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中高温热泵在工业领域的应用及市场前景

发布日期:2022-08-23 23:05:39 来源:od体育娱乐 作者:od体育官网APP   浏览次数:1

  ℃之间。用热泵提供这部分热量将显著减少化石能源消耗和二氧化碳排放。由于许多工业过程是在高温下进行,因此大容量的。热泵在工业生产中的应用场景也非常丰富,下面列举了热泵在工业中具有较大发展潜力的典型应用。

  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,我国现已有实验性解决方案和多款原型机,如热泵蒸汽发生系统,正在进行产业化,预计很快投入商业使用。可以预见,在碳达峰、碳中和的大背景下,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。

  日本神户制钢公司2011年在世界上首先制造出了直接采用压缩机,不需辅助加热设备就可以产生蒸汽的超高温热泵机组。目前按产生蒸汽的温度分为两种:SGH120和SGH165,分别可产生100C~120℃和135℃~175℃的蒸汽,可对工厂内的温排水实施热回收,适用于食品、药品、轻化工等工业的原料浓缩及干燥等多种工序。其原理如图1-11所示。

  目前,我国工业能源利用率低于世界平均水平,工业产品的平均单位能耗比发达国家高出约30%,工业消耗的能源有50%以上转变为废气和废水形式的余热,但仅有30%的废热得到回收再利用。大量的工业余热为热泵的使用提供了良好的条件,利用中高温热泵技术,结合具体工艺生产进行系统性的设计,不但可减少对环境的热污染,又可把低温余热提高到可直接利用的温度,提高能源的利用率,降低二氧化碳排放。如在原油产业中,原油在联合站的加热分离和集输都要消耗大量的热能,目前热能主要由燃油锅炉和天然气锅炉提供。如果利用高温热泵对石油开采过程中油水分离产生的30℃~50℃的余热水进行热回收,输出70℃~90℃的高温热水,取代原油加热炉对输油管道进行加

  热,取代原油加热炉对输油管道进行加热,可以降低原油的粘度,提高原油输送效率,同时节省外供热,从而获得节能效果。原油集输系统加热工艺原理如图1-12所示。

  另外,生产酸奶制品过程中,要对牛奶进行一级降温,须将37℃冷却水降至30~32℃循环使用,同时车间每天需要用80℃~85℃的热水进行间歇式清洗,应用高温热泵+蓄热水箱系统回收冷却水中的热量制取高温热水供清洗生产线使用,充分利用低谷电价,省掉了冷却系统,同时节省外供热的能源消耗,节能和经济效果良好。酸奶厂的热泵工艺原理如图1-13所示。

  利用热泵还可以回收电厂冷却水、工业废水和城市污水排放中所含的热量。工业废水的出水温度往往比较高,利用水源热泵回收其中的热量,可以用于冬季供暖或生产工艺,并逐渐应用于石油、化工、冶金、纺织、食品等各行业。据统计,直接利用加热泵技术回收电厂余热和工业余热可承担170亿平米的供热面积。利用城镇污水资源,发展污水源热泵具有显著的减排效益。现阶段,我国城市污水年排放量约750亿吨,蕴涵的热能按4℃温差回收和利用50%的水量估算,可实现约4.5亿㎡建筑的清洁取暖。污水热能回收所具有的节能环保特征完全契合清洁取暖需要,这种鲜明的需求导向使得工程推广迅速,但面临的普遍问题是污水换热器阻塞引起的换热器频繁拆洗和传热性能低下。目前正在开发低成本,高性能和免清渣的物理分离方法,适应分散、闭式、低成本污水热能回收系统的需求。

  工业干燥是一项高耗能操作,在各种工业部门总能耗中,干燥能耗大约为4%(化学工业)~35%(造纸工业)之间。在中国,干燥能耗在5280kJ/kgH.O,而美国的工业耗能中有12%用于干燥。因此,利用热泵技术降低干燥能耗对于减缓能源紧张局面具有重要现实意义。

  如图1-14所示,热泵干燥系统工作时,热干空气进入干燥室内吸收物料水分,变成热湿空气,制冷剂在蒸发器吸收干燥室排出热湿空气中的全热,蒸发为气体,经压缩机压缩后被输送到冷凝器中放出冷凝热,加热蒸发器脱水后的干冷空气,由冷凝器出来的干热空气再进入干燥室,对湿物料进行干燥。干燥空气和制冷剂均实现闭式循环。热泵干燥系统相对传统干燥技术虽维护要求较高,但有着高效节能(例如热泵低温干燥木材时可节约能耗40%~70%,干燥污泥的节能率达20%~50%)、干燥过程参数易控制、干燥时间短(相较于传统的干燥方式时间可缩短1/3)、无废气排放、环境友好等特点。

  总体而言,工业生产过程上下游联系紧密,碳中和目标必将改变现有生产流程,势必也带来整体产业链的变革,促进工业生产用热的技术革命和工业热泵的应用。