【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(zhuǎn)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(dá)國家則達(dá)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(shù)回收這部分能量用于加熱自備電廠鍋爐、 、轉(zhuǎn)爐或用于居民供熱及冷卻系統(tǒng)補(bǔ)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(shè)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(cè)流速等方法，以期通過廢水的高速流動將一部分結(jié)晶體帶走，但效果不明顯，僅僅對結(jié)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(qiáng)的金屬作為換熱壁面，但由于成本過高，未能得到推廣。 本設(shè)計主要完成的內(nèi)容本設(shè)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(shè)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(shè)計論文總之，本設(shè)計的任務(wù)就是設(shè)計出符合性能要求的熱泵機(jī)組。之后許多科學(xué)家和工程師對熱泵進(jìn)行了大量研究，研究持續(xù) 80 年之久。21 世紀(jì)，隨著“ 能源危機(jī) ”出現(xiàn)，燃油價格忽升，經(jīng)過改進(jìn)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(dāng)前最有價值的新能源科技。新中國成立后，隨著工業(yè)建設(shè)新高潮的到來，熱泵技術(shù)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(xì)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(jī)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(jìn)入蒸發(fā)器吸熱汽化，達(dá)到循環(huán)制冷的目的。壓縮機(jī)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(shè)計方案選擇本設(shè)計是為了滿足煉鋼廠冷卻水中廢熱的二次利用而設(shè)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(zhǔn)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(jī)組是由取熱器、濃縮器、一次加熱器、二次加熱器及高低溫?zé)峤粨Q器所組成的熱交換器的組合體。而方案二結(jié)構(gòu)簡單，初期投入少，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。熱泵用壓縮機(jī)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(qiáng)的抗?jié)衲芰Ρ驹O(shè)計選用螺桿式壓縮機(jī)。 潤滑系統(tǒng)比較目前螺桿式壓縮機(jī)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(cè)采用的是水冷式冷凝器，而風(fēng)冷式采用的是風(fēng)冷式換熱器。 本章小結(jié)根據(jù)本章前面的比較分析，考慮到所設(shè)計的機(jī)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(jì)性，故本設(shè)計選擇半封閉式雙螺桿式水冷式熱泵機(jī)組，并采用吸排氣壓差潤滑，基本可以滿足機(jī)組工作要求，達(dá)到較好的制熱效果。4902..kJ/g???： （29）k14q5104/?： （210）?： （211）s ??? （212）??/3： （213）?????： （214）??? 壓縮機(jī)概述壓縮機(jī)為熱泵系統(tǒng)中的核心設(shè)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(jī)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)緊湊，密封性好，噪聲低。為全封閉式，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工作性能高，密封性好，噪聲低，為今后主導(dǎo)機(jī)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(jī)的選型計算（輸氣系數(shù)）查《離心式/螺桿式制冷機(jī)組及應(yīng)用》螺桿式制冷壓縮機(jī)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(jī)消耗的理論功率 ?壓縮機(jī)消耗的指示功率 ?? （軸效率） （215） ??? 一般在 之間，本設(shè)計選電動機(jī)效率為 。表 23 系統(tǒng)熱力循環(huán)計算結(jié)果參數(shù)（單位） 計算公式 計算結(jié)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(jī)出口實際焓值(kJ/kg) 21ih39。冷凝器的必要性基于熱力學(xué)第二定律 ——根據(jù)熱力學(xué)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。空氣冷卻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(jìn)口空氣干球溫度的影響,制冷壓縮機(jī)的排氣溫度高,機(jī)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(gòu)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(fù)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(jié)果，本設(shè)計選取 6 流程方案作為冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)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(xiàn)[2],R717在冷凝溫度為 53 時， =。oq??2/Wm?: 6244 5446 5802 5803當(dāng) 時，兩式 之差小于 1%，故當(dāng) = 時，??0q0?oC58W/moq（5）實際所需傳熱面積為： （314）39。計算結(jié)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(jìn)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(jìn)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(jìn)口處裝有一節(jié)流孔口。熱力膨脹閥的感溫包敷設(shè)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(cè)或低壓側(cè)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(dāng)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(jié)冰而凍裂管子，所以它的應(yīng)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(xiàn)[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(jìn)行l(wèi)iD/il組合計算，組合計算結(jié)果如表 41 所示表 41 組合計算結(jié)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?jǐn)?shù)應(yīng)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(xiàn)[5]，知 40℃?——冷凝液液膜水密度l?——液膜熱導(dǎo)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(shè)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(xiàn)[6]得 =。 39。39。Re查參考文獻(xiàn)[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(xiàn)[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(cè)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(xiàn)[3]可知，為了保證將潤滑油帶回mv壓縮機(jī)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(shè)計取 。及均能滿足換熱負(fù)荷要求。 蒸發(fā)器技術(shù)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(jī)。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(yīng)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(shè)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(jìn)入蒸發(fā)器的管程，制冷劑液體在管內(nèi)蒸發(fā)，完全轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變?yōu)檎魵獠⑽毡焕鋮s介質(zhì)的熱量，達(dá)到提熱的目的。 冷卻水側(cè)的阻力計算查文獻(xiàn)[2]阻力系數(shù)為 （315）???冷卻水側(cè)阻力為： （316）????. ?????????????????? 連接管管徑計算 取冷卻水在進(jìn)出水接管中的流速為 w=1m/s,則進(jìn)出水接管管內(nèi)徑 （317）????? 本章小結(jié)冷凝器是制冷系統(tǒng)中的放熱設(shè)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