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1、哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）摘 要近年来全国各地的雾霾问题日渐严重，粗犷经济发展模式在我国已经行不通。新能源、可再生能源开发利用和节能减排是我国基本国策。热泵是能够将低品位热能转换为高品味热能的装置，从而实现工业废热的再利用，不仅节能更可以提高能源的利用率，所以热泵装置的开发利用，符合我国目前经济发展状况和环境状况。热泵分类中水源蒸汽压缩式热泵是比较常用的形式，具有热源分布广，结构简单，初投资少，不污染水源等特点。本文主要进行炼钢厂冷却水水源热泵的设计，经过分析国内外实例及经济性分析比较后，最后确定了开启式单螺杆热泵机组的研究方案，并在热源提取上进行创新，解决了炼钢厂冷却水降温后结渣堵塞
2、换热器的难题。所以此方案兼具可靠性和经济性。本设计先对系统工作原理进行阐述，并进行方案论证。确定方案后进行系统的热力计算，由热力计算的结果对系统蒸发器和冷凝器进行设计计算，并得出所需压缩机的参数，然后进行压缩机选型。最后还对系统的其他零部件进行选型，其中包括真空泵，轴流风机，膨胀阀及油过滤器。最后还完成了系统流程图，蒸发器，冷凝器以及中间换热器的装备图。关键词： 热泵机组；冷凝器； 蒸发器AbstractIn recent years, haze increasingly serious problem across the country, the rough model of econom
3、ic development in China has not feasible. New energy, renewable energy development and utilization and energy conservation is Chinas basic national policy. Heat pumps are able to convert low-grade heat energy means high taste, enabling re-use of industrial waste, not only energy but also improve ene
4、rgy efficiency, so the development of a heat pump unit, in line with the current economic development and environmental conditions in China. Classification of water vapor compression heat pump heat pump is a relatively common form, has a wide heat distribution, simple structure, low initial investme
5、nt, do not pollute the water and so on. This paper mainly steel plant cooling water source heat pump design, through analysis of examples and comparative economic analysis of the domestic and foreign, the finalization of the open-type single screw pump units research programs and innovation in the h
6、eat extraction to solve the steel after cooling plant cooling water heat exchanger clogging slagging problems. So this program both reliability and economy. After determining program of thermodynamic calculation system, the results calculated by the heat of the system evaporator and condenser design
7、 calculations and draw the required parameters of the compressor, then the compressor selection. Finally, other parts of the system for selection, including vacuum pumps, axial fan, expansion valve and oil filter. Finally, to complete the system flow chart, an evaporator, a condenser and an intermed
8、iate heat exchanger equipment Fig.Keyword: heat pump, condenser, evaporator目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第1章 绪论- 1 -1.1 课题背景- 1 -1.2 国内外在该方向上的研究现状及分析- 2 -1.2.1 主要研究内容- 2 -1.2.2本设计主要完成的内容- 3 -1.3热泵技术在国内外的发展- 3 -1.4设计原理概述- 4 -1.5系统设计方案选择- 5 -1.5.1 方案论证- 6 -1.5.2 热泵机组压缩机型式的选择- 7 -1.5.3 润滑系统比较- 8 -1.5.4 热源侧放热方
9、式的选择- 8 -1.6 本章小结- 8 -第2章 系统的热力计算及压缩机选型- 9 -2.1 给定条件- 9 -2.2 热力计算所对应的压焓图以及参数列表- 9 -2.3 热力计算过程- 10 -2.4压缩机概述- 11 -2.5 容积式压缩机的特性和主要生产厂家- 11 -2.5.1 往复活塞式- 11 -2.5.2回转式- 12 -2.5.3 压缩机的型式确定- 12 -2.6 螺杆压缩机的选型计算- 13 -2.7 本章小结- 14 -第3章 冷凝器的设计计算- 16 -3.1冷凝器的型式和结构- 16 -3.1.1 空气冷却式冷凝器- 16 -3.1.2 水冷式冷凝器- 16 -3.
10、1.3 冷凝器选型- 18 -3.2 冷凝器设计计算- 18 -3.2.1 冷凝器的技术参数- 18 -3.2.2 冷凝器设计计算过程- 18 -3.2.3 冷凝器传热计算- 20 -3.2.4冷却水侧的阻力计算- 22 -3.2.5 连接管管径计算- 23 -3.3本章小结- 23 -第4章 蒸发器的设计与计算- 24 -4.1 蒸发器概述- 24 -4.1.1干式蒸发器- 24 -4.1.2 满液式蒸发器- 25 -4.2 蒸发器的选型和设计计算- 26 -4.2.1蒸发器技术参数- 26 -4.2.1 热源水蒸气流量- 26 -4.2.2蒸发器结构的初步规划- 27 -4.2.3计算管外
11、水侧的表面换热系数- 30 -4.2.4 计算管内沸腾表面换热系数- 31 -4.2.5 计算阻力及传热温差- 32 -4.2.6传热系数及按内表面计算的热流密度- 33 -4.2.7 所需之传热面积- 34 -4.3 本章小结- 34 -第5章 主要辅助设备- 36 -5.1 油过滤器的选型- 36 -5.2 膨胀阀的选型- 36 -5.3 真空泵选型- 37 -5.4 轴流风机选型- 38 -5.5 本章小结- 38 -第6章 临界绝缘直径测量实验台设计- 39 -6.1一维圆通壁传热过程推理- 39 -6.2 临界绝缘直径- 40 -6.3 设计临界绝缘直径测量实验的意义- 41 -6.
12、4 适于实验教学保温材料的确定- 41 -6.4.1 硅砖- 41 -6.4.2 轻质耐火粘土砖- 42 -6.4.3 PVC材料- 43 -6.4.4 矿渣棉- 43 -6.4.5 镍钢- 44 -6.4.6 灰铸铁- 45 -6.4.7 小结- 45 -6.5 实验过程设计及实验台搭建- 45 -6.5.1 实验步骤- 45 -6.5.2 实验台搭建- 46 -结 论- 47 -主要参考文献- 48 -附 录- 51 -附录1 英文文献翻译- 51 -附录2 英文文献- 61 -54第1章 绪论1.1 课题背景产生大量的余热产业，如果废热直接排入环境，它不仅浪费能源，而且也破坏环境。因此，
13、能量回收近几十年来吸引了大量的关注。热泵就是一种能够将低温热能转换为高温可直接利用的热能的装置，也是近年来在全世界范围内倍受关注的新能源技术，人们所熟知的“泵”是一种能够提高势能的装置，如水泵，可以将低处的水抽到高处具有更高的势能。而“热泵”是一种能从自然界的水中，空气中，土壤中或者从工业排放的废水、废气中获取低品位热能，再由电力做功，转换成可供人们直接利用的高品味热能的装置。水从高处流向低处，热由高温物全传递到低温物体，这是自然规律。然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低
14、温热水等中的热量，热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。我国能源紧缺，一次能源及各种余热资源利用水平较低，我国工业能源消费量占总消费量的70以上，而余热资源回收率仅30%40%，而发达国家则达到了60%70%。工业废水中含有大量余热，以各种形式被排放到大气中，不但浪费了大量能源，还造成了区域热污染，若是能够将这些能源回收，用于城市供暖和生产、生活热水，不单能节省燃料的使用，还是变污染为能源。2012年我国生铁产量达到了6.5亿吨，高炉炼铁使用大量的冲渣水，这些冲渣水的热量被排放到大气中白白浪费了；平均渣铁比按0.44计算，全年产生高炉渣约为
15、2.86亿吨。每吨高炉渣需要10吨左右的循环冲渣水；则每年用于冲渣的循环水量约29亿吨；按照提取20 温差计算，每年可供热的建筑面积为4.75亿平方米；每年可节省标煤超过800万吨。同时还有淬渣蒸汽、连铸蒸汽等大量废蒸汽，都有待开发利用。巨大的钢铁产量意味着大量的冲渣水，若是能够将其热能加以利用将带来多大的经济和社会效益。而提高能源利用率，降低能源消耗，减少二氧化碳排放，是钢铁行业实现可持续发展的重要措施。 炼钢厂的高炉冲渣水蕴含着大量热能，但是由于其容易在换热器中的结垢问题及其温度偏低属于低温热源等原因很难直接利用，热泵是一种高效节能设备，它可将不能直接利用的低品味热能提升为可直接利用的高品位热能。如果通过热泵技术回收这部分能量用于加热自备电厂锅炉、转炉或用于居民供热及冷却系统补水，不仅节能更能提高能源利用率。高炉冲渣水中蕴含着巨大的高温热能，但由于其中也含有大量达到饱和程度的钙镁离子等杂质，利用现有常规的方式让冲渣水直接进入供热管网或利用板式换热器、壳管式换热器等换热装置进行热能提取时，均会造成钙镁离子迅速、大量
