环境热污染。本文即针对高温高湿空气，以三友化纤有限公司节能改造项目为背景，设计并研究了余热回收复合型热泵系统。该系统由直接换热器和热泵主机复合而成，可以实现能量的梯级利用，在充分回收高温高湿空气余热的同时保持较高的系统能效比。

本文通过现场调查，了解了厂区内高温高湿空气的分布概况并利用自制的便携式空气参数测量仪对排气参数进行了测量与整理。以厂区内生产二线A区第1排风口为例，设计了9种不同的余热回收分配方案，考虑到复合型热泵系统的特殊性，在常规热力学分析的基础上加以改进形成了改进热力学分析，再通过采用静态投资回收期法的经济性分析，最终选定方案5作为最佳方案（该方案静态投资回收期为1.631年，系统性能系数为6.43）。在选定最佳方案的背景下又进行了系统关键换热器的结构设计并分析其换热以及流动阻力情况。同时考虑到现场环境往往会对空气侧换热器迎风面积大小构成限制，本文还讨论了不同迎风面积下不同的换热器设计所带来的空气侧流动压损对系统能效比的影响，并由此提出在空气侧换热器设计时的建议。为了为后续样机试制和工程应用积累经验，本文还利用实验室现有的高能效比多功能热泵实验台开展了相关认识性实验研究，对复合型热泵系统特性有了更好的了解并间接证明了本文热力学分析的正确性。

关键词：余热回收；高温高湿空气；复合型热泵系统；换热器设计

Abstract

As a typical “three high industry”, printing and dyeing industry consumes a lot of heat energy every year, which has a large part of the form of exhaust air(high temperature and high humidity air) emissions directly into the atmosphere. Not only wastes a lot of waste heat resources, but also causes serious environmental thermal pollution. This paper designs and studies the composite heat pump system of high temperature and high humidity air waste heat recovery, in the background of the energy-saved project of Sanyou Chemical Fiber Co-,Ltd. This system consists of a direct heat exchanger and a heat pump. It can achieve the cascade utilization of energy and maintain a high system energy efficiency ratio in the full recovery of high temperature and high humidity air.

In this paper, through the field investigation, the distribution od high temperature and high humidity air in the factory is summarized and the exhaust parameters are measured and sorted by the portable air parameter measuring instrument. Take the effluent outlet (A1) as an example, this paper designs nine different waste heat recovery schemes. Through the improved thermodynamics analysis and economic analysis, the final selection of scheme 5 as the best solution (=1.631year, =6.43). In the context of selecting the best solution, the structural design of the key heat exchangers is carried out and the heat transfer and flow resistance are analyzed. Considering that the environment tends to limit the windward area of the air side heat exchanger, this paper also discusses the influence of different windward area on the system energy efficiency ratio(), and proposes an advice on the design of the air side heat exchangers. In order to accumulate the experience for the follow-up prototype and engineering application, some relevant cognitive experiment researches are carried out by using the existing energy-efficient multi-function heat pump test bench. Besides they also lead to a better understanding of the characteristics of the composite heat pump system and indirectly prove the correctness of this paper’s thermodynamic analysis.

Key words: waste heat recovery; high temperature and high humidity air;

composite heat pump system;heat exchanger deign

主要符号对照表

主要下标：

目 录

摘 要 I

Abstract II

主要符号对照表 III

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.1.1 中国能源背景 1

1.1.2 印染废气余热现状 1

1.1.3 选题意义 2

1.2 国内外印染废气余热回收现状 2

1.2.1 印染废气余热回收方式 2

1.2.2 热泵技术应用现状 3

1.3 本文主要工作 3

第二章 排气参数现场测试 4

2.1 厂区高温高湿空气分布概况 4

2.2 排气参数测量方法与仪器 4

2.3 排气参数测量结果与整理 5

2.4 本章小结 8

第三章 复合型热泵系统设计与热力学分析 9

3.1 复合型热泵系统设计 9

3.2 复合型热泵系统热力学分析 10

3.2.1 不同余热回收分配方案 10

3.2.2 常规热力学分析 12

3.2.3 改进热力学分析 14

3.3 本章小结 17

第四章 不同余热回收分配方案经济性分析 18

4.1 不同余热回收分配方案总原始投资比较 18

4.1.1 关键换热器的成本估算 18

4.1.2 压缩机及其他设备的成本估算 19

4.1.3 不同余热回收分配方案总原始投资 19

4.2 不同余热回收分配方案经营年净现金流量比较 21

4.2.1 年经营收入计算 21

4.2.2 年运行成本计算 21

4.2.3 不同余热回收分配方案经营年净现金流量 22

4.3 不同余热回收分配方案静态投资回收期比较 22

4.4 本章小结 23

第五章 复合型热泵系统关键换热器设计 24

5.1 直接换热器设计 24

5.1.1 设计工况获取 25

5.1.2 基本结构预设 25

5.1.3 传热计算 27

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：36779字