热泵在工业中应用节能性分析

　　1 系统介绍

　　工艺车间原有方案为中央空调系统加蒸汽锅炉系统.在采暖方面需要大量的热,通过燃烧煤这种一次性能源来满足;而另外一方面需要冷冻水持续不断地向大气排放热量[1].工艺冷却水吸收生产过程中释放的热量由23e升至26e,冷水机组制得7e冷冻水,通过水-水换热器换热使自身升至12e,并使工艺冷却水由26e降至23e进行再次循环,最终热量由冷却塔释放到大气中,如图1.

　　常温的软化水要经过蒸汽预热至104e并经除氧器除氧后才能进入锅炉,如图2.

　　这样就造成了一方面放热,而另一方面却需热的极其不合理的能量利用构架.冷水机组制得7e冷水通过水-水换热器与工艺冷却水换热过程中也损失了大部分冷量,使系统的能效比大幅度降低,浪费了大量的能源.

　　因此本文推荐采用工业热泵系统来实现这一热量转移过程,回收生产过程中排放的废热,将软化水由常温预热至50e再进入除氧器.具体改造方案如图3.

　　工业热泵系统的基本原理就是利用工厂工艺冷却水作为热源水,通过热泵机组提升锅炉给水的品位,使原有的锅炉给水由15e(20、25e)提升到50e,从而在完成工艺冷却的前提下,实现热量的回收利用,减少锅炉对燃煤的需求量,达到节能降耗的目的[2].

　　由图3可知,经过改造后的工业热泵系统在完成工艺冷却的同时通过间歇地利用机组的部分热回收和完全热回收功能回收冷却过程中所排放出的热量,并使原有进除氧器的软化水由15e(20、25e)加热至50e,从而减少了大量的蒸汽消耗,节省了燃煤用量,实现了能量的有序利用.同时, 26e的工艺冷却水不再经过水-水换热器,而是直接进入工业热泵机组蒸发器,这样既可以使机组的能效比大大地提高(即机组在制取相同冷量时耗电量大幅度减少),同时又可以省去一套换热器和中间循环水泵,进一步降低系统的整体耗电量.

　　2 改造后系统的节能减排分析

　　工业热泵系统具体运行过程中,由于工业冷却负荷、锅炉用软水的温度、冷却塔循环水的温度等方面均受到环境温度的影响,因而会产生一定的波动,所以我们在节能分析的时候也需要分别考虑.根据现有了解的情况,把全年需要开启冷水机组完成工艺冷却的7个月分为3个时段:

　　a. 4月1日---4月30日(30 d);

　　b. 5月1日---5月31日,

　　10月1日---10月31日(62 d );

　　c. 6月1日---9月30日(122 d)

　　节能主要从节约热量(燃煤量)、水、电能几个方面考虑.

　　2. 1 节约煤量分析

　　热泵所回收的热量,在不考虑能量损失的情况下,全部用来提升锅炉进水温度.那么系统所节约热量可以由锅炉进水的能量变化来计算.