机械蒸汽再压缩热泵系统的理论分析与实验研究
文献类型：学位论文
| 答辩日期 | 2013 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 杨鲁伟 |
| 关键词 | MVR热泵 运行特性 降膜蒸发 升膜蒸发 性能优化 |
| 学位专业 | 博士 ; 制冷及低温工程 |
| 中文摘要 | 在很多行业中，蒸发工艺是一道不可或缺的基本工序，关系着整个生产过程的成本和效率，如井盐制盐行业，奶粉行业，有害废污水处理，蒸发均是主要工作。目前普遍采用的多效蒸发的方案具有蒸汽量消耗大，能源利用率低的缺点，如何提高蒸汽利用效率成为人们的研究热点之一。溶液蒸发过程中产生的二次蒸汽经过压缩后，其热力参数恢复到原来状态，可用以继续加热溶液，这是实现蒸汽回收利用，提高其经济性的有效措施之一。机械蒸汽再压缩热泵利用压缩机向二次蒸汽输入一定的功量，蒸汽内能将达到原来加热蒸汽的热力状态，系统仅需要消耗电能，因而其应用较方便。MVR热泵技术是一项利国利民的节能环保型技术，未来将推广应用到更多行业中。基于以上背景，本文针对MVR热泵技术开展了以下几部分工作： 1、从MVR热泵节能的特性出发，对MVR系统进行能量平衡和质量平衡过程分析，质量平衡分析时，将整个系统看作一个与外界进行物质交换的单进双出系统，主要围绕涉及物料进出的蒸发器和物料循环的分离器进行。通过将整批料液在系统内循环分离过程的结果整体考虑，进行归一化处理，最后得到其与连续处理无循环过程相同的质量平衡关系式。分析能量平衡过程时，将系统视为开口热力系，除功量和过程热量进出系统外，还有物质进出引起的能量变化。对蒸发器传热分析的结果表明，系统输入的压缩功量用于补充散热损失和所获浓缩液的升温。基于能质平衡的分析，对系统实际运行的稳定工况点进行初步预测，即蒸发压力或冷凝压力不变时，系统的压缩比决定最终的运行参数。这将为系统的设计优化提供理论参考和依据。 2、对影响能量平衡过程的输入功量进行分析。采用建立的通用压缩功模型计算发现，系统耗功功率随压缩比的变化趋势是先增大后逐渐减小，中间达到一最大值，系统最大功率与压缩比对应下的蒸发压力有关。将喷水压缩过程视作变质量系统热力过程，通过将实际过程分解为定容积定质量、定容积定比熵、定比熵定质量过程，建立其压缩功量计算模型，该模型可以更接近实际压缩过程。基于系统压缩比和压缩机内压比之间存在的偏差，优化确定了合适的喷水压力，从而使其内容积比效率达到最高，系统因过压缩或欠压缩需额外输入的功最小。 3、对影响能量平衡过程的传热量进行分析。基于降膜流动与蒸发模式，根据换热过程蒸发侧与冷凝侧遵循的传热量守恒关系，建立了降液膜流动与传热过程的理论模型。根据过程中边界和初始条件，确定流量、圆管内径和过程传热量后，计算液膜的理论初始速度，然后对液膜的厚度进行分析。降液量和蒸发量决定着最佳厚度，未达到最佳值都对蒸发产生不利。结合传热温差、蒸发温度和流体粘度等其它影响因素后可对降膜蒸发的传热过程进行定量定性分析。 4、在MVR系统理论分析和研究的基础上，进行系统的流程方案和主要部件设计及选型计算，完成离心风机驱动MVR系统和单螺杆MVR系统的研制，为下一步开展实验研究奠定基础。设计工况下，所研制的样机参数为，系统蒸发量100~400kg/h，系统功率3~30kW，系统压缩比1.2~3.0。 5、对MVR系统的运行特性进行了实验研究分析。离心风机驱动MVR系统中，其SMER和COP均随蒸发压力的升高而有所降低，这是由于系统绝热效率随蒸发压力升高而降低造成的；而绝热效率的降低则是由风机输气系数降低引起的。在高温高压工况范围内，随着蒸发压力和温度逐渐升高，风机吸排汽压力均升高，风机内泄漏损失增大，其输气系数进一步衰减。理论比功虽然随蒸发压力升高而有所降低，但由于绝热效率的衰减程度较大，所以系统的SMER和COP随蒸发压力升高而降低。单螺杆MVR系统中，蒸发压力升高后，三种蒸发模式下的SMER和COP均随之上升。蒸发压力升高，溶液蒸发所产生的二次蒸汽比容减小，而单螺杆压缩机的输气系数即容积效率降低很小，体积输气量减少不大，故系统的二次蒸汽质量流量随之增加；虽然系统的消耗功率也会有所增加，但后者增加的幅度小于前者，所以其SMER出现上升的趋势。 |
| 源URL | [http://202.127.2.71:8080/handle/181331/10958]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_全文传递文献库_qwcd 学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | . 机械蒸汽再压缩热泵系统的理论分析与实验研究[D]. 中国科学院研究生院. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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