熱泵技術(shù)及其在工業(yè)節(jié)能中的應(yīng)用概要

1、1. 能量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換1.1 能量的品位能量是物質(zhì)的基本特性參數(shù),它表示物質(zhì)所具有的做功能力。熱力學(xué)第一定律說明了不同形式的能量可以轉(zhuǎn)換，但在轉(zhuǎn)換過程中數(shù)量守恒，熱力學(xué)第二定律指出，能量除了有量的多少外，還有品位的高低，不同品位的能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪芰Σ煌?。物質(zhì)的總能中可用能所占的比例代表了能量的品質(zhì)。世界各國學(xué)者對(duì)“可用能”的理論和在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究和廣泛的實(shí)踐。1960年至1963年間，南斯拉夫?qū)W者郎特把能量分為可轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)功部分火I（Exergy）和不可轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)功部分火無（Anergic）火用表示熱力系統(tǒng)中物質(zhì)在任意狀態(tài)下相對(duì)于環(huán)境零態(tài)（deadstate）所具有的最大做功能

2、力?；馃o表示物質(zhì)所具有的總能中，相對(duì)于環(huán)境零態(tài)，不可轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)功部分。根據(jù)火用的定義，對(duì)于開口系物質(zhì)所具的比火用為：e=h-h0-T0（s-s0）（1-1）根據(jù)火無的定義，物質(zhì)流的物理火無為：e=h-e=h0+T0（s-s0）（1-2）火用的概念是建立在熱力學(xué)第一定律和第二定律基礎(chǔ)上的熱力參數(shù),它表示能量在給定的環(huán)境條件下（P。、T0及其它參數(shù)），所能產(chǎn)生的最大有用功。它既可以表示能量的數(shù)量，又可以表示能量的品位及其可利用程度，火用的單位與焓的單位相同。穩(wěn)流工質(zhì)可逆變化到環(huán)境狀態(tài)，可設(shè)想由等熵和可逆等溫兩個(gè)過程組成。當(dāng)忽略流動(dòng)工質(zhì)動(dòng)能和位能的變化，由狀態(tài)1可逆變化到環(huán)境狀態(tài)零態(tài)（P0、T0）。

3、穩(wěn)定物流火用的數(shù)值可以用工質(zhì)熱力性能參數(shù)表計(jì)算得出，也可用火用-熵圖（e-s）表示。在實(shí)際過程中流入火用一定大于流出火用。即ex1>ex2+ew。它同能量概念不同，進(jìn)出設(shè)備的火I并不守恒，只會(huì)減少，其減少的數(shù)值就是畑損失，見公式（1-3）。ex表示能量的變質(zhì)。ew表示火用轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功部分。ex=exi02-ew（1-3）根據(jù)孤立體系熵增原理，對(duì)于整個(gè)體系來說，不可逆過程熵只會(huì)增加，即產(chǎn)生有用功的能力減少。在數(shù)量上熵的增加等于火用的減少。流入火用等于流出火用和火用損失之和，稱為火用平衡方程式：ex=ex2+ew+Aex（1-4）火用效率表示傳熱設(shè)備的能量在數(shù)量上和質(zhì)量上利用的完善程度，對(duì)于

4、減壓器，則表示流出的火用占流入的火用比值。e+ex"2wex1Aexex11-5)11采用閥門利用其阻力特性控制調(diào)節(jié)蒸汽壓力的方法一熱力學(xué)第一定律說明了不同形式的能量可以轉(zhuǎn)換。熱力學(xué)第二定律指出，能量除了有量的多少外，還有品位的高低。應(yīng)該避免在能量轉(zhuǎn)換過程中有效能的無效貶值，即減少能量轉(zhuǎn)換過程中的不可逆過程。在實(shí)際能量轉(zhuǎn)換過程中，火用只會(huì)減少，不會(huì)守恒。1.2 常規(guī)熱力系統(tǒng)蒸汽節(jié)流減壓的能量損失蒸汽減壓方法可以分為三類：節(jié)流式減壓是典型的不可逆過程;回轉(zhuǎn)式減壓即利用汽輪機(jī)將蒸汽減壓的能量差轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，熱電廠的汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行屬于回轉(zhuǎn)式減壓。引射式減壓即利用蒸汽噴射式熱泵進(jìn)行減壓，在

5、蒸汽減壓過程中，將廢熱蒸汽增壓后，使其一并供給加熱設(shè)備用汽。引射式減壓可以向熱用戶提供介于工作流體和被引射流體兩種流體不同壓力中間任何一種所需要的壓力等級(jí)蒸汽。律稱為蒸汽節(jié)流減壓，它是對(duì)外界不作功的熵增等焓過程，蒸汽在節(jié)流減壓過程中，由于摩擦、渦流使大量有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子變?yōu)闊o序運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生耗散功，導(dǎo)致熵的增加，致使蒸汽能量產(chǎn)生無形的損失。采用閥門及利用其阻力特性控制調(diào)節(jié)蒸汽壓力的方法一律稱為蒸汽節(jié)流減壓，它是對(duì)外界不做功的熵增等焓過程，蒸汽在節(jié)流減壓過程中，由于摩擦、渦流使大量有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子變?yōu)闊o序運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生耗散功，導(dǎo)致熵的增加，致使蒸汽能量產(chǎn)生無形的損失。(見圖1-1)假定蒸汽節(jié)流減壓在絕熱

6、狀態(tài)下進(jìn)行，為了導(dǎo)出絕熱節(jié)流減壓的能量方式，首先列出流入系統(tǒng)1Kg流體穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程式：1q二h-h+(c2-c2)+g(Z-z)+W/1-6)2122121sh(1-6)絕熱節(jié)流的熱力過程具有以下特點(diǎn)，熱力系統(tǒng)同環(huán)境間用絕熱壁包圍，熱流q=0，節(jié)流前后適當(dāng)距離處截面速度基本不變，并且它的動(dòng)能和焓值相比甚小，所以速度平1方差可以忽略不計(jì)，即上(c2-C1)二0。由此得出蒸汽節(jié)流減壓過程的能量方程式：221h2=h11-7)從熱力學(xué)第一定律熱效率觀點(diǎn)分析，蒸汽節(jié)流減壓前后焓值相等即h2=h15反應(yīng)不出能量的損失。但是，熵的增加反映了在孤立的熱力系統(tǒng)中，能量產(chǎn)生變質(zhì)，轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎霉Φ哪芰p少了，

7、無疑這是能量的無效貶值和用能的浪費(fèi)。蒸汽節(jié)流減前后的損失，可以表達(dá)為：ex1-ex2=T0(S2-S1)根據(jù)火用效率的定義：1-8)h-h-T(s-s)耳=1021e1h-h-T(s-s)100101-9)以下用計(jì)算對(duì)比說明，將P1=0.80MPa,t1=210蒸汽減壓到P2=0.20MPa，采用蒸汽節(jié)流減壓和熱泵供熱有效能火用值的變化。根據(jù)計(jì)算得出：P1=0.8MPa,t1=210工作蒸汽的火用為864.57KJ/Kg,用上述參數(shù)蒸汽作為熱泵的工作動(dòng)力將P2二0.03MPa的二次蒸發(fā)汽增壓至P3二0.20MPa,采用熱泵供熱和蒸汽節(jié)流減壓的兩種方式，其火用值所占比例的變化比較見圖1-2。1&

8、#39;=0J-=0.0HU-=2TC:=1弼；*肖t1訊戊li#2瓠Xi.1飛-=Jlif|J-=C.：111'從圖1-2中可以看出，由于低于熱用戶能量品味低溫?zé)崃魅鐭崃ο到y(tǒng)中，部分排棄的火用轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Щ鹩?。蒸汽噴射式熱泵替代?jié)流式減壓還有利于熱力系統(tǒng)能級(jí)的匹配，有利于建立合理的用熱網(wǎng)絡(luò)。蒸汽節(jié)流減壓仍然是目前各工業(yè)企業(yè)普遍采用的調(diào)節(jié)蒸汽壓力的方法，通過減壓閥將高品味蒸汽節(jié)流減壓得到所需要的用汽參數(shù)。由熱力系統(tǒng)排放出的蒸汽冷凝水夾帶大量二次蒸發(fā)汽，造成能量浪費(fèi)，這是一種常規(guī)的傳統(tǒng)供熱模式。應(yīng)該建立新的熱泵供熱系統(tǒng)替代上述傳統(tǒng)供熱模式，在工業(yè)生產(chǎn)中充分利用能量，降低成本，發(fā)展生產(chǎn)，保護(hù)

9、環(huán)境。1.3 疏水系統(tǒng)產(chǎn)生的能量損失蒸汽在換熱器中加熱無聊后，大量蒸汽冷凝水的顯熱，二次蒸發(fā)汽及疏水器漏損蒸汽的潛熱，在常規(guī)熱力系統(tǒng)中，經(jīng)常沒有得到回收利用，致使蒸汽能量產(chǎn)生有形損失。蒸汽冷凝水的余熱損失AQK為：Qk=G(X-r+Xr+i)(1-10)KKS112k公式中：Gk-排出冷凝水的流量kg/hXS-疏水器的漏氣率%r1-換熱器工作壓力下蒸汽的汽化潛熱kJ/kgXT-產(chǎn)生二次蒸發(fā)汽的比例%r2-二次蒸發(fā)汽的汽化潛熱kJ/kgiK-排出的冷凝水焓值kJ/kg蒸汽冷凝水系統(tǒng)產(chǎn)生的有效能損失Ae為：e=Ae1+Ae2+Ae3(1-11)式中Ae1,Ae2、山3分別表示排出的冷凝水，疏水器漏

10、氣及二次蒸發(fā)汽的有效能。另外，在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低品位付產(chǎn)蒸汽由于其壓力低、品位不相匹配排放到環(huán)境中，同樣是用能的浪費(fèi)。2、蒸汽噴射式熱泵2.1 熱泵的原理蒸汽噴射式熱泵或稱熱能壓縮機(jī)，它利用熱電站或鍋爐供出蒸汽壓力和工藝設(shè)備用汽的能量品位差轉(zhuǎn)換為熱泵的動(dòng)力。其工作能力即供出的蒸汽壓力、抽吸二次蒸發(fā)汽的能力和消耗的新蒸汽量等均同工作蒸汽的膨脹比和被抽蒸汽的壓縮比密切相關(guān)。2.2 熱泵分類蒸汽噴射式熱泵按其調(diào)節(jié)控制方式可以分為兩種類型：2.2.1蒸汽質(zhì)量調(diào)節(jié)熱泵(見圖2-1)圖2-1不可調(diào)節(jié)式熱泵習(xí)慣將其稱為不可調(diào)節(jié)熱泵，其工況變化通過調(diào)節(jié)熱泵入口新蒸汽的壓力和流量來實(shí)現(xiàn)，而熱泵本身不帶調(diào)節(jié)

11、裝置，因此通常稱為不可調(diào)節(jié)熱泵。一般熱泵即不可調(diào)式熱泵，當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行工況（即用汽壓力和流量）發(fā)生變化，則需要調(diào)節(jié)熱泵進(jìn)口工作蒸汽干管上蒸汽調(diào)節(jié)閥。在調(diào)節(jié)過程中，由于蒸汽調(diào)節(jié)閥開度變化，就會(huì)改變和降低進(jìn)入熱泵的工作蒸汽壓力，從而改變了工作蒸汽的膨脹比及熱泵進(jìn)口新蒸汽做功的能力，將明顯影響熱泵工作效率。調(diào)節(jié)閥開度減少，流通阻力增大，調(diào)節(jié)閥后的蒸汽壓力降低，即降低了熱泵工作效率。這是不可調(diào)節(jié)熱泵共性缺點(diǎn)和不足，不可克服。我們專門設(shè)計(jì)的質(zhì)量調(diào)節(jié)熱泵特點(diǎn)如下；按不同熱用戶特點(diǎn)、不同的新蒸汽壓力，專門設(shè)計(jì)熱泵使其高效率運(yùn)行。熱泵本體設(shè)計(jì)采用流線型通道，流體阻力小，熱泵效率高。噴咀關(guān)鍵部件均采用專門工藝加工成

12、形，運(yùn)轉(zhuǎn)耐久可靠。熱泵及熱泵系統(tǒng)產(chǎn)品，列入國家重點(diǎn)新產(chǎn)品和國家級(jí)科技成果推廣計(jì)劃。采用高新技術(shù)設(shè)計(jì)，其研究成果評(píng)為國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)中，國輕工業(yè)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，國家環(huán)保科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，天津市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)及黑龍江省重大效益獎(jiǎng)等2.2.2蒸汽流量調(diào)節(jié)熱泵（見圖2-2）（專利號(hào)：ZL2006200735598）圖2-2可調(diào)式熱泵流量調(diào)節(jié)熱泵通常稱為可調(diào)節(jié)熱泵，在熱泵進(jìn)口工作蒸汽干管上不需設(shè)置調(diào)節(jié)閥，熱泵本身配置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和噴嘴調(diào)節(jié)針芯等，當(dāng)熱力系統(tǒng)運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，通過熱泵自身調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)和改變噴嘴通過蒸汽的有效斷面積。在調(diào)節(jié)過程中它不會(huì)改變新蒸汽壓力，使其在適應(yīng)各種運(yùn)行工況變化的調(diào)節(jié)過程中，

13、只需調(diào)節(jié)噴嘴的有效斷面積，通過熱泵噴嘴工作蒸汽壓力保持不變，其單位流量新蒸汽做功能力不會(huì)改變。在各種生產(chǎn)運(yùn)行變工況條件下可調(diào)節(jié)熱泵均可高效運(yùn)行。可調(diào)式熱泵本身配有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、閥門定位器及調(diào)節(jié)針芯等，關(guān)鍵部位均采用不銹鋼材質(zhì)，噴鍍特殊耐磨金屬材料，通過改變熱泵的噴嘴有效斷面實(shí)現(xiàn)熱泵工況（即供汽壓力、供汽負(fù)荷）調(diào)節(jié)。在熱泵調(diào)節(jié)過程中，熱泵入口新蒸汽壓力均不變，即熱泵的作功能力不變，調(diào)節(jié)性能好、熱泵效率高。專門設(shè)計(jì)的可調(diào)節(jié)熱泵可以按各種裝置工藝特點(diǎn)、新蒸汽的壓力及能量品位，提供各種高效運(yùn)轉(zhuǎn)可調(diào)式熱泵。特點(diǎn)如下：按熱力系統(tǒng)的特點(diǎn)、不同的新蒸汽壓力專門設(shè)計(jì)熱泵，使其高效運(yùn)行。噴嘴等重要部件采用特殊的硬質(zhì)合

14、金，耐磨損，耐沖刷。緊密結(jié)合熱力流程工藝特點(diǎn)，嚴(yán)格設(shè)計(jì)蒸汽冷凝水系統(tǒng)?？烧{(diào)式熱泵設(shè)計(jì)采用7項(xiàng)專門的新技術(shù)。專門設(shè)計(jì)的可調(diào)式熱泵，可以用于在各種壓力等級(jí)蒸汽工況下，均可以保證熱泵高效率運(yùn)行。2.3 熱泵的特性參數(shù)2.3.1熱泵引射系數(shù)u熱泵是其熱泵供熱系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，熱泵引射系數(shù)U表示單位工作流體引射低品位流體的能力，可以通過以下簡化的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算得出：Iu=2-1)杠.牡：(1_PH/Pp)Ik3(1-PH/Pc)可以采用以下數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算工作流體的膨脹比E和被引射流體的壓縮比K。Pp/PH=E（2-2）PC/PH=K（2-3）其中E值表示工作流體的壓力Pp與被引射流體的壓力PH

15、的比值，稱為工作流體的膨脹比（公式2-2）,K值表示混合流體的壓力Pc和被引射流體壓力PH的比值，稱為被引射流體的壓縮比（公式2-3）,熱泵的引射系數(shù)u伴隨工作流體膨脹比增大和被引射流體壓縮比減小而增大。則其熱泵的引射系數(shù)U為：u=ki1acx1k7-1'1-()kPE-11k1-()kKkc-c2-4)蒸汽噴射式熱泵用于紙機(jī)干燥部，其高品位工作流體及低品位引射流體均為水蒸汽。工作蒸汽的臨界速度apx同混合流體的臨界速度基本相等，用于計(jì)算分析熱泵引射系數(shù)U的公式（2-4）可以簡化為：U=0.834、可H1（2-5）其中，Hp工作流體從壓力Pp到引射流體PH產(chǎn)生的焓降KJ/KgHC引射流

16、體從壓力PH到熱泵出口混合流體Pc熱焓的增值KJ/Kg2.3.2影響低壓蒸汽熱泵引射系數(shù)u的相關(guān)因素通過對(duì)于上述熱泵引射系數(shù)數(shù)學(xué)分析式，可以通過以下熱工參數(shù)的變化分析低壓蒸汽熱泵引射系數(shù)的相關(guān)影響因素。工作蒸汽流入和流出熱泵噴嘴的蒸汽焓差降低，致使熱泵引射系數(shù)降低。對(duì)比鍋爐供汽壓力為P1=0.9MPa（飽和蒸汽），熱電站汽輪機(jī)背壓（或抽汽）壓力為P1=0.5MPa（通過蒸汽減溫后的飽和蒸汽）熱泵供出壓力高溫、中溫及低溫分別為Pc=0.25MPa,Pc=0.12MPa及Pc=0.05MPa三個(gè)壓力等級(jí)蒸汽。ccc由計(jì)算得出，采用P1=0.9MPa做為熱泵的工作流體。其中熱泵出口用汽壓力高溫、中溫

17、、低溫如上所述，則其工作蒸汽的焓降Hp分別為1.0、1.48、1.90。p如果采用P1=0.50MPa蒸汽做為工作流體，熱泵供出蒸汽壓力同上所述，則其工作流體蒸汽的焓降Hp分別為P=0.90MPa做為蒸汽的工作流體焓降的0.58、0.72和p0.78倍。顯然，由于工作蒸汽壓力降低，則按公式（2-5）計(jì)算工作流體焓降減少，采用低壓蒸汽作為熱泵的工作流體，其熱泵引射系數(shù)U將會(huì)明顯降低。熱泵工作蒸汽的膨脹比降低致使熱泵u值降低低壓工作流體的熱泵同高壓工作流體熱泵相比，其工作蒸汽的膨脹比E明顯降低，致使熱泵引射系數(shù)降低。以下對(duì)比說明工作蒸汽為0.9MPa、0.5MPa對(duì)E值的影響。采用P=0.9MPa

18、和P=0.5MPa作為熱泵的工作蒸汽，熱泵供出高溫、中溫及低溫蒸汽壓力仍同上所述，熱泵的工作蒸汽膨脹比E值列表說明如下：表2-1Pc=0.25MPaE,KJ/KgPc=0.12MPaEnKJ/KgPc=0.05MPaEmKJ/KgP=0.9MPa3.1255.2638.333P=0.5MPa1.8753.1585.000E0.5/E0.90.6000.6000.600通過表中數(shù)據(jù)分析得到，采用P=0.90MPa和P=0.50MPa作為熱泵的工作蒸汽，其熱泵工作蒸汽膨脹比相比，采用P=0.50MPa蒸汽作為熱泵工作蒸汽，其工作蒸汽膨脹比只為前者0.6倍，熱泵引射系數(shù)u明顯降低。工作蒸汽有效能降低

19、致使熱泵引射系數(shù)降低。通過上述分析：工作蒸汽流入和流出熱泵噴嘴焓差HP降低，工作蒸汽膨脹比降低。其實(shí)質(zhì)就是進(jìn)入熱泵噴嘴工作蒸汽的有效能火用值的降低，導(dǎo)致熱泵的引射系數(shù)降低。通過分析單位工質(zhì)比火用的表達(dá)式得出熱力系進(jìn)出狀態(tài)1到狀態(tài)2火用值及其火用值變化的表達(dá)式為：唱=Epi-Ep2=(Hpi-T°Si)-(Hp2-T°S2)(2-6)可以認(rèn)為，進(jìn)出熱泵為狀態(tài)1至狀態(tài)2。其工作蒸汽進(jìn)口及出口火用值變化代表工作流體作出有用功的大小。由于進(jìn)入熱泵噴嘴工作流體蒸汽壓力降低，新蒸汽熵值SP1增大，工作蒸汽的焓降HP降低，熱泵供出的混合蒸汽壓力蒸汽量及焓值均不改變，工作蒸汽的膨脹比E減少

20、，則其熱泵引射系數(shù)降低。取用工作蒸汽壓力為P=0.9MPa及P=0.5MPa，熱泵作為開口系熱力設(shè)備，流入為新蒸汽壓力HP1，流出壓力為熱泵出口焓值Hp2。當(dāng)工作蒸汽壓力為0.9MPa及0.5MPa時(shí)，工作蒸汽流體可以利用的有效能及其兩種工作蒸汽壓力的比值列表說明如下：表2-2Pc=0.25MPaE,KJ/KgPc=0.12MPaEnKJ/KgPc=0.05MPaEmKJ/KgP=0.9MPa162.322237.0998303.058P=0.5MPa90.3525165.1303231.6885E0.5/E0.90.55660.69650.76253. 熱泵供熱系統(tǒng)的基本流程3.1熱泵供熱流

21、程蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)由噴射式熱泵、高效閃蒸罐、專門設(shè)計(jì)的壓差疏水器和換熱器組成。以下分析一個(gè)典型的石沒化工生產(chǎn)實(shí)例。(見圖3-1)1-:電去:也油呀-加溼在某石油化工聯(lián)合企業(yè)硫銨車間的蒸發(fā)工序，采用單效減壓蒸發(fā)，以已內(nèi)酰胺生產(chǎn)的副產(chǎn)硫銨母液為原料，將硫銨母液濃度由30-33%，濃縮至70%，經(jīng)過蒸發(fā)、結(jié)晶、攪拌、離心分離及干燥得到粒狀固體硫銨化肥外銷。生產(chǎn)每噸硫銨產(chǎn)品需耗用標(biāo)準(zhǔn)煤275.5kg,其中蒸汽占95%，電占3.9%，水占0.4%.節(jié)省蒸汽是該裝置節(jié)能降耗的重要環(huán)節(jié)。在原來生產(chǎn)過程中，采用蒸汽節(jié)流減壓，加熱蒸發(fā)及疏水器組成常規(guī)的熱力系統(tǒng)向硫銨母液蒸發(fā)器供熱。由于節(jié)流減壓造成蒸汽能量

22、貶值和通過疏水器產(chǎn)生大量低品位廢熱排放于環(huán)境中，造成用能的浪費(fèi)，并對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)熱污染和噪聲污染。我們采用熱泵供熱流程如下：由外管來的P1=0.88MPa（表壓、下同）,t1=240的工作蒸汽通過蒸汽噴射式熱泵吸入高效閃蒸罐產(chǎn)生的二次蒸發(fā)汽，將其增壓到P2=0.24MPa進(jìn)入蒸發(fā)器加熱室，由硫銨蒸發(fā)器排出的蒸汽冷凝水經(jīng)過專門設(shè)計(jì)的壓差排水器進(jìn)入高效閃蒸罐產(chǎn)生的二次蒸發(fā)汽再由蒸汽噴射式熱泵進(jìn)行壓縮提高能量品位后供生產(chǎn)使用。由閃蒸罐排出的蒸汽冷凝水靠其液位及余壓經(jīng)過物料換熱器預(yù)熱物料，冷凝水降至60°C左右，再由系統(tǒng)中排出。3.2熱泵供熱系統(tǒng)的運(yùn)行及效益熱泵供熱系統(tǒng)于1984年9月投入工業(yè)

23、生產(chǎn)運(yùn)行,一直正常運(yùn)轉(zhuǎn),取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果其效益如下:提高了能量利用率，由熱泵供熱系統(tǒng)排出的蒸汽冷凝水溫度只有60C,其余焓只占蒸汽焓值的8.57%。提高了蒸汽有效能利用率,通過熱泵供熱供熱系統(tǒng)代替了蒸汽節(jié)流減壓,蒸汽能量的品位得到了合理的應(yīng)用。改善了勞動(dòng)環(huán)境，蒸汽節(jié)流減壓閥門產(chǎn)生的噪聲為104分貝，熱泵系統(tǒng)投入運(yùn)行后降低到74分貝以下，并消除了車間周圍環(huán)境的熱污染。提高了經(jīng)濟(jì)效益，每噸硫銨產(chǎn)品單耗蒸汽由2.34t/t，下降到1.84t/t，產(chǎn)品單耗蒸汽下降了21.4%。投資回收時(shí)間不到半年。上述熱泵供熱系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例曾由中國石化總公司推薦參加了國際能源管理及節(jié)能技術(shù)展覽會(huì)展出。并榮獲部、

24、省級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。4、熱泵供熱在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用4.1 廢熱蒸汽回收及換熱網(wǎng)絡(luò)4.1.1 熱力系統(tǒng)運(yùn)行工況分析某大型石油化工企業(yè)2PE裝置在生產(chǎn)過程中耗用P=0.5MPa、1.3MPa、3.0MPa三種壓力等級(jí)的蒸汽，在化工生產(chǎn)過程中，每小時(shí)連續(xù)排放低壓付生蒸汽約3t/h，排放壓力P=0.40-0.55MPa。2PE裝置排放的付生蒸汽通過專門設(shè)置的廢熱蒸汽管線，除采暖季節(jié)供給采暖用戶外，其它季節(jié)均排放到環(huán)境中去。該企業(yè)PP裝置耗用的P=0.65MPa,t=1729過熱蒸汽，其蒸汽來源于本公司熱2PE電廠，在本廠熱力入口將P=1.30MPa,t=230°C的蒸汽減壓至0.75MPa，再通

25、過設(shè)在PP裝置內(nèi)的過熱蒸汽減壓減溫設(shè)備由0.75MPa減至0.65MPa,由溫度220C減溫至172C（過熱度為5C），供給PP裝置工藝設(shè)備用汽。通過上述分析，2PE及PP兩套裝置的熱力系統(tǒng)有以下明顯缺點(diǎn),2PE裝置產(chǎn)生的付生蒸汽排放到大氣中，沒有進(jìn)行能量回收利用。PP裝置采用的新蒸汽卻從工廠的熱力入口至本裝置先后兩次采用蒸汽節(jié)流減壓，造成蒸汽熱能無效貶值方法，得到所需要參數(shù)的蒸汽。應(yīng)該建立一個(gè)新的熱泵供熱系統(tǒng)回收2PE裝置排放的二次蒸發(fā)汽，采用熱泵將其增壓后，供給滿足PP裝置所要求的壓力、溫度和數(shù)量的蒸汽。4.1.2 熱泵供熱流程工藝裝置用汽的特點(diǎn)可以利用2PE及PP兩套裝置間的互補(bǔ)條件建立

26、熱泵供熱系統(tǒng)回收利用2PE裝置排放的付生蒸汽，替代蒸汽節(jié)流減壓向PP裝置提供所需數(shù)量、壓力和過熱度的蒸汽。由于熱力系統(tǒng)運(yùn)行同工藝生產(chǎn)密切相關(guān)，熱泵供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行必須克服以下難點(diǎn)熱力系統(tǒng)運(yùn)行須安全可靠。2PE裝置緊急停車時(shí)不能影響PP裝置用汽。不改變上游2PE裝置付生蒸汽的排放工況。付生蒸汽接入PP裝置管道后,不能影響2PE裝置排放付生蒸汽，也就是2PE裝置排放背壓不能提高。 熱泵供熱系統(tǒng)同現(xiàn)有熱力系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方便。付生蒸汽與新蒸汽切換不能有波動(dòng)，不能影響PP裝置生產(chǎn)用汽。 免維護(hù)穩(wěn)定運(yùn)行。該設(shè)備投運(yùn)后不具備經(jīng)常檢修條件，即需要“免維護(hù)”。 選擇合適的付生蒸汽及熱泵供熱系統(tǒng)切入點(diǎn)位置及切入點(diǎn)工況

27、。熱力流程如圖4-1所示，由2PE裝置排出的付生蒸汽進(jìn)入一級(jí)汽水分離罐102進(jìn)行汽水分離和擴(kuò)容閃蒸，再進(jìn)入二級(jí)汽水分離罐103繼續(xù)進(jìn)行汽水分離和擴(kuò)容閃蒸，利用熱泵1.3MPa蒸汽1PP2PPU：TT冷凝水101-熱泵102-高效10汽水分離罐103-高效汽水分離罐圖4-1101將經(jīng)過二級(jí)汽水分離和擴(kuò)容閃蒸后的付生蒸汽進(jìn)行增壓和提高溫度。熱泵101出口蒸汽達(dá)到控制參數(shù)后，通過現(xiàn)有的蒸汽管線供PP裝置生產(chǎn)用汽。熱泵供熱系統(tǒng)運(yùn)行2PE裝置付生蒸汽回收項(xiàng)目于2001年6月投入運(yùn)行已經(jīng)八年，解決了引進(jìn)裝置原熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題，完全滿足了生產(chǎn)要求。該熱泵系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：首先2PE裝置付生蒸汽排放壓力

28、和原來對(duì)外排放工況相同，仍保持在0.45-0.55MPa之間。熱泵供熱系統(tǒng)適應(yīng)付生蒸汽壓力和流量變化的影響，少則少收，多則多收。當(dāng)付生蒸汽壓力波動(dòng)及流量變化時(shí)，熱泵供出的蒸汽壓力、溫度及流量均能滿足PP裝置的生產(chǎn)要求。其次，下游PP裝置供熱系統(tǒng)可靠，熱泵系統(tǒng)投運(yùn)和退出均無擾動(dòng)；再次，該熱泵系統(tǒng)控制回路簡便，投運(yùn)和退出方便，付生蒸汽流量采用自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，就是在2PE裝置緊急停車時(shí),付生蒸汽突然下降,蒸汽噴射式熱泵壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍會(huì)根據(jù)熱泵出口壓力參數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證PP裝置生產(chǎn)供汽系統(tǒng)安全可靠。最后，該蒸汽噴射式熱泵本身沒有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，熱泵的關(guān)鍵部位噴嘴等均采用合金材質(zhì)經(jīng)特殊加工而成，耐磨損、

29、耐高溫、耐腐蝕，不需檢修。符合不間斷供汽要求，熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好。該熱泵供熱系統(tǒng)投入生產(chǎn)運(yùn)行后,每個(gè)月逐日統(tǒng)計(jì)了運(yùn)行數(shù)據(jù)?，F(xiàn)以2003年5月份運(yùn)行數(shù)據(jù)為例說明如下：以熱泵進(jìn)口新蒸汽壓力PP,付生蒸汽壓力Ph，熱泵供至PP裝置蒸汽壓力PC為縱坐標(biāo)，時(shí)間日為橫坐標(biāo)，PP、Ph、PC日變化請(qǐng)見圖4-2。以付生蒸汽流量GH為縱坐標(biāo)，時(shí)間日為橫坐標(biāo)，熱泵回收的付生蒸汽量日變化見圖4-3。2PE裝置排放的付生蒸汽冬天主要用于采暖，夏季分流部份付生蒸汽做為溴化鋰吸收式制冷機(jī)發(fā)生器用汽，過渡季付生蒸汽全部采用熱泵增壓后供PP裝置生產(chǎn)用汽，161116212631PP進(jìn)口壓力Fc*熱泵出口壓力Pp生蒸汽引出口壓力

30、Ph圖Pc,Pp和Fh日變化曲線所以供給熱泵供熱系統(tǒng)的付生蒸汽量是變值，在0至最大值3.5t/h范圍內(nèi)變化。圖4-3曲線顯示，2005年5月份溴化鋰制冷機(jī)開始投入運(yùn)行，其制冷機(jī)用汽負(fù)荷伴隨環(huán)1S11212631+蒸汽流勒境氣溫變化。5月圖5日、憩月母6日出現(xiàn)供給熱泵供熱系統(tǒng)的付生蒸汽流量峰值為3.18t/h,谷值為1.37t/h。由于我們專門設(shè)計(jì)的熱泵具有較好的調(diào)節(jié)性能，熱泵供熱系統(tǒng)可以經(jīng)受2PE裝置付生蒸汽流量變化的影響。熱泵供出的蒸汽壓力、溫度、流量均能滿足PP裝置的生產(chǎn)要求。熱泵供熱系統(tǒng)適應(yīng)PP生產(chǎn)裝置用汽壓力的變化。按工藝生產(chǎn)需要，熱泵供熱系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)熱泵運(yùn)行工況，滿足工藝生產(chǎn)用汽要求

31、。如圖4-3曲線中5月25日和5月28日PP壓力峰值0.67MPa，PP壓力谷值0.54MPa，熱泵供熱系統(tǒng)可以經(jīng)受PP裝置用汽壓力變化的影響，熱泵供熱系統(tǒng)均能滿足工藝生產(chǎn)用汽要求。當(dāng)PP裝置用汽壓力較低時(shí)接近于付生蒸汽壓力，由于付生蒸汽干度及蒸汽過熱度并不能滿足PP裝置用汽參數(shù)要求，在這種工況下,蒸汽噴射式熱泵主要用于提高付生蒸汽干度和過熱度，同時(shí)也相應(yīng)提高了付生蒸汽壓力，以滿足生產(chǎn)要求。4.1.3 經(jīng)濟(jì)效益回收蒸汽效益。按全年工作時(shí)間8.5個(gè)月計(jì)算（扣除采暖季節(jié)3.5個(gè)月）,全年運(yùn)行6120個(gè)小時(shí)，每小時(shí)回收付生蒸汽平均量2.5t/h，按418.7x104kJ（100萬千卡）熱量定價(jià)為10

32、0元計(jì)算，全年回收蒸汽量15300噸，每年回收付生蒸汽費(fèi)用折合人民幣100.71萬元。生產(chǎn)成本下降PP裝置使用付生蒸汽運(yùn)行效果良好，操作管理方便，并且消除了付生蒸汽產(chǎn)生的“白龍，”創(chuàng)造了良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。4.2能級(jí)匹配及熱力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行江蘇某化工有限公司甲胺生產(chǎn)裝置各段蒸發(fā)塔再沸器等工藝用汽設(shè)備，用汽壓力不同，采用熱泵供熱系統(tǒng)替代原有熱力系統(tǒng)，將蒸發(fā)塔、再沸器排出的蒸汽冷凝水產(chǎn)生的二次蒸發(fā)汽，經(jīng)專門設(shè)計(jì)的流量調(diào)節(jié)熱泵增壓后，再供再沸器等工藝設(shè)備用汽，使其蒸汽能量和品位都得到充分的回收和利用。4.2.1 熱力流程對(duì)比常規(guī)熱力流程本車間技術(shù)改造前采用直供汽和蒸汽冷凝水閃蒸供

33、汽系統(tǒng)。新蒸汽直供氣化器E-106及E-1011塔、E-102II塔、E-103III塔等再沸器用汽，蒸汽冷凝水排至汽水分離罐V-101。原設(shè)計(jì)擬采用汽水分離罐V-101產(chǎn)生的二次蒸發(fā)汽供E-104IV塔及E-105V塔再沸器等用汽。由于二次蒸發(fā)汽壓力及數(shù)量變化，不能滿足IV塔及V塔再沸器工藝生產(chǎn)要求。汽水分離罐V-101的工作壓力P二0.25MPa，排出的蒸汽冷凝水溫度對(duì)應(yīng)的飽和溫度為138.19°C，蒸汽冷凝水由V-101排至冷凝水罐V-102，致使V-102工作溫度和工作壓力升高，在V-102的塔頂設(shè)置冷凝器消耗大量循環(huán)冷卻水將其二次蒸發(fā)汽冷凝，造成冷卻用水的浪費(fèi)。（見圖4-4

34、）PIC_101I1LSEPICA-rE104E105102;HS1TILE106E101E102E-103祈IC.I廠I一F103E-101105:IV塔再沸器E-106:氣化器V101:汽水分離罐V102:冷凝水儲(chǔ)罐LS:低壓蒸汽HS:高壓蒸汽圖4-4XI.IC101V101冷卻水進(jìn)冷卻水出熱泵供汽熱力流程圖按生產(chǎn)工藝要求，由于E-102II塔及E-103III塔再沸器生產(chǎn)用汽壓力較高，采用新蒸汽直供。E-106氣化器，E-101I塔、E-104V塔及E-105V塔再沸器等工藝設(shè)備用汽壓力較低，采用熱泵供汽。上述相關(guān)各工藝設(shè)備的蒸汽冷凝水回至V-101進(jìn)行擴(kuò)容閃蒸，產(chǎn)生的二次蒸發(fā)汽由熱泵H

35、-101增壓后供氣化器、I塔、IV塔及V塔再沸器等工藝設(shè)備用汽。熱泵供熱系統(tǒng)投入運(yùn)行后，V-101的工作壓力由P=0.25MPa降至約0.02MPa。排出的蒸汽冷凝水溫度由t>138°C降至103104°C。同時(shí)致使V-102工作壓力、溫度降低，節(jié)省了V-102塔頂冷凝器消耗的冷卻水。（見圖4-5）LS*.RIC-PIC一1103E-104E-10520126V-101E-106E-101E-102E-103H-101冷卻水進(jìn)冷卻水出E-101105:IV塔再沸器E-106:氣化器V-101:汽水分離罐V-102:冷凝水儲(chǔ)罐LS:低壓蒸汽HS:高壓蒸汽圖4-54.3

36、鋼鐵冶金焦化蒸氨塔熱泵供熱我國正在建設(shè)“節(jié)約型社會(huì)，“其中要實(shí)施10大重點(diǎn)節(jié)能工程，包括余熱、余壓利用工程，能量系統(tǒng)優(yōu)化。工業(yè)節(jié)能降耗又是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要內(nèi)容之一。我國把工業(yè)節(jié)能作為節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域，特別突出要抓好鋼鐵、有色金屬、煤炭、電力等9個(gè)行業(yè)的節(jié)能工程，大幅度提高能源利用率，主要產(chǎn)品能耗達(dá)到國內(nèi)和國際先進(jìn)水平。本課題研究充分利用蒸汽有效能，用于引進(jìn)的鋼鐵化工企業(yè)蒸氨工段的熱力流程，建立蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)，回收塔釜排出的含氨廢水汽水混合物中夾帶的二次蒸發(fā)汽，將其增壓后再供塔釜加熱用，節(jié)能降耗效果顯著，熱泵供熱系統(tǒng)投入運(yùn)行后，蒸氨裝置蒸汽單耗由同期的102.66kg/m3氨水降至78.61

37、kg/m3氨水，降幅達(dá)23.42%，預(yù)計(jì)年降低蒸汽消耗折合費(fèi)用人民幣136.86萬元。4.3.1 熱能轉(zhuǎn)換能量是物質(zhì)的基本特性參數(shù),它表示物質(zhì)所具有的做功能力。熱力學(xué)第一定律說明了不同形式的能量可以轉(zhuǎn)換，但在轉(zhuǎn)換過程中數(shù)量守恒，熱力學(xué)第二定律指出，能量除了有量的多少外，還有品位的高低，不同品位的能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪芰Σ煌?。物質(zhì)的總能中可用能所占的比例代表了能量的品質(zhì)。把能量分為可轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)功能份火用和不可轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)功部份火無。在能量轉(zhuǎn)換過程中火用值不會(huì)守恒，不會(huì)增加，只會(huì)減少。火用值減少即熵值增加過程，通常將其能量貶值熵值增加稱為能量轉(zhuǎn)換過程中的“無形損失?！毕到y(tǒng)能量的流失，通常稱為能量的“有形損

38、失”。4.3.2能量損失必須減少本系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換過程中的“無形損失”及“有形損失”，現(xiàn)對(duì)蒸氨塔釜熱力過程中能量損失進(jìn)行如下分析。蒸汽能量轉(zhuǎn)換過程中能量貶值。能量除了有量的多少外，還有品位的高低，不同品位的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎霉Φ哪芰Σ煌?yīng)該避免在能量轉(zhuǎn)換過程中有效能的貶值，減少能量轉(zhuǎn)換過程中的不可逆過程。由蒸汽外管供給的P=0.7MPa,t=210°C過熱蒸汽直接用于P=0.039MPa，匸108°C氨水溶液加熱，通過調(diào)節(jié)閥將其蒸汽能量進(jìn)行節(jié)流減壓產(chǎn)生能量貶值。由于供熱和用熱能級(jí)不同，新蒸汽進(jìn)入氨水溶液中壓力降低，水蒸汽的焓值全部用于氨水加熱，但是其蒸汽有效能屬于對(duì)外界不作功，無

39、效貶值過程。計(jì)算蒸汽有效能火用的表示式見（11）：計(jì)算得出P=0.7MPa，t=210C和P=0.039MPa，t=108C蒸汽有效能分別為e1=851.594kJ/kg和e2=567.089kJ/kg。由于蒸汽壓力降低，計(jì)算得出新蒸汽火用損失為284.505kJ/kg,損失率為284.505/851.594=33.41%，可以將上述能量貶值過程稱為能量的“無形損失?！笨梢圆捎脟娚涫綗岜?，以新蒸汽做為熱泵的動(dòng)力，利用蒸汽減壓過程中的有效能差值作功，回收含氨廢水中的二次蒸發(fā)汽，將二次蒸發(fā)汽提高壓力后供蒸氨塔釜加熱用，以降低蒸氨塔的蒸汽耗量。蒸汽能量轉(zhuǎn)換過程中的熱量損失在蒸氨塔中是氨蒸汽發(fā)生和精餾

40、過程，在塔釜直接將蒸汽通入含氨溶液中，直接加熱氨溶液，使其氨水汽化，而含氨的稀溶液從塔釜排出，由于采用蒸汽直接加熱，由塔釜排出的含氨廢水則為含有蒸汽的兩相流，其中含汽量即為主要的余熱資源。難以通過計(jì)算得出含氨廢水中的含汽量，我們力圖通過熱平衡計(jì)算，得出由塔釜排出含氨廢水中的含汽量，分析方法如下：按實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出由塔釜排出含氨廢水中顯熱量Q1，計(jì)算得出換熱器E-1301熱回收量Q2和換熱器E-1303熱回收量Q3。根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，如果計(jì)算得出Q1<Q2+Q3，則說明塔釜排出的廢水是含有水蒸汽的兩相流，即由塔釜排出的含氨廢水中其顯熱及含有水蒸汽的潛熱構(gòu)成其余熱資源，其中水蒸汽的潛熱是其主

41、要部份。廠方在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過多次測(cè)試,按實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出汽化率為5%15%,由于水泵輸送、設(shè)備及管道散熱損失及生產(chǎn)運(yùn)行情況等原因，測(cè)試得出數(shù)據(jù)均不同，尚需依靠生產(chǎn)運(yùn)行驗(yàn)證。通過上述分析,按能源系統(tǒng)優(yōu)化工程原則,應(yīng)該充分利用蒸汽的余熱、余壓,減少和回收蒸氨塔釜用汽能量轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的能量“無形”及“有形”損失。4.3.3 蒸氨塔熱泵供熱系統(tǒng)常規(guī)工藝流程某化工有限公司煤氣精制廠蒸氨塔工藝從國外引進(jìn)。其蒸氨塔釜通過調(diào)節(jié)閥直接通入P=0.7MPa，t=210°C的過熱蒸汽用于氨水溶液加熱蒸發(fā)。塔釜壓力為0.039MPa,t=108C。通過塔頂冷凝器得到99C氨氣，塔釜排出溫度t=108C含氨氣水混合

42、物，進(jìn)入瀝青分離罐T-1303。采用水泵P-1303將含氨廢水經(jīng)過換熱器E-1301及E-1302回收余熱后,排至工業(yè)污水處理裝置。蒸氨塔熱工參數(shù)表4-1序號(hào)項(xiàng)目壓力MPa溫度C流量t/h比容m3/kg焓KJ/kg備注1新蒸汽0.702107.80.27292.862x1032塔釜0.03910882.5m3/h1.2593塔頂0.02010010m3/h（蒸氨量0.281t/h）4物料0.19478775m3/h蒸氨塔釜采用P=0.7MPat=210C的過熱蒸汽在加熱氨水溶液的過程中，只利用了蒸汽汽化潛熱,在加熱過程中由于供熱及用熱兩者能級(jí)相差較大,蒸汽能量的品位沒有得到合理匹配,蒸汽能量品

43、位產(chǎn)生了貶值,同時(shí)由蒸氨塔釜排出的含氨汽水混合物夾帶著蒸汽,能量的數(shù)量也沒有得到充分的回收利用。本課題研究的目的就是利用熱力管網(wǎng)供給的新蒸汽和蒸氨塔用熱的能量差做為熱泵的動(dòng)力,建立可調(diào)式蒸汽噴射式熱泵系統(tǒng),回收由塔釜排出的含氨汽水混合物中夾帶的二次蒸發(fā)汽,采用噴射式熱泵將其增壓后,同新蒸汽一并做為供給氨蒸發(fā)塔釜加熱用蒸汽,從而降低氨蒸發(fā)塔生產(chǎn)汽耗。具體數(shù)據(jù),列表說明如下：表4-2項(xiàng)目二期蒸氨處理量，m3二期蒸氨蒸汽消耗量，噸蒸汽單耗，kg/m3氨水改造前2004年11月45764418691.472004年12月466125125109.952005年1月533845653105.89累計(jì)（平

44、均值）14576014964102.66改造后2005年11月494963993.1680.682005年12月467603488.4574.602006年1月534944289.780.19累計(jì)（平均值3178.61蒸氨塔熱泵供熱系統(tǒng)由蒸氨塔K-1301排出的含氨廢水利用現(xiàn)有管道進(jìn)入瀝青分離罐T-1303，可以利用T-1303現(xiàn)有人孔設(shè)置接至可調(diào)熱泵HP-1001,在現(xiàn)有熱力管道調(diào)節(jié)閥101V前引出P=0.7MPat=210°C等級(jí)新蒸汽做為可調(diào)熱泵HP-1001的工作蒸汽，利用蒸汽噴射式熱泵將瀝青分離罐T-1303分離出的二次蒸發(fā)汽增壓至P>0.1

45、2MPa，并同新蒸汽一并供給蒸氨塔K-1301塔釜用汽。通過設(shè)定的流量值由FICQ-1303控制熱泵HP-1001的供汽壓力和供汽量。（詳見熱力流程圖）原料氨水I-TI工TI|i-4-6蒸氨塔熱泵供熱流程圖圖4-6蒸氨塔熱泵供熱流程圖4.3.4 使用效果及技術(shù)指標(biāo)使用效果熱泵供熱系統(tǒng)投入運(yùn)行后，蒸氨裝置蒸汽單耗由同期的102.66kg/m3氨水降至78.61kg/m3氨水，降幅達(dá)23.42%。大大超過了項(xiàng)目預(yù)期值，年降低蒸汽消耗折合為人民幣136.86萬元，投資回收時(shí)間僅為3.5個(gè)月。技術(shù)指標(biāo)除上述蒸汽消耗指標(biāo)大幅度降低外，同時(shí)蒸氨廢水中含氨濃度明顯降低，含氨量基本在0.01%以下，大大降低了

46、后序廢水處理成本。結(jié)論采用蒸汽噴射式熱泵替代蒸汽節(jié)流減壓，回收二次蒸發(fā)汽，同時(shí)又將廢水中的含氨蒸汽做為資源回收至蒸氨塔，減少了廢水中含氨量，生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)例證明，本熱泵供熱系統(tǒng)起到了節(jié)能、環(huán)保、廢物資源化等多重效益。本項(xiàng)目在鋼鐵冶金及化工企業(yè)將有廣泛的應(yīng)用前景。4.4 酒精蒸餾塔釜廢熱回收4.4.1 酒精蒸餾的節(jié)能潛力酒精行業(yè)是耗用熱能的用戶，目前我國酒精工業(yè)每生產(chǎn)1噸酒精平均用標(biāo)準(zhǔn)煤800kg。但是，生產(chǎn)技術(shù)落后的企業(yè)以及中、小型酒精裝置生產(chǎn)1噸酒精耗用標(biāo)準(zhǔn)煤高達(dá)1500kg，進(jìn)行以節(jié)能為中心的技術(shù)改造是酒精工業(yè)降低產(chǎn)品成本、投入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要技術(shù)措施。在酒精工業(yè)生產(chǎn)中熱能浪費(fèi)集中表現(xiàn)在以下三個(gè)

47、方面：其一熱能的品位沒有得到合理的區(qū)配使用，在酒精工廠耗用大量低品位蒸汽的工序（如蒸餾等），都是采用較高壓力蒸汽進(jìn)行節(jié)流減壓獲得所需要參數(shù)的蒸汽，從而造成能量的無效貶值。其二、對(duì)蒸煮和蒸餾等工序中排出的大量廢熱蒸汽的能量。沒有進(jìn)行回收利用。浪費(fèi)了能量，污染了環(huán)境。其三，在工藝過程中出現(xiàn)反復(fù)加熱，冷卻的生產(chǎn)過程。物料余熱沒有進(jìn)行回收利用，浪費(fèi)了能量。在酒精生產(chǎn)中，蒸餾工藝是酒精生產(chǎn)耗用熱能最多、熱效率最低的工序。其熱能耗用量是酒精生產(chǎn)熱能總耗量的50%左右，蒸餾工藝的任務(wù)是將成熟發(fā)酵醪通過蒸餾把酒精分離出來，在酒精粗餾工序中，要用蒸汽將發(fā)酵成熟醪加熱到1089，分離出酒精后的廢糟液帶有大量的顯熱

48、和潛熱排放到糟液池。以江蘇省句容酒廠為例，年產(chǎn)5000t酒精裝置。根據(jù)該廠的運(yùn)行參數(shù)，按日產(chǎn)酒精15000kg計(jì)算，則粗餾塔塔釜排出的廢熱液帶出的熱量全年為3.39X1010KJ。在酒精生產(chǎn)當(dāng)中，鍋爐供出蒸汽至酒精車間壓力為0.500.55MPa（絕），粗餾塔生產(chǎn)耗用蒸汽壓力為O.14-0.16MPa（絕），一般采用蒸汽節(jié)流減壓的方法將新蒸汽壓力減至粗餾塔用汽所需要的蒸汽壓力。蒸汽節(jié)流減壓是能量貶值的過程，新蒸汽減壓造成能量貶值，產(chǎn)生的火用損失為199.07k/kg,相當(dāng)于新蒸汽火用值的26%。蒸汽的壓差越大，產(chǎn)生的有效能損失越大?；厥蘸屠眯抡羝幕鹩脫p失做為熱泵工作的動(dòng)力，回收糟液帶出的廢

49、熱蒸汽，提高其能量品位，再供給粗餾塔釜用汽。4.4.2酒精蒸餾熱泵廢熱回收系統(tǒng)在蒸餾工藝中，蒸餾塔的塔釜加熱器、塔頂冷凝器排出的大量廢熱都可以回收利用。本文以年產(chǎn)5000噸酒精裝置為實(shí)例，研究建立合理的熱泵廢熱回收系統(tǒng)，將酒精粗餾塔排出的糟液廢熱提高品位后，再供塔釜加熱用。熱泵廢熱回收熱力系統(tǒng)由粗餾塔201塔釜排出的廢熱糟液經(jīng)過可調(diào)壓力排糟器103排出廢熱糟液，并使粗餾塔的塔釜保持所需要的蒸汽壓力。廢熱糟液進(jìn)入糟液分離閃蒸罐101進(jìn)行汽、液分離和閃蒸，產(chǎn)生的廢熱蒸汽利用熱泵102將其提高到粗餾塔釜所需要的蒸汽壓力。供給粗餾塔201的塔釜加熱用。由糟液分離閃蒸器排出的廢熱糟液通過糟液泵106提高

50、壓力后，進(jìn)入高效換熱器105，將鍋爐給水加熱至909,廢熱糟液溫度降低到509左右排放到糟液池202。熱泵工作蒸汽壓力約0.5MPa（表），熱泵供出蒸汽壓為0.140.16MPa（表）。閃蒸罐排出的糟液溫度約為969，其工作壓為0.09MPa（絕），即閃燕罐在真空條件下工作。熱泵廢熱回收系統(tǒng)熱力流程圖見圖4-7。101、糟液分離閃蒸罐102、熱泵103、可調(diào)壓力排糟器104、定壓器105、高效換熱器106、糟液泵201、粗餾塔202、糟液池圖4-7熱泵廢熱回收系統(tǒng)熱力流程主要技術(shù)要點(diǎn)在本項(xiàng)技術(shù)研究中，采用蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)替代常規(guī)供熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一系列專門研制的高效傳熱、傳質(zhì)設(shè)備組成，主

51、要技術(shù)要點(diǎn)如下：1、研究熱泵供熱系統(tǒng)用蒸汽噴射式熱泵替代常規(guī)蒸汽節(jié)流減壓。蒸汽噴射式熱泵是不以電為動(dòng)力的熱泵，利用蒸汽減壓的能量差為動(dòng)力，提高蒸汽冷凝水和工藝過程中產(chǎn)生的廢熱蒸汽的壓力，使其一井供給工藝設(shè)備用汽。本研究課題中，熱泵是廢熱回收的主要?jiǎng)恿υO(shè)備。運(yùn)行實(shí)踐證明，專門研制的噴射式熱泵具有啟動(dòng)方便、運(yùn)行穩(wěn)定、噪音低、安全可靠，經(jīng)濟(jì)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。2、采用離心慣性和擴(kuò)容閃蒸的機(jī)理研制高效糟液分離閃蒸器，將酒糟和高溫冷凝水分離。進(jìn)一步閃蒸獲得二次閃蒸汽，在容器內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流的弧形板和所需要的閃蒸分離空間以及汽、液流動(dòng)相互干擾較小的通道，使其具有閃蒸完全、分離效果好的優(yōu)點(diǎn)，該設(shè)備在負(fù)壓工況下運(yùn)行。3

52、、調(diào)整進(jìn)入粗餾塔蒸汽分配管的幾何尺寸。減少阻力損失，降低粗餾塔的用能品位，提高熱泵的供熱系數(shù)。4、采用高效換熱器。利用糟液分離閃蒸器排出糟液的顯熱加熱鍋爐給水，使鍋爐給水由常溫升至909左右，降低鍋爐耗煤量，糟液溫度降低至約509再排至糟液池。應(yīng)使高效換熱器流動(dòng)糟道沒計(jì)合理，糟液流通側(cè)活斷面大于冷凝水流通活斷面。5、在熱泵供熱系統(tǒng)的糟液分離閃蒸器上還設(shè)有專門設(shè)計(jì)的定壓器，使閃蒸器可以在正壓或負(fù)壓工況下工作。4.4.3運(yùn)行工況運(yùn)行工況表明，熱泵供出蒸汽壓力穩(wěn)定，滿足粗餾塔運(yùn)行要求。由于熱泵系統(tǒng)投入工作，使糟液分離閃蒸器在真空工況下運(yùn)行，熱能利用充分，特別是加大了粗餾塔底排出糟液的壓差，使塔釜分離

53、后的糟液和蒸汽冷櫥水排山通暢，強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)，提高了設(shè)備的生產(chǎn)量。熱泵供熱系統(tǒng)還具有管理方便，停車啟動(dòng)簡便等優(yōu)點(diǎn)。4.4.4 效果經(jīng)濟(jì)效益顯著。1991年8月完成項(xiàng)目實(shí)施，1991年9月投入試運(yùn)行后，酒精單產(chǎn)能耗明顯下降。1990年、1991年至1992年（1-11月）平均生產(chǎn)一噸659酒精綜合能耗由0.73t/1（1990）、0.612t/1（1991）下降到0.497t/1（1992年111月）。以1992年1-11月份產(chǎn)量計(jì)算，1992年和1990年相比，綜合能耗降低31.92。按每噸蒸汽45元（當(dāng)時(shí)價(jià)格）計(jì)算，節(jié)省蒸汽獲得直接經(jīng)濟(jì)效益62.87萬元（已扣除增加糟液泵消耗的電費(fèi)，下同）。

54、成品成本下降。以1992年1-6月份和1991年1-6月份相比。蒸汽費(fèi)用占原材料和動(dòng)力成本的比例由12.85%下降到11.74%。生產(chǎn)每噸659酒精成本下降了27.87元。提高了熱能利用率。從熱泵供熱系統(tǒng)高效換熱器排出的糟液溫度約為509，其余焓為209.30kJ/kg，占新蒸汽焓值的7.6%，熱效率高，比常規(guī)熱力系統(tǒng)熱效率提高了30%以上。提高了蒸汽有效能的利用率。從熱泵供熱系統(tǒng)高效換熱器排出糟液的余火用約為6.034kJ/kg，只占新蒸汽火用值的0.79%，蒸汽的有效能得到了充分的利用。保護(hù)環(huán)境。有利于安全生產(chǎn)。以往酒廠的廢糟液直接排入酒漕池，整天熱氣沖天，不僅污染環(huán)境，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)燙傷事

55、故?，F(xiàn)在的酒糟溫度只有509左右。既保護(hù)了環(huán)境，又保證了安全。4.4.5 結(jié)論酒精蒸餾熱泵廢熱回收系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，不需專人管理，長期耐用，具有顯著的節(jié)能、環(huán)保和社會(huì)效益。該項(xiàng)技術(shù)可以廣泛地用于化工、輕工、冶金、制藥等以蒸汽為動(dòng)力的生產(chǎn)企業(yè)，具有較好的使用價(jià)值和前景。本項(xiàng)目榮獲江蘇省科技進(jìn)步獎(jiǎng)。4.5 氨綸生產(chǎn)的熱泵供熱4.5.1 前言氨綸工程工藝生產(chǎn)耗用的蒸汽由熱電廠提供蒸汽壓力為P1=2.0MPa(t=3809)及P2=1.0MPa(t=3209)兩種過熱蒸汽。經(jīng)過車間分汽缸向用汽設(shè)備供給P1=2.0MPa(t=2209)及P2=1.0MPa(t=2002209)兩種壓力等級(jí)蒸汽。P1=2.0

56、MPa壓力等級(jí)蒸汽主要供空氣加熱器用汽。P2=1.0MPa壓力等級(jí)蒸汽主要供精制工藝熱水加熱、噴射器、組件清洗和溴化鋰制冷用汽。在熱力系統(tǒng)運(yùn)行中，存在明顯的蒸汽節(jié)流減壓能量貶值和二次蒸發(fā)汽排放沒有得到回收利用問題。本項(xiàng)熱泵系統(tǒng)流程的特點(diǎn)是在保證工藝生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行前提下，減少蒸汽減壓過程中造成能量的無形損失，回收利用二次蒸發(fā)汽，消除蒸汽利用過程中的有形損失，使蒸汽能量的品位和數(shù)量都得到合理利用。4.5.2 熱泵供熱及蒸汽節(jié)能流程蒸汽冷凝水多級(jí)擴(kuò)容閃蒸S20壓力等級(jí)蒸汽供空氣加熱器用汽，排出壓力約為P=1.5MPa的汽水混合物，進(jìn)入一級(jí)汽水分離罐203，產(chǎn)生的P=0.60MPa的二次蒸發(fā)汽并入蒸汽管網(wǎng)一并供雙效溴化鋰制冷機(jī)用汽。高溫冷凝水進(jìn)入二級(jí)閃蒸罐204，產(chǎn)生P=0.30MPa，流量約為0.32t/h的低壓蒸汽供HW30、40、50、31、45的熱水系統(tǒng)用汽，熱水用汽量不會(huì)小于0.32t/h，其用汽量不足部分可以利用新蒸汽通過減壓補(bǔ)汽。采用上述多級(jí)擴(kuò)容閃蒸系統(tǒng)，空氣加熱器排出的蒸汽冷凝水產(chǎn)生的二次蒸發(fā)汽，全年都可以得到回收利