【摘 要】
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在中国欧美等地区的能源密集型产业每年要产生数以万亿计焦耳的工业余热,这些余热绝大部分都以废热的形式直接排放至周围环境中,造成的能源浪费十分巨大,能源利用率也因此降低。寻找节能环保的能源利用技术,特别是能够利用工业余热的技术有助于缓解余热资源的浪费,提升能源利用率,减少能源消耗,符合国家战略。硅胶-水吸附式制冷与其他制冷方式相比,具有节能环保无污染运行安全性高等优势,因而特别适合于太阳能制冷、余热回
【基金项目】
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上海市青年科技英才扬帆计划项目(19YF1423100); 国家自然科学基金资助项目(51906136);
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在中国欧美等地区的能源密集型产业每年要产生数以万亿计焦耳的工业余热,这些余热绝大部分都以废热的形式直接排放至周围环境中,造成的能源浪费十分巨大,能源利用率也因此降低。寻找节能环保的能源利用技术,特别是能够利用工业余热的技术有助于缓解余热资源的浪费,提升能源利用率,减少能源消耗,符合国家战略。硅胶-水吸附式制冷与其他制冷方式相比,具有节能环保无污染运行安全性高等优势,因而特别适合于太阳能制冷、余热回收利用等场合。进一步推广硅胶-水吸附式制冷系统的应用,充分发挥其无需氟利昂等传统制冷剂而造成臭氧空洞环境污染的优势,高效利用能源尤其是工业余热,努力推进硅胶-水吸附式制冷机的产品化是硅胶-水吸附式制冷技术发展的最终目标。现有的研究主要集中在从制冷循环、工质对的选择等方面出发提升吸附式制冷系统的运行性能,包括制冷量和COP(Coefficient Of Performance),而关于硅胶-水吸附式制冷系统的实际运用的探讨较少。此外,已有研究对于硅胶-水吸附式制冷产品的实际应用更多地偏向于太阳能热驱动制冷,对于工业低温余热的回收利用研究较少,对于90℃以下低温余热制冷研究存在空白。针对上述问题,本文选取数据中心余热回收和空压机余热回收两个场合对硅胶-水吸附式制冷机应用在工业余热回收利用进行了探讨。本文首先对当前的余热回收利用情况进行概述,从当前工业余热回收利用的方法和困难入手,在热源温度匹配,性能系数对比以及热源温度波动适应性三方面分析硅胶-水吸附式制冷技术应用于工业余热回收利用的优势,并对硅胶-水吸附式制冷技术研究进展进行了总结。接着对硅胶-水吸附式制冷技术运用在工业余热回收进行理论分析,包括热力循环图分析,确定工业低温余热的90℃以下的温度区间,构建数据中心和空压机两种场合的低温余热回收系统。对硅胶-水吸附式冷水机组和冷风机组进行设计,其中冷水机组增加回质循环,冷风机组蒸发器增加热管结构,吸附材料选择0.5-1.5mm规格的硅胶,吸附床、冷凝器和吸附床都采用高效的换热设计,提升系统运行的性能。分别建立两台机组的测试系统,进行实验并对实验结果进行分析。基于理论和实验分析,硅胶-水吸附式制冷技术应用于工业余热回收利用是完全可行的。实验结果表明热水进口温度、冷却水进口温度、冷冻水/冷风出口温度、回质时间、制冷时间、热水流量均会影响系统性能,在仅改变一个参数的条件下,提高热水进口温度,降低冷却水进口温度,提高冷冻水/冷风出口温度,提高热水流量有助于提升系统运行性能,提高工业余热资源的利用率。此外两台机组具有最佳回质时间和最佳制冷时间,保持机组处于最佳回质时间和最佳制冷时间下运行能够提高系统运行性能,提高工业余热资源的利用率。综上,本文从工业余热研究现状和硅胶-水吸附式制冷技术出发,验证了硅胶-水吸附式制冷机组应用于工业余热回收利用的高效性,通过设计两台应用于数据中心余热回收和空压机余热回收不同实际场合的机组并搭建测试系统进行实验,分析了影响系统运行性能因素,为后续硅胶-水吸附式制冷机组在低温工业余热回收利用中发挥重要作用,提供理论,设计与实验指导,为能源的高效利用,国家的节能减排工作做出微薄的努力。
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