【正文】 ew energy, renewable energy development and utilization and energy conservation is China39。而“熱泵”是一種能從自然界的水中，空氣中，土壤中或者從工業(yè)排放的廢水、廢氣中獲取低品位熱能，再由電力做功，轉換成可供人們直接利用的高品味熱能的裝置。我國能源緊缺，一次能源及各種余熱資源利用水平較低，我國工業(yè)能源消費量占總消費量的 70％以上，而余熱資源回收率僅 30%~40%，而發(fā)達國家則達到了 60%~70%。同時還有淬渣蒸汽、連鑄蒸汽等大量廢蒸汽，都有待開發(fā)利用。如果通過熱泵技術回收這部分能量用于加熱自備電廠鍋爐、 、轉爐或用于居民供熱及冷卻系統(tǒng)補水，不僅節(jié)能更能提高能源利用率。采用物理過濾法可以有效去除廢水中的固體顆粒，對于防止換熱設備阻塞有一定的效果，但對于溶解于水中的離子狀態(tài)的鹽堿類物質(zhì)基本無效。也有一些企業(yè)采用提高廢水側流速等方法，以期通過廢水的高速流動將一部分結晶體帶走，但效果不明顯，僅僅對結晶問題起到了有限的延緩作用。近年來也有企業(yè)嘗試采用鈦合金或雙相不銹鋼等抗腐蝕性較強的金屬作為換熱壁面，但由于成本過高，未能得到推廣。 本設計主要完成的內(nèi)容本設計主要要完成的工作內(nèi)容包括以下幾個方面：、選擇、論證，主要設備選型計算、冷凝器裝配圖、零部件圖 800kw 煉鋼廠冷卻水水源熱泵系統(tǒng)畢業(yè)設計論文總之，本設計的任務就是設計出符合性能要求的熱泵機組。之后許多科學家和工程師對熱泵進行了大量研究，研究持續(xù) 80 年之久。21 世紀，隨著“ 能源危機 ”出現(xiàn)，燃油價格忽升，經(jīng)過改進發(fā)展成熟的熱泵以其高效回收低溫環(huán)境熱能，節(jié)能環(huán)保的特點，重新登上歷史舞臺，成為當前最有價值的新能源科技。新中國成立后，隨著工業(yè)建設新高潮的到來，熱泵技術才開始引入中國。要搞清楚熱泵的工作原理，首先要懂得制冷系統(tǒng)的工作原理。再經(jīng)節(jié)流元件（毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等）節(jié)流成低溫低壓液態(tài)制冷劑。 劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻的物體熱量之后，汽化成低溫低壓的蒸汽、被壓縮機吸入、壓縮成高壓高溫的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷卻介質(zhì)(水或空氣) 放熱，冷凝為高壓液體、經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流為低壓低溫的制冷劑、再次進入蒸發(fā)器吸熱汽化，達到循環(huán)制冷的目的。壓縮機是心臟，起著吸入、壓縮、輸送制冷劑蒸汽的作用。熱泵的性能一般用制冷系數(shù)（COP 性能系數(shù)）來評價。歐美日都在競相開發(fā)新型的熱泵。 系統(tǒng)設計方案選擇本設計是為了滿足煉鋼廠冷卻水中廢熱的二次利用而設計的能夠長期保持高效、穩(wěn)定運行，實現(xiàn)鋼鐵廠沖渣水余熱回收利用的熱泵裝置。而且對于工業(yè)廢水的腐蝕問題，尚未發(fā)現(xiàn)有很好的解決辦法。核心問題是從沖渣水能夠間接提取余熱，壁面沖渣水與換熱器壁面的直接接觸。并準備了兩套具體實施方案。圖 11 方案一運行原理圖方案二：考慮到方案一出水水溫只有 50℃左右，如果考慮輸送過程的熱量損失，這一溫度不理想。溴化鋰吸收式熱泵機組是由取熱器、濃縮器、一次加熱器、二次加熱器及高低溫熱交換器所組成的熱交換器的組合體。而方案二結構簡單，初期投入少，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。熱泵用壓縮機的特點與要求：1. 工作參數(shù)變化大、可調(diào)性好2. 適用于高溫大壓縮比的條件下工作3. 要有較強的抗?jié)衲芰Ρ驹O計選用螺桿式壓縮機。 潤滑系統(tǒng)比較目前螺桿式壓縮機的潤滑方式有兩種,一種是油泵供油潤滑,另一種是采用吸排氣壓差潤滑。水冷式是指放熱側采用的是水冷式冷凝器，而風冷式采用的是風冷式換熱器。 本章小結根據(jù)本章前面的比較分析，考慮到所設計的機組要求容積效率高，冷卻效果好，并且需要較好的可靠性與經(jīng)濟性，故本設計選擇半封閉式雙螺桿式水冷式熱泵機組，并采用吸排氣壓差潤滑，基本可以滿足機組工作要求，達到較好的制熱效果。4902..kJ/g???： （29）k14q5104/?： （210）?： （211）s ??? （212）??/3： （213）?????： （214）??? 壓縮機概述壓縮機為熱泵系統(tǒng)中的核心設備，是實現(xiàn)熱泵系統(tǒng)中工質(zhì)不斷流動的裝置。容積式壓縮機靠改變工作腔的容積，將周期性吸入的定量氣體壓縮。 特點：密封性好；結構緊湊；噪音低；無法拆卸，修理。 常見品牌：谷輪，比澤爾﹑ 博克﹑ 格拉索、 富士豪﹑ 萊富康、三菱﹑ 日立﹑ 三洋、中國泰州雪梅﹑大連冰山﹑南京五洲等。為全封閉式，結構緊湊，密封性好，噪聲低。為全封閉式，結構簡單緊湊，工作性能高，密封性好，噪聲低，為今后主導機型。分為單，雙螺桿型。、醫(yī)藥、棉紡企業(yè)、工業(yè)制冷、食品冷凍冷藏、交通工具的制冷裝置（如 HHe、Co N Cl 2等） 螺桿壓縮機的選型計算（輸氣系數(shù)）查《離心式/螺桿式制冷機組及應用》螺桿式制冷壓縮機的容積效率一般為 范圍內(nèi)，選取容積效率值為 ??：實際輸氣量 ?理論輸氣量 h./壓縮機消耗的理論功率 ?壓縮機消耗的指示功率 ?? （軸效率） （215） ??? 一般在 之間，本設計選電動機效率為 。表 23 系統(tǒng)熱力循環(huán)計算結果參數(shù)（單位） 計算公式 計算結果壓力比 單位質(zhì)量工質(zhì)制熱(kJ/kg) 1170單位容積制熱量(kJ/m 3) 理論比功(kJ/kg) 130指示比功(kJ/kg) 性能系數(shù) 9壓縮機出口實際焓值(kJ/kg) 21ih39。冷凝器的必要性基于熱力學第二定律 ——根據(jù)熱力學第二定律，封閉系統(tǒng)內(nèi)部熱能自發(fā)的流動方向是單向的，即只能從高熱流向低熱，在微觀世界表現(xiàn)為承載熱能的微觀粒子只能由有序變成無序。根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同, 常用的冷凝器有 3 種型式：水冷式、空冷式和蒸發(fā)式?？諝饫鋮s式冷凝器一般用于小型制冷系統(tǒng),雖不需要冷卻水,但冷凝器溫度受進口空氣干球溫度的影響,制冷壓縮機的排氣溫度高,機組耗能比其他型式大。冷卻水一般采用用熱網(wǎng)中的供暖水或向用戶、賓館提供熱水。1 殼管式冷凝器殼管式冷凝器分為立式和臥式兩大類。 臥式殼管式氟利昂冷凝器用銅管制造，臥式氨冷凝器用無縫鋼管制造。在套管式冷凝器中，制冷劑同時受到冷水及管外空氣的冷卻，因而它的傳熱效果好，但是金屬的消耗量較大。4 旋板式冷凝器螺旋板式冷凝器由兩個螺旋體加上頂蓋和接管構成。這種冷凝器的主要缺點是不適用于高壓。供暖水在熱管中多次往復流動。h 計算供暖面積， 3/h 可供暖面積 （32）???平均每戶面積 100m2，約可供暖 114 戶。分析:組合計算的結果，本設計選取 6 流程方案作為冷凝器結構設計依據(jù)。根據(jù)無縫鋼管規(guī)格，選用 Φ4808mm 的無縫鋼管作為殼體材料。查文獻[2],R717在冷凝溫度為 53 時， =。oq??2/Wm?: 6244 5446 5802 5803當 時，兩式 之差小于 1%，故當 = 時，??0q0?oC58W/moq（5）實際所需傳熱面積為： （314）39。計算結果如表34所示。蒸發(fā)器的類型很多，按制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的充滿程度及蒸發(fā)情況進行分類，主要有三種：干式蒸發(fā)器、再循環(huán)式蒸發(fā)器和滿液式蒸發(fā)器。干式蒸發(fā)器中，液體制冷劑經(jīng)膨脹閥后從進入前端蓋的下部，為了是氣液混合物分配均勻，在各管口的進口處裝有一節(jié)流孔口。熱力膨脹閥的感溫包敷設在回氣管上，根據(jù)回氣的過熱度來調(diào)節(jié)干式蒸發(fā)器的供液量。冷媒系于管外蒸發(fā)，可藉高壓側或低壓側的液位控制器(如浮控閥)來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器所需的冷媒流量，液位的高低是以能將蒸發(fā)器管排完全覆蓋為原則，沸騰的冷媒液可完全將熱管表面潤濕，因而能有較佳的熱傳效率。當滿液式臥式殼管式蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度過低或載冷劑流速過慢時，可能由于載冷劑結冰而凍裂管子，所以它的應用受到一定的限制，尤其是在熱泵系統(tǒng)中，很少使用滿液式臥式殼管式蒸發(fā)器，而使用干式殼管式蒸發(fā)器。干式蒸發(fā)器的回油穩(wěn)定、方便?？紤]到所選用的蒸發(fā)器要求回油方便，且制造工藝簡單，初期投入少。 熱源水蒸氣流量 vsq查文獻[5]，40 ℃水蒸氣的密度 ，??。每米管長內(nèi)表面積 每米管長外表面積 ’5f2. 每流程管子數(shù)（1）單管程熱交換器的管程流通截面積為 （45）?式中： ——制冷劑的質(zhì)量流量。 3. 選用流程方案 所需總管長 （47）.??確定流程數(shù) N，總管數(shù) NZ，有效單管長 ，殼體內(nèi)徑 及長徑比 進行l(wèi)iD/il組合計算，組合計算結果如表 41 所示表 41 組合計算結果流程數(shù) N 總根數(shù) Z有效單管長 l殼內(nèi)徑 Di 長徑比 l/Di2 178 4 356 6 534 選用 4 流程方案，由于制冷劑在管內(nèi)相變，為保證管內(nèi)壓力穩(wěn)定，所以每流程的管字數(shù)應遞增。初選每流程管子數(shù)為 根，流程數(shù)為0mi? ?，總管數(shù) 根。25Cn?從上到下，各流程管子數(shù)依次為 89，90，92，95。查參考文獻[5]，知 40℃?——冷凝液液膜水密度l?——液膜熱導率l?——液膜動力粘度l?——管外徑d——冷凝器溫度。K)， pa 239。.07?? （424）39。316419Re 39。 2639。????）對數(shù)平均溫差為： （430）39。 的計算式合230/iq?? 2?理 0K （433）?????????:按外表面計算的熱流密度為 （??:） 所需之傳熱面積 （435）???初步設計蒸發(fā)器外表面有效換熱面積為 ，比需要的傳熱面積大 28%，因而初步規(guī)劃中所定的尺寸有足夠的余量，是合適的。39。 ?????式中 為兩相流動時阻力的換算系數(shù)，查參考文獻[6]得 =。 39。39。Re查參考文獻[7], 壓力 P=，t=20℃時，R717 過熱蒸汽運動粘性系數(shù)m2/s。每根管中的質(zhì)量流量為： （420）???質(zhì)量流速為： （421）2224..6/(ms)0mrigd???:所以 （422）. (K)1i iqq??? 計算阻力及傳熱溫差1. 制冷劑飽和蒸氣的流速 39。 ℃w2w查參考文獻[6]，液膜物性參數(shù)按平均溫度 30℃查取。0 （49）??1 2(2).????????? 計算管外水側的表面換熱系數(shù) s （410）??????? cA （411?????????） cu （412）?、下缺口面積 、1b （413）???????? （414）22. ..3i ? bA （415）???????? bu （416）?7. 與 的幾何平均值 ubc1 （417）.??管外換熱系數(shù) 1? （418）??????12341 ???????????????????:式中：——重力加速度。上缺口內(nèi)管子數(shù) 根，下缺口內(nèi)管子數(shù) 根?？偣軘?shù) 根。查文獻[3]可知，為了保證將潤滑油帶回mv壓縮機制冷劑在換熱管的出口流速大于 4m/s，此時制冷劑的流速一般為，本設計取 。及均能滿足換熱負荷要求。 蒸發(fā)器技術參數(shù)蒸發(fā)器型式為臥式干式殼管式換熱器。多用于制冷劑易泄露的開啟式壓縮機。干式蒸發(fā)器的蒸發(fā)管表面為部分液體潤濕，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)略低。滿液式臥式殼管式廣泛地應用于船舶制冷、制冰、食品冷凍和空氣調(diào)節(jié)中。缺點是：制冷劑在換熱管束內(nèi)供液不易均勻，弓形折流板制造與裝配比較麻煩，由于裝配間隙的存在，載冷劑在折流板孔和換熱管間、折流板外周與筒體間容易產(chǎn)生泄漏旁流，從而降低傳熱效果。為了增加管外載冷劑的流速，在殼體內(nèi)橫跨管束裝設許多折流板。 干式蒸發(fā)器1. 制冷劑入口 圖 41 蒸發(fā)器簡圖干式蒸發(fā)器中，熱力膨脹閥或電子膨脹閥直接控制液體制冷劑進入蒸發(fā)器的管程，制冷劑液體在管內(nèi)蒸發(fā)，完全轉化為氣體，而被冷卻的介質(zhì)則在管外的管程流動。蒸發(fā)器的作用是利用液態(tài)制冷劑沸點一般較低，在低壓環(huán)境下沸騰相變，轉變?yōu)檎魵獠⑽毡焕鋮s介質(zhì)的熱量，達到提熱的目的。 冷卻水側的阻力計算查文獻[2]阻力系數(shù)為 （315）???冷卻水側阻力為： （316）????. ?????????????????? 連接管管徑計算 取冷卻水在進出水接管中的流速為 w=1m/s,則進出水接管管內(nèi)徑 （317）????? 本章小結冷凝器是制冷系統(tǒng)中的放熱設備，高溫高壓的制冷劑氣體通過冷凝器將熱量傳遞到周圍介質(zhì)中。39。圖 32 傳