低温余热驱动的工业除湿系统性能研究

《低温余热驱动的工业除湿系统性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、低温余热驱动的工业除湿系统性能研究基金项目：国家自然科学基金（No.51576191）；国家重点研究973项目（No.2013CB228302）摘要冷凝除湿技术广泛应用于工业除湿领域，耗电量巨大，然而工业领域普遍存在低品位热量浪费的问题。本文提出一种利用低温余热应用于工业除湿的溶液除湿系统，余热的高温部分通过再生器将稀溶液转换成浓溶液，余热的低温部分驱动单效吸收式制冷机组输出冷量。浓溶液在第一级除湿器完成空气的初步除湿，中等浓溶液经过吸收式制冷机组降温提高吸收能力后，进入第二级除湿器进行深度除湿。新系统与冷凝除湿系统相比，节省电量3.39MW，新

2、系统的余热折合发电效率达到6.93%。通过对系统除湿过程驱动力的研究发现：新系统通过对不同品位余热段的综合梯级利用，改善了除湿过程除湿工质与湿空气之间的水蒸气分压力匹配。最后对系统敏感性参数进行优化。本研究为低温余热高效利用，减少电力消耗提供一种新型技术方案。关键词余热利用；溶液除湿；水蒸气分压力；参数分析0引言目前除湿技术迅猛发展，在工业方面得到了广泛应用，涉及炼铁、冶金、石化、化工、精密仪器、生物制药、电子科技等诸多领域，然而目前随着对干燥空气的需求量以及除湿深度要求的不断提高，单纯依靠压缩式制冷进行空气除湿会造成能源的巨大浪费[1]。近年来

3、“节能减排”已成为我国现阶段可持续发展的重要任务。工业领域作为耗能排热的重灾区，正是节能减排的主战场[2]。溶液除湿利用了浓盐溶液的吸湿特性，依赖盐溶液与湿空气之间的水蒸气分压力差，来吸收空气中的水分，然后将稀释的盐溶液加热后使其再生，与冷凝除湿相比，不需要那么低的制冷温度，具有降低除湿过程电力消耗的潜力。热泵除湿系统[3]依靠高品位的电能驱动，单级热泵除湿系统由于制冷机蒸发温度较低，冷凝温度较高，使得制冷机COP较低；多级热泵除湿系统COP较单级热泵溶液除湿系统有所增高，但仍靠电能驱动且维修保养复杂，不适合应用于工业除湿。张小松等人[4]提出将

4、渗析技术引入到盐溶液的再生过程，使盐溶液再生时的温度降低，使得除湿之前所需的冷量降低，同时再生过程并不会将盐分带入空气中，且再生过程能够生产淡水。研究表明：比起传统的溶液热再生过程，溶液渗析再生过程需要耗费高品位的电能，如果将光伏单元以及光热单元引入去分别驱动电渗析和传统溶液再生过程，也仅仅在某些工况下，电渗析溶液再生过程体现出优异性能，并且该技术目前投资较多。FalehA[5]等人提出一种利用反渗透溶液再生的双级溶液除湿系统，该系统在每级除湿之前配备一个蒸发冷却器，并将干空气输送之前经间接蒸发式冷却器降温，该系统利用反渗透法浓缩盐溶液的同时，得

5、到了一部分淡水可供各个蒸发式冷却器工作，非常适用靠海的潮湿炎热地区。但值得注意的是，利用反渗透法需要非常高的工作压力，有一定的安全隐患；另外，该系统利用直接蒸发式冷却器冷却空气，增加了系统的除湿负荷，同时也使得送风最后的绝对含湿量偏高。上述溶液除湿系统均需要电能的输入，不利于工业干燥中的节能减排。相关学者提出利用依靠太阳能驱动的溶液除湿系统。代彦军[6]等人提出一种太阳能驱动的两级双溶液的除湿系统，先用价格廉价的氯化钙溶液进行预除湿，然后用除湿性能较好的溴化锂溶液进行深度除湿，但除湿侧盐溶液受限于冷却水温度，因此系统除湿效果受到限制，不适用于对湿

6、度要求较高的情况。KhalidAhmed[7]提出一种集成了吸收式制冷的太阳能溶液除湿系统，太阳能用以除湿后盐溶液的再生，吸收式制冷用以使除湿后的空气降温，但在该系统中，吸收式制冷机并没有考虑热量来源，而是直接利用外部的水源进行节流。目前，对于利用低品位排烟余热驱动的深度除湿系统研究较少，且工业领域迫切需要一种新型节能减排除湿技术。以炼钢企业为例，鼓风含湿量每降低1g/m³，焦比降低0.8-1.0kg/t，而降低鼓风含湿量同时还可以提高炉内理论燃烧温度，鼓风含湿量每降低1.1g/m³，高炉内理论燃烧温度可提高6.3ºC至7.6ºC[8]。本文提出

7、一种应用于工业除湿领域的溶液除湿系统，该系统利用低品位余热驱动且能对空气进行深度除湿。通过对系统建模以及通过对参比系统-冷凝除湿系统的对比分析揭示了新系统的热力性能，然后对除湿过程驱动力进行了研究，最后对新系统中的关键参数进行性能优化。1.新系统与参比新系统流程介绍图1为余热驱动应用于工业除湿的溶液除湿系统流程图。新系统采用LiCl溶液作为除湿工质。再生器出口的浓溶液1经溶液泵加压后送往溶液换热器，与除湿后的稀溶液8进行换热降温；溶液换热器出口浓溶液3在一级冷却器中被冷却水降温，浓溶液4在一级除湿器内部与新风进行传热传质，除湿过程中，水蒸气凝结放

8、热，使得LiCl溶液浓度下降、温度升高，转变为中间溶液5；中间溶液5首先在二级冷却器中被环境冷却水冷却后，再进入三级冷却器中继续放出热量