余热高温热泵技术特点 供热效率及运营成本分析
胡书雄
[摘 要]要提高能源使用效率，同时维护好生态环境，对工业生产中所产生的余热资源充分利用起来是非常必要的，采用热泵技术对工业低温余热进行回收已经成为重点研究课题，本论文针对热泵技术回收工业低温余热的相关问题展开研究。
[关键词]热泵技术；工业低温余热；回收
中图分类号：T143 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0043-02
引言
要对低位热能有效回收并合理利用，采用热泵技术是非常必要的。特别是目前中国的工业能源消耗量逐渐增多，而且环境污染日趋严重，对热泵技术有效应用，可以达到良好的节能降耗的作用[1]。
一、工程的基本介绍
本论文的研究以某工业企业的工业低温余热回收情况进行研究。这个企业的热水供应为每天3次定时供应，每次的供水量大约为90min，供水量为170m3，热水的温度为40℃至50℃之间。企业所安装的喷淋头为100个。当进入到冬季，企业的建筑物需要供暖，供暖的面积大约为200000m2。企业在运行中平均每天都会有很多的工艺冷却水产生，当冷却水槽中的冷却水运送到换热器中，就会有大量的工艺低温余热产生，温度并不高，为28.6℃至35.7℃之间，当水流入到冷却塔之后，就可以经过冷却之后温度下降，从原有的35.7℃降到28.6℃。
二、热泵系统的设计
（一）生活热水热泵系统的设计
生活热水热泵系统的设计中，所采用带电处理设备为热泵蒸发器，而不再使用冷却塔冷却工艺。当热泵处于运行状态的时候，关闭了阀门1和阀门2之后，就会同时打开阀门3和阀门4。当蒸发器中流入工艺冷却水时候，就会有大量的热能释放出来，此时，水的温度从原有的35.7℃降到28.6℃。生活热水的循环主要是在冷凝器和水箱之间进行，流经冷凝器的时候，水的温度就会有所提升，大约为5℃左右。当水温达60℃的时候，热泵机组和循环泵就会停止运转，此时，关闭阀门3和阀门4之后，就会同时打开阀门1和阀门2，工艺冷却水流经冷却塔之后，温度就会下降。（图1：生活热水热泵系统）
（二）采暖热泵系统的设计
进入到冬季，工艺冷却水流入到采暖热泵机组中，水的温度就会降低，从35.7℃降到28.6℃。热泵在运行中对将工艺冷却水所释放的热量进行吸收，用于供暖使用，使供暖回水的温度维持在40℃至50℃之间。（图2：采暖热泵系统）
三、能源节约分析
将热泵技术充分利用起来，采用工艺冷却水热量提取的办法对生活用水以及供暖使用的热水进行提取。生活用水每小时所消耗的热量为2024KW，平均每年所消耗的热量的总量为7.9×109KJ。如果一年的采暖期为104天，平均每年供暖所需要消耗的热量为9.1×1010KJ
根据比较可以明确，在对生活用水以及供暖所使用的热水情况来看，能源消耗量为燃煤锅炉消耗的能量为4467吨；电锅炉消耗的能量为9397吨；热泵消耗的能量为1846吨。（具体见表1）
对能源耗量进行计算的基本条件是，燃煤锅炉的运行效率为0.8；电锅炉的运行效率为0.95；热泵的运行效率为5；管网的信号输送效率为0.95。从上述关于能源消耗方面的问题进行分析，可以明确使用热泵技术进行生活用水和采暖热水的制取过程中，对于能源的消耗使非常少的，与燃煤锅炉、电锅炉相比较，可以分别减少了61%和82%。原有的冷却塔被热泵技术所取缔，就可以使得冷却塔运行中所消耗的能源节约，由此使得冷却水的蒸发量也大大降低，不仅降低了能源消耗，也达到了节约用水的目的。
四、热泵的经济分析
生活热水系统的主要热源为燃煤锅炉。在对锅炉进行技术改造之后，对于各种设备都进行了取缔，诸如贮水箱、燃煤锅炉、水泵以及供水管道达到都进行了改造，使得供水参数保留，用于供热的热水为45℃至50℃之间。这就意味着供热管网系统可以经过技术改造之后继续使用。
其一，热泵的技术改造中，主要是以水源热泵机组作为主要的设备。在生活热水系统的运行中，所采用的热泵机组为380kW；在供暖热水系统的运行中，所采用的热泵机组为1000kW，对于热泵机组所消耗的资金情况来看，总体的资金投入为1000元/kW。总体的热泵机组资金投入量为1027万元。
其二，热泵设备的运行资金投入情况来看，主要采用如下的公式进行计算：
热泵设备运行中所消耗的费用=设备运行中的额定功率×启用的台数×每天的热泵设备运行时间×运行的际天数×电价
在对热泵设备进行技术改造之前，往往对于生活热水的供应以及采暖热水的供应中，平均每年所消耗的煤资源为4466吨。如果煤资源的价格为每吨980元，所消耗的燃煤费用4375859元，其中主要是生活热水供应中对煤资源消耗的费用。
对于热泵进行技术改造之后，生活热水系统在运行中所消耗的能源就会明显降低，所消耗的资金也会大大减少。通常会减少31%，在资金的投入上也会减少很多。对生活热水系统的设备进行技术改造中，需要投入的资金已经超过了37万元，对设备进行技术改造的回收期確定为天。对采暖系统的设备进行技术改造之后，所投入的资金为2562974元，与设备的技术改造之前进行比较资金降低了1471580元，减少了约36%。采暖系统改造设备投资超过了1000万元。对所投入的资金进行回收，期限确定为7.5天。对于工艺冷却水技术，以水源热泵技术取缔，就可将供暖所使用的热水以及生活的水资源的投入费用降低，以提高企业的经济效益。
原有的燃煤锅炉在运行中，资金消耗量非常大，采用工业余热加水源热泵之后，不仅可以降低能源的使用量，而且经济效益也会有所提高，由此可以使得燃煤锅炉运行中所产生的弃废渣污染生态环境的问题得到了避免。另外，对于燃煤的运输过程中所消耗的资金，煤资源的存储所消耗的资金，尘土消除所消耗的资金，运输灰渣的过程中所消耗的资金以及对于排放问题的技术处理所消耗的资金都大大降低[2]。工业余热直接排放到空气中，会对空气造成污染，采用热泵技术对工业低温余热进行回收，就可以对工业低温余热污染环境的问题得到解决。（具体见表2）
生活热水系统在运行的过程汇总，平均每天所运行的时间为18个小时；供暖系统的运行是在冬季，运行的天数为104天，范围24小时持续性地供热。点的价格为每kW·时0.5元。
结束语
综上所述，水源热泵的运行中，将工业低温余热充分地利用起来，可以获得相对稳定的热源。通过对热泵技术的回收工艺进行分析，可以明确，热泵技术经过改造之后，平均每年都可以节约大量的煤资源，而且所投入的资金量也会有所减低。可见，采用热泵技术对工业低温余热进行回收利用，既可以节约能源，还能够提高经济效益。
参考文献
[1] 尚建程，赵文喜，张建军.热泵技术回收工业低温余热的探讨[J].科技前沿，2013（07）：60—61.
[2] 郑晓菲，贺明健.水源热泵在低温地热生活热水系统的应用[J].煤气与热力，2015（26）：39—42.endprint
