低品位热能的远距离输送是上世纪末引起许多发达国家关注的新课题,尤其是在核能和工业的余热利用方面已经引起重视,成为提高能源利用率的新突破口。尽管已经有不少方法被提了出来,但是目前还没有克服有效地利用远距离低品位热能的难题。这些方法包括可逆化学反应、蓄热材料、氢吸附合金、气-固吸附和气-液吸收等。其中气-液吸收是近年提出来的新思路,与之相关的研究报道还很少。在此基础上,本文对氨水吸收技术应用于低品位热能的远距离输送进行深入的研究,主要内容包括:(1)对各种氨水吸收循环方式应用于低品位热能远距离输送的可行性进行研究。这些循环包括单级氨水吸收循环、双效氨水吸收循环、单纯复叠式氨水吸收循环、两级氨水吸收循环、带发生器稀溶液膨胀的两级氨水吸收循环、氨水吸收压缩复合循环、氨水吸收喷射复合循环、GAX氨水吸收循环以及扩散氨水吸收循环。研究结果表明,单级氨水吸收循环是目前最适合的选择,而单纯复叠式氨水吸收循环、带发生器稀溶液膨胀的两级氨水吸收循环和氨水吸收压缩复合循环也符合低品位热能远距离输送的基本条件。(2)对基于单级氨水吸收循环的低品位热能远距离输送系统进行了热力学和流体力学分析。分析结果表明,单级氨水吸收循环适合在夏季为远距离用户提供空调制冷,冷能输出温度在5°C以上比较合适,在冬季提供地板采暖和生活热水,热能输出温度在60°C以下比较合适。当热源端有130°C以上的余热可供利用时,在上述条件下,远距离制冷或制热的热力效率都可达0.5以上,而电力效率基本都在50以上。(3)针对城市采暖系统的现状,提出了一个可提升用户端输出能量品位的新型氨水吸收循环。该循环综合了两级循环、双效循环以及第二类热泵的优点,能够实现在用户端自备第二热源从而提高用户端输出温度的目的但没有增加输送负担。模拟计算结果表明,该循环尤其适合在寒冷地区使用,并且在用户端输出的热能温度比单级氨水吸收循环高得多,当输出温度达到热源温度水平时,仍然保证热力效率在0.3以上。以该循环为基础,引伸出两类简化形式,第一类简化形式适合在环境温度较高时在用户端输出高温热能,第二类简化形式则适合在环境温度较高时在用户端输出低温冷能。从新型氨水吸收循环出发,结合单级氨水吸收循环,形成了一套用户端输出温度范围大、环境适应性广的全年运行解决方案。以热源温度120°C为例,在环境温度为20~40°C,用户端输出温度30~140°C的大范围内都可以实现。(4)设计并构建了一套紧凑的小型化实验样机,对基于单级氨水吸收循环的低品位热能远距离输送系统进行热力学验证,分别对夏季远距离制冷、冬季和过渡季远距离制热进行实验研究。实验结果表明,夏季远距离制冷的热力效率一般在0.4以上,冬季远距离制热的热力效率一般在0.5以上。借助氨水吸收技术,将热能转换为氨水溶液浓度差的形式的化学能,可以实现在环境温度下低品位热能的远距离输送。该实验基本验证了基于单级氨水吸收循环的低品位热能远距离输送系统的热力学可行性。(5)对基于氨水吸收技术的低品位热能远距离输送系统进行了经济性评估。通过一个例子说明,在热源端和用户端铺设输送管路所需的成本其回收期仅有15个月。氨水吸收系统在不同的季节运行,输送管路的填充量会发生变化,这对填充量巨大的远距离输送系统来说是极为不便的。本文提出了一个可操作性的建议,即维持全年溶液浓度不变,牺牲热源和用户端输出温度适应性的折中方案。