原创 姜丰勇 工业环保节能净化工程技术 2024-05-29 11:11 山东

 工业生产中，大量消耗的化石能源最终以废气和废水的形式被排放，其中只有约30%的热能得到再利用。不仅整体能源利用效率低，温室气体排放量大，也使企业能耗费用居高不下。高温/超高温热泵技术可将低温废热等通过少量电能转换为高温热能，满足企业用热需求。随着电力结构中“绿电”比例的上升，有望实现零/近零碳供热，对工业增效减碳降费可发挥重要作用。一般将制热温度在80~100℃范围的热泵称为高温热泵。

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   热泵技术在工业应用中的可行性取决于生产需要的温度水平。常温热泵的冷凝温度小于60℃，中温热泵的冷凝温度在60℃~90℃，目前中低温热泵的技术相对较成熟，市场上也有大量的商业化产品。高温热泵能够提供高达150℃的热媒介质，如热泵蒸汽发生系统，正在进行产业化。可以预见，在碳达峰、碳中和的大背景下中，高温热泵是未来热泵技术研究的重要方向之一，技术突破将导致的性能和可靠性的大幅提升。中高温热泵的应用前景十分广阔，市场前景不可限量。

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   热泵可用于各种工业部门的供热电气化，通过提供能源或利用废物流作为能源，热泵技术可支持各种典型工业。通过提供能源或利用废物流作为能源，热泵技术可支持的典型工业包括造纸、食品饮料、化学、汽车、金属、塑料、机械工程、纺织品、木材等。

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超高温热泵蒸汽发生系统技术原理：

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  系统包括热泵子系统和高温出水（蒸汽）子系统，主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀、闪蒸器、管道部件和相关的控制部件组成。热泵子系统的工作原理：低温低压的液态工质，首先在蒸发器里从低温热源吸热并气化成低压蒸气，然后气态工质在压缩机内压缩成高温高压的蒸气，该高温高压气体在冷凝器中放热，将热量传给另一路高温热源后冷凝成高压液体。再经节流元件节流成低温低压液态工质进入蒸发器，如此循环往复，完成热泵循环。

    高温出水（蒸汽）系统的工作原理：闪蒸后的尾水与补充水混合，经水泵加压后进入冷凝器吸收来自热泵工质的冷凝热变成高温高压水，之后高温高压水进入闪蒸器中闪蒸出高温蒸汽。

技术优势：

制备低压蒸汽通常有以下三种方式：

（1）电加热锅炉；

（2）燃气锅炉；

（3）超高温热泵机组蒸汽发生系统。

  以上蒸汽制备技术的特点对比见下表。以下数据以蒸汽产量3.33t/h为例：

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  通过上表对比分析可以看出，超高温热泵机组运行成本远低于电加热锅炉及燃气锅炉，在节能降耗方面具有突出优势，因此，本项目建议采用超高温热泵机组，一方面回收部分循环冷却水余热，减少现有循环冷却水冷却塔运行费用，一方面制备低压蒸汽。

   下面以某工厂循环冷却水余热利用技术方案分析超高温热泵蒸汽发生系统的技术优势：

项目概况：

   某工厂每天有大量60-65℃的循环冷却水产生，目前，这部分循环冷却水主要通过冷却塔降温至35℃左右，然后通过循环水泵送回生产线的换热器，换热后升温至60-65℃冷却水。这部分热量主要通过冷却塔散失到了大气中，未能得到充分利用。

  而同时，目前正在建设一套多效蒸发装置，通过对废水多次浓缩蒸发工艺进行处理。多效蒸发装置目前需要130℃的低压蒸汽，每天需求80吨（即3.4t/h），本方案计划利用循环冷却水余热制备130℃左右的低压蒸汽。

主要设计参数如下表：

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工艺流程描述：

   从冷却塔供水管道入口利用管道增压泵抽取306t/h循环冷却水（60-65℃）送至新建超高温热泵机组，循环冷却水经超高温热泵机组后降温至55-60℃；超高温热泵机组回收循环冷却水余热，可以产生358t/h的125℃热水，热水通过闪蒸罐产生120℃的低压蒸汽，低压蒸汽首先储存至稳压罐，然后稳定对多效蒸发系统供应蒸汽。

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主要选型计算参数见下表：

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超高温热泵蒸汽发生系统见下表：

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主要技术经济指标：

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   由以上计算表可以看出，本项目年运行成本178万元，而如果采用常规的“电加热锅炉”路线，每年的运行成本高达697万元，采用本方案每年可为企业节省运行成本512万元/a。

工业超高温热泵蒸汽发生系统产品参数介绍：

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