朱 琳，李桂保

（億利化學(xué)工業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300）

在化工企業(yè)的生產(chǎn)中，化工原料在反應(yīng)的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的低溫余熱，為了避免化工企業(yè)余熱資源的浪費(fèi)，化工企業(yè)采用熱泵技術(shù)將余熱資源回收并利用。在近幾十年的化工工業(yè)發(fā)展中，低溫余熱源熱泵技術(shù)雖然在中國(guó)得到了一定程度的普及，但由于多數(shù)化工企業(yè)的余熱通常被直接廢棄處理，低溫余熱源熱泵技術(shù)的發(fā)展受到了限制。在對(duì)化工企業(yè)的低溫余熱源熱泵節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究的過程中，為了進(jìn)一步提高方案的切實(shí)性，以企業(yè)的余熱源處理技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對(duì)不同化工企業(yè)的余熱源能量進(jìn)行調(diào)研與研究，對(duì)比不同類型余熱源熱泵系統(tǒng)中項(xiàng)目的能量輸入和能量支出，并在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上更為合理地分配余熱回收系統(tǒng)的裝機(jī)容量，使不同類型化工企業(yè)的余熱源得到科學(xué)的分配與管理。

1 化工企業(yè)低溫余熱源熱泵技術(shù)概述

1.1 低溫余熱源熱泵工作原理

與水泵的工作原理相類似，低溫余熱源熱泵技術(shù)是將化工作業(yè)中的剩余熱量傳遞到高溫處，從而使得化工設(shè)備中的熱量進(jìn)一步增加，以滿足化工生產(chǎn)中的高溫需求，在這一熱量提升的過程中，余熱源熱泵裝置起到了重要作用。不僅通過收集利用化工設(shè)備周邊的余熱避免了能量的浪費(fèi)，也有效促進(jìn)了化工作業(yè)中高溫反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。由于在熱泵的實(shí)際工作中驅(qū)動(dòng)力的不同，在不同的化工反應(yīng)中所采用的余熱吸收裝置也存在差異[1]。在處理工質(zhì)蒸汽熱源的過程中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工質(zhì)蒸汽中高質(zhì)熱能的有效回收，通常選用吸收式熱泵見圖1，該熱泵的設(shè)備構(gòu)成主要包括吸收器、蒸發(fā)器、冷凝器和溶液換熱器等裝置。通電后，化工產(chǎn)生的水蒸氣被吸收器中的濃工質(zhì)吸收，濃工質(zhì)在與水蒸氣結(jié)合的同時(shí)，放出熱量，這些熱量又被蒸發(fā)器吸收，蒸發(fā)器中的水分在吸熱后變?yōu)樗魵?，并與稀工質(zhì)溶液結(jié)合。稀工質(zhì)溶液與濃工質(zhì)溶液共同流入發(fā)生器，在化工反應(yīng)余熱源的作用下，稀工質(zhì)溶液被蒸濃，同時(shí)，從稀工質(zhì)中蒸濃出的水分又會(huì)進(jìn)入冷凝器中，在熱泵的作用下，冷凝器中的凝液與濃工質(zhì)共同被送回吸收器和蒸發(fā)器，從而進(jìn)行下一周期的循環(huán)。

圖1 吸收式熱泵工作原理圖

化工低溫余熱源熱泵中較為常見的還有壓縮式熱泵（如圖2），在這一熱泵的運(yùn)行過程中，首先要通過消耗電能對(duì)蒸發(fā)器中的蒸汽進(jìn)行壓縮，從而提高工質(zhì)的壓力和溫度。當(dāng)蒸發(fā)器中的溫度高于熱用戶時(shí)，就將蒸汽通入冷凝器中為熱用戶供熱，直至工質(zhì)溫度低于余熱源溫度，這時(shí)再利用熱泵將冷卻的蒸汽壓縮，并進(jìn)行下一周期的供熱循環(huán)。

圖2 壓縮式熱泵工作原理圖

1.2 低溫余熱源熱泵分類

化工企業(yè)的低溫余熱源熱泵類型主要包括熱量獲得型熱泵和溫度提高型熱泵。熱量獲得型熱泵是利用熱泵將化工反應(yīng)產(chǎn)生的余熱傳遞給高溫?zé)嵩?，而溫度提高型熱泵則是通過電能做功，提高低溫余熱的溫度，從而使得低溫余熱在加熱后能夠重新應(yīng)用于化工生產(chǎn)。在化工企業(yè)的低溫預(yù)熱源熱泵的實(shí)際應(yīng)用中，熱泵的分類還可以根據(jù)熱泵的工作原理以及循環(huán)方式進(jìn)行劃分，劃分依據(jù)的不同，也使得化工企業(yè)熱泵的分類出現(xiàn)差異。

2 余熱源熱泵的熱力學(xué)分析

2.1 熱力學(xué)分析方法探究

在對(duì)化工企業(yè)的低溫余熱源進(jìn)行研究的過程中，為了有效保證數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須采用科學(xué)有效的分析方法，最為常用的是利用均衡法和熱平衡法進(jìn)行測(cè)量[2]。在利用均衡法對(duì)化工企業(yè)余熱源進(jìn)行熱力學(xué)測(cè)量的過程中，為了有效保證余熱源系統(tǒng)的熱量利用效率，還要針對(duì)余熱源熱泵進(jìn)行系統(tǒng)性的節(jié)能效果診斷，通過對(duì)系統(tǒng)中不同設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)與考量，進(jìn)一步完善化工企業(yè)的余熱源熱泵系統(tǒng)。由于化工企業(yè)中的余熱收集場(chǎng)所主要是在余熱源中，而熱量的輸出場(chǎng)所主要是在供暖系統(tǒng)中，為了更加高效率地開發(fā)和利用化工反應(yīng)余熱源，還要對(duì)不同種類的熱量交換通道加以完善，并利用均衡法計(jì)量系統(tǒng)中各個(gè)熱量交換口的余熱轉(zhuǎn)換效率，從而為余熱源熱泵系統(tǒng)性能的進(jìn)一步完善提供有效的數(shù)據(jù)參考。熱力學(xué)分析方法中的熱平衡法是在牛頓熱力學(xué)第一定律的基礎(chǔ)上提出的，與余熱源熱泵系統(tǒng)的均衡法計(jì)量方式不同，利用熱平衡法進(jìn)行熱力學(xué)分析時(shí)，主要采用的是熱泵系統(tǒng)中的能量守恒關(guān)系，通過對(duì)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換過程的守恒推斷系統(tǒng)的余熱源開發(fā)效率，但這一方法在應(yīng)用中僅強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)中能量的守恒，而忽略了能量交換過程中余熱資源回收所造成的能量貶值和能量品質(zhì)的變化。因此，隨著化工企業(yè)對(duì)余熱源開發(fā)利用的深化，這一熱力學(xué)計(jì)量方法的應(yīng)用也在逐漸減少。

2.2 化工企業(yè)余熱源熱泵能量平衡分析

在化工企業(yè)的余熱源熱泵應(yīng)用技術(shù)中，為了進(jìn)一步提高熱泵的制熱效率，必須消耗一定的電能，從而保證熱泵系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中能量的平衡。在對(duì)余熱源熱泵進(jìn)行能量平衡分析的過程中，其性能的主要考量指標(biāo)是制熱系數(shù)φ。熱泵制熱系數(shù)是指熱用戶所得熱量和熱泵運(yùn)行所消耗電能的比值，其公式表示為φ=QH/W，其中，W 表示熱泵壓縮機(jī)運(yùn)行消耗功率，而QH 則表示熱泵向熱用戶輸送的熱能。在化工生產(chǎn)中，由于熱泵中不同反應(yīng)室的蒸汽和工質(zhì)溫度不同，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與環(huán)境之間能量的平衡，就必須利用熱泵做功，使得外部熱源的能量能夠輸送到熱壓縮機(jī)和熱用戶中，通過降低熱泵熱量損耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)余熱源能量的有效控制。在化工企業(yè)的余熱源熱泵系統(tǒng)中，在能量轉(zhuǎn)換的同時(shí)，必然伴隨能量的損失，因此，為了更加有效地實(shí)現(xiàn)熱泵對(duì)能量的平衡調(diào)節(jié)，就要嚴(yán)格控制熱泵的電能消耗，通過提高熱泵做功的效率而減少余熱源能量的損失，從而將更多的熱能提供給熱用戶，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工企業(yè)余熱源的高效開發(fā)與利用。

3 化工低溫余熱源熱泵應(yīng)用探究

隨著化工企業(yè)中熱泵對(duì)余熱源開發(fā)利用效率的提高，工業(yè)中的干燥，蒸餾等多項(xiàng)工藝領(lǐng)域也開始引入該技術(shù)，并以此提高余熱利用效率，促進(jìn)企業(yè)的盈利與發(fā)展。低溫余熱源熱泵在化工干燥的應(yīng)用中，為了有效避免熱泵排氣造成濕熱源的廢棄，應(yīng)在濕熱源處設(shè)立循環(huán)排氣系統(tǒng)，并利用熱泵技術(shù)將冷凝器中的空氣帶入干燥器，并對(duì)化工物料進(jìn)行干燥處理和熱處理，干空氣在吸收了化工物料中的水分之后，被引風(fēng)機(jī)直接吸收并輸送到蒸發(fā)器中；而濕空氣在冷凝處理后變?yōu)楦煽諝獠⑦M(jìn)入下一循環(huán)，這不僅使得化工企業(yè)的物料質(zhì)量得到了提高，也極大地節(jié)約了化工熱能。熱泵在化工蒸餾的應(yīng)用過程中，能夠?qū)λ敵鰜淼幕ふ羝苯舆M(jìn)行壓縮處理，壓縮后的蒸汽溫度得以提高，再將其注入塔底進(jìn)行沸騰處理。在蒸餾系統(tǒng)中蒸汽冷凝的過程中，熱泵將冷凝放出的低溫?zé)徇M(jìn)行收集并用于物料的化工反應(yīng)的加熱，這使得化工蒸餾過程的效率得到了極大的提高，也在一定程度上節(jié)省了化工生產(chǎn)的成本投入。

4 結(jié)論

在化工企業(yè)中低溫余熱資源的開發(fā)與利用中，熱泵技術(shù)直接決定著余熱源的開發(fā)效率，因此，為了進(jìn)一步提高化工企業(yè)的余熱資源利用效率，就要針對(duì)熱泵工作環(huán)境的溫差進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，通過降低溫差以提高熱泵的工作效率，這對(duì)于化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升也有著重要意義。

［1］李 陽.化工企業(yè)節(jié)能原理與技術(shù).西安：西安交通大學(xué)出版社，2013：21.

［2］彭 琪.低溫廢熱高?；厥障到y(tǒng)及其評(píng)價(jià).熱能動(dòng)力工程，2012（12）：20－35.