【正文】 ....................... 43 礦渣棉 ...................................................................................................... 43 鎳鋼 .......................................................................................................... 44 灰鑄鐵 ...................................................................................................... 45 小結(jié) .......................................................................................................... 45 實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建 .......................................................................... 45 實(shí)驗(yàn)步驟 .................................................................................................. 45 實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建 .............................................................................................. 46 結(jié) 論 ........................................................................................................................ 47 主要參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 48 附 錄 .......................................................................................................................... 51 附錄 1 英文文獻(xiàn)翻譯 ............................................................................................ 51 附錄 2 英文文獻(xiàn) .................................................................................................... 61 第 1 章 緒論 課題背景產(chǎn)生大量的余熱產(chǎn)業(yè)，如果廢熱直接排入環(huán)境，它不僅浪費(fèi)能源，而且也破壞環(huán)境?！　岜镁褪且环N能夠?qū)⒌蜏責(zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫可直接利用的熱能的裝置，也是近年來(lái)在全世界范圍內(nèi)倍受關(guān)注的新能源技術(shù)，人們所熟知的“泵” 是一種能夠提高勢(shì)能的裝置，如水泵，可以將低處的水抽到高處具有更高的勢(shì)能?！　?水從高處流向低處，熱由高溫物全傳遞到低溫物體，這是自然規(guī)律。同樣，在能源日益緊張的今天，為了回收通常排到大氣中的低溫?zé)釟狻⑴诺胶哟ㄖ械牡蜏責(zé)崴戎械臒崃?，熱泵被用?lái)將低溫物體中的熱能傳送高溫物體中，然后高溫物體來(lái)加熱水或采暖，使熱量得到充分利用。工業(yè)廢水中含有大量余熱，以各種形式被排放到大氣中，不但浪費(fèi)了大量能源，還造成了區(qū)域熱污染，若是能夠?qū)⑦@些能源回收，用于城市供暖和生產(chǎn)、生活熱水，不單能節(jié)省燃料的使用，還是變污染為能源。每噸高爐渣需要 10 噸左右的循環(huán)沖渣水；則每年用于沖渣的循環(huán)水量約 29 億噸；按照提取 20 ℃溫差計(jì)算，每年可供熱的建筑面積為 億平方米；每年可節(jié)省標(biāo)煤超過(guò) 800 萬(wàn)噸。巨大的鋼鐵產(chǎn)量意味著大量的沖渣水，若是能夠?qū)⑵錈崮芗右岳脤?lái)多大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 煉鋼廠的高爐沖渣水蘊(yùn)含著大量熱能，但是由于其容易在換熱器中的結(jié)垢問(wèn)題及其溫度偏低屬于低溫?zé)嵩吹仍蚝茈y直接利用，熱泵是一種高效節(jié)能設(shè)備，它可將不能直接利用的低品味熱能提升為可直接利用的高品位熱能。高爐沖渣水中蘊(yùn)含著巨大的高溫?zé)崮?，但由于其中也含有大量達(dá)到飽和程度的鈣鎂離子等雜質(zhì)，利用現(xiàn)有常規(guī)的方式讓沖渣水直接進(jìn)入供熱管網(wǎng)或利用板式換熱器、殼管式換熱器等換熱裝置進(jìn)行熱能提取時(shí)，均會(huì)造成鈣鎂離子迅速、大量結(jié)晶，附著在換熱表面，造成系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行，清洗維護(hù)也異常復(fù)雜。國(guó)外有采用 “膜過(guò)濾”技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)。在換熱過(guò)程中由于廢水溫度降低，導(dǎo)致鹽堿類物質(zhì)過(guò)飽和，必然在換熱壁面產(chǎn)生析出性結(jié)晶，造成換熱壁面污染，導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備傳熱系數(shù)下降或堵塞。而清洗方法往往是采用酸溶液浸泡，不僅會(huì)對(duì)金屬換熱面造成進(jìn)一步腐蝕，同時(shí)極易對(duì)環(huán)境造成二次污染。但由于流速的提高必然增加水泵的輸送能耗，同時(shí)由于水流的沖刷以及部分固體顆粒的磨損，加速了設(shè)備的腐蝕。要想換熱效果好，必然需要采用熱導(dǎo)率較高的金屬作為換熱壁面，而工業(yè)廢水往往都是偏酸性或堿性，加上水中各種陰、陽(yáng)離子的含量比較多，腐蝕性強(qiáng)烈，腐蝕機(jī)理比較復(fù)雜，一般的不銹鋼、碳鋼等常用的換熱材質(zhì)使用壽命都很短，一般不超過(guò) 5 年。 主要研究?jī)?nèi)容反復(fù)使用的沖渣水中必然會(huì)溶解部分硅酸鈣，同時(shí)溶進(jìn)了爐渣中含有的多種無(wú)機(jī)鹽和氧化物，形成了飽和狀態(tài)的溶液。如何在在不影響換熱效率的情況下解決換熱設(shè)備的堵塞及冷壁面是的結(jié)晶問(wèn)題是我的主要研究?jī)?nèi)容。 熱泵技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展（Sadi karnot）在 1824 年首次以論文提出“卡諾循環(huán)” 理論，這成為熱泵技術(shù)的起源。他第一個(gè)提出了一個(gè)正式的熱泵系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)稱為“熱量倍增器” 。1912 年瑞士的蘇黎世成功安裝一套以河水作為低位熱源的熱泵設(shè)備用于供暖，這是早期的水源熱泵系統(tǒng)，也是世界上第一套熱泵系統(tǒng)。20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，熱泵工業(yè)進(jìn)入了黃金時(shí)期，世界各國(guó)對(duì)熱泵的研究工作都十分重視，諸如國(guó)際能源機(jī)構(gòu)和歐洲共同體，都制定了大型熱泵發(fā)展計(jì)劃，熱泵新技術(shù)層出不窮，熱泵的用途也在不斷的開(kāi)拓，廣泛應(yīng)用于空調(diào)和工業(yè)領(lǐng)域，在能源的節(jié)約和環(huán)境保護(hù)方面起著重大的作用。前國(guó)際熱能署專門成立國(guó)際熱泵中心，設(shè)立熱泵推廣工程（Heat Pump Programme），向世界上各國(guó)推廣協(xié)調(diào)熱泵技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。相對(duì)世界熱泵的發(fā)展，中國(guó)熱泵的研究工作起步約晚 2030 年左右。進(jìn)入 21世紀(jì)后，由于中國(guó)沿海地區(qū)的快速城市化、人均 GDP 的增長(zhǎng)、2022 年北京奧運(yùn)會(huì)和 2022 年上海世博會(huì)等因素拉動(dòng)了中國(guó)空調(diào)市場(chǎng)的發(fā)展，促進(jìn)了熱泵在中國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，熱泵的發(fā)展十分迅速，熱泵技術(shù)的研究不斷創(chuàng)新。熱泵行業(yè)快速發(fā)展，一方面得益于能源緊張使得熱泵節(jié)能優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，另一方面與多方力量的加入推動(dòng)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新有很大關(guān)系 設(shè)計(jì)原理概述熱泵系統(tǒng)的工作原理與制冷系統(tǒng)的工作原理是一致的。制冷系統(tǒng)（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器。然后制冷劑氣體在壓縮機(jī)內(nèi)壓縮成高溫高壓的蒸氣，該高溫高壓氣體在冷凝器內(nèi)被低溫?zé)嵩矗ɡ缋鋮s水）冷卻凝結(jié)成高壓液體。如此就完成一個(gè)制冷循環(huán)。它們之間用管道依次連接，形成一個(gè)密閉的系統(tǒng)，制冷劑在系統(tǒng)中不斷地循環(huán)流動(dòng)，發(fā)生狀態(tài)變化，與外界進(jìn)行熱量交換。這樣，制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、壓縮、冷凝、節(jié)流四個(gè)基本過(guò)程完成一個(gè)制冷循環(huán)。制冷劑在其中吸收被冷卻物體的熱量實(shí)現(xiàn)相變。冷凝器是放出熱量的設(shè)備，將蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)功所轉(zhuǎn)化的熱量一起傳遞給冷卻介質(zhì)帶走。實(shí)際制冷系統(tǒng)中，除上述四大件之外，常常有一些輔助設(shè)備，如電磁閥、分配器、干燥器、集熱器、易熔塞、壓力控制器等部件組成，它們是為了提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可靠性和安全性而設(shè)置的。制冷系數(shù)的定義為由低溫物體傳 到高溫物體的熱量與所需的動(dòng)力之比。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，工作時(shí)它本身消耗很少一部分電能，卻能從環(huán)境介質(zhì)（水、空氣、土壤等）中提取 47 倍于電能的裝置，提升溫度進(jìn)行利用，這也是熱泵節(jié)能的原因。據(jù)報(bào)導(dǎo)新型的熱泵的制冷系數(shù)可 6 到 8。熱泵的普及率也將得到驚人的提高。高爐沖渣水實(shí)際是一種成分復(fù)雜的含氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂的水溶液，由于常年反復(fù)利用并不更新，已經(jīng)達(dá)到了飽和狀態(tài)，其中水渣雜質(zhì)在沖渣水中以固體顆?；驊腋∥锏男问酱嬖凇Ｓ捎谄渲泻写罅窟_(dá)到飽和程度的鈣鎂離子等雜質(zhì)，利用現(xiàn)有常規(guī)的方式讓沖碴水直接進(jìn)入供熱管網(wǎng)或利用板式換熱器、殼管式換熱器等換熱裝置進(jìn)行熱能提取時(shí)，均會(huì)造成鈣鎂離子迅速、大量結(jié)晶，附著在換熱表面，造成系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行，清洗維護(hù)也異常復(fù)雜。要想換熱效果好，必然需要采用熱導(dǎo)率較高的金屬作為換熱壁面，而工業(yè)廢水往往都是偏酸性或堿性，加上水中各種陰、陽(yáng)離子的含量比較多，腐蝕性強(qiáng)烈，腐蝕機(jī)理比較復(fù)雜，一般的不銹鋼、碳鋼等常用的換熱材質(zhì)使用壽命都很短，一般不超過(guò) 5 年。因此，如何避免掛垢、阻塞等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高爐沖渣水的余熱利用，是一個(gè)本設(shè)計(jì)的主要難題。實(shí)現(xiàn)換熱器不結(jié)垢、不堵塞，傳熱系數(shù)高，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。本設(shè)計(jì)采用真空相變技術(shù)，利用沖渣水在低壓下低溫沸騰相變?cè)?，以低壓水蒸氣為媒介提取沖渣水中的熱量。 方案論證方案一：將 70℃左右的沖渣冷卻水排入冷卻水罐，將冷卻水罐抽負(fù)壓狀態(tài)，隨著水罐內(nèi)壓力的降低，罐內(nèi)冷卻水沸點(diǎn)降低，降至 70℃以下時(shí)就會(huì)達(dá)到沸騰的狀態(tài)，加劇相變速度。其運(yùn)行原理如圖 21 所示。于是將增壓器出來(lái)的水蒸氣用作溴化鋰吸收式熱泵的驅(qū)動(dòng)熱源，采用第一類增溫型吸收式熱泵，加熱供熱熱網(wǎng)的循環(huán)水。溴化鋰吸收式熱泵，以蒸汽為驅(qū)動(dòng)熱源，溴化鋰濃溶液為吸收劑，水作為工質(zhì)，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點(diǎn)的特性，提取低位余熱源的熱量，通過(guò)吸收劑回收熱量并轉(zhuǎn)換制取工藝或采暖用的熱水。另外，還包括蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)等。圖 12 方案二運(yùn)行原理圖方案二雖然提供的熱量要多于方案一，但是溴化鋰吸收式熱泵需要高壓蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)，且多級(jí)提熱系統(tǒng)復(fù)雜，初期投入較高，不適合大范圍推廣。故本設(shè)計(jì)選擇方案一。其中中小型機(jī)組一般選用渦旋式或活塞式；大型機(jī)組一般選用螺桿式。螺桿式壓縮機(jī)具有以下特點(diǎn):1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少、重量輕、維修量少2. 大壓縮比條件下，可調(diào)性好3. 對(duì)濕行程不敏感4. 有良好的可調(diào)性螺桿壓縮機(jī)由氣缸、一對(duì)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子、吸排氣端蓋、滑閥四部分組成。本設(shè)計(jì)的熱泵機(jī)組功率為 800kw 屬于大型機(jī)組，綜上選擇螺桿式壓縮機(jī)。采用油泵供油潤(rùn)滑方式需增加一套油泵供油裝置, 并且需要添加一些潤(rùn)滑系統(tǒng)輔助設(shè)備，雖然運(yùn)行成本較吸排氣壓差潤(rùn)滑高，但是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能起到更好的潤(rùn)滑效果。 熱源側(cè)放熱方式的選擇熱源側(cè)放熱方式有兩種，一種是水冷式，一種是風(fēng)冷式。其中水冷式的技術(shù)成熟，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，冷量范圍寬，冷卻效果好。本設(shè)計(jì)選擇水冷式。第 2 章 系統(tǒng)的熱力計(jì)算及壓縮機(jī)選型對(duì)螺桿式熱泵機(jī)組進(jìn)行系統(tǒng)熱力循環(huán)計(jì)算的目的是為了進(jìn)一步確定設(shè)計(jì)冷凝器,蒸發(fā)器以及壓縮機(jī)選型所需要的技術(shù)參數(shù)。i 熱力計(jì)算所對(duì)應(yīng)的壓焓圖以及參數(shù)列表系統(tǒng)工作所對(duì)應(yīng)的壓焓圖如下：圖 21 系統(tǒng)壓焓圖查《制冷原理及設(shè)備》R717 熱力性質(zhì)表，得各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如下表：表 21 各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)列表點(diǎn)號(hào) P（MPa） t(℃) h(kJ/kg) V(m /kg)30 20 1471 1 25 1490 2 16203 50 450 4 20 450 熱力計(jì)算過(guò)程：∏ = = （21 ）?： （ 22）023qh164510kJ/g?： （230v17q8./?3）： （2021wh604913kJ/g???4）： （25）?： （26）0q79w13COP? （27）： （28） 21ih39。只有通過(guò)它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，把低溫低壓氣態(tài)制冷劑壓縮為高溫高壓氣體，才能保證系統(tǒng)的循環(huán)運(yùn)行。目前使用最久，工藝最完善是的是容積型壓縮機(jī)。主要分為兩類：往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式。依外部構(gòu)造分為： ：制冷量小于 60kW，多用于空調(diào)機(jī)和冰箱等小型制冷設(shè)備中。 常見(jiàn)品牌： 泰康，優(yōu)樂(lè)、谷輪、 布里斯托、 丹佛斯、 恩布拉克、伊萊克斯、日立﹑ 松下﹑ 東芝﹑ 三洋、三菱﹑DAKIN 大金、韓 LG、中國(guó)春蘭等。 特點(diǎn)：便于拆卸、維修；使電機(jī)工作條件改善；取消軸封裝置，無(wú)漏油；噪音低，結(jié)構(gòu)緊湊。 特點(diǎn)：拆卸方便；漏油，密封不好；噪音大。依內(nèi)部構(gòu)造分類： ：制冷量 8～12kW，多用于小型空調(diào)機(jī)和制冷設(shè)備中。但功率較小，不易維修。 ：制冷量 8～150kW ，可用于各種空調(diào) ﹑制冷設(shè)備中。 常見(jiàn)品牌：谷輪、美優(yōu)樂(lè)、日立﹑ 松下﹑ 大金﹑ 三洋、