低碳技术 生物质驱动吸收式热泵

吸收式热泵以高温热能驱动，回收低温余热，产生热水用于供暖或工艺流程，是一种很好的节能设备。特别是与高温热能直接加热热水的原工艺流程中相比，相当于零能耗回收余热，经济性极佳。例如，在燃气锅炉供热领域，燃气直接加热热水的过程存在巨大的传热温差，可以采用燃气驱动吸收式热泵，回收空气能、余热水或烟气热量加热热水，与锅炉工艺相比，实现了零能耗的余热回收，效果显著。

但是，从本质上说，吸收式热泵还是需要采用燃气、蒸汽等一次或二次能源加热，虽然降低了能源消耗和碳排放，本身还是存在碳排放，在实现双碳目标的大环境下，也有一定的推广阻力。特别是在一些新建项目上，还需要建设燃气或蒸汽管道（蒸汽可能来自于燃煤锅炉），这一问题更加突出。因此，采用零碳燃料是未来吸收式热泵的发展方向之一。

目前常见的零碳能源，大多数用于发电，无法直接应用于吸收式热泵。光热发电技术产生的蒸汽可以作为热泵驱动，但是一般光热发电的所在地都比较偏僻，距离余热资源较远，不适合应用吸收式热泵技术。生物质本身主要作为燃料使用，与吸收式热泵的流程更为匹配。

生物质源头来自太阳能，其生长阶段吸收太阳能和二氧化碳，燃烧后释放热量和二氧化碳，二氧化碳是平衡的，热量主要来自于太阳能，生物质生长和燃烧过程是对太阳能进行了提温。生物质燃烧的热量就是吸收式热泵的最佳零碳驱动能源。

将生物质作为吸收式热泵的驱动能源，一方面实现了热泵驱动的零碳化，另一方面也解决了生物质直接燃烧造成的能源品位的浪费。从吸收式热泵本体来看，驱动热源是生物质，低温热源是各类余热，因此，产生的热量完全是零碳的。但是，生物质并不像燃气、蒸汽等能源那样很容易与吸收式热泵相结合，存在一定的难度。从整体来看，主要有三种结合方式：一是生物质产蒸汽后再驱动热泵，二是生物质直接作为吸收式热泵发生器的燃料，三是生物质气化后产生的可燃气作为吸收式热泵的燃料。三种方式各有利弊。

生物质产蒸汽的方式，需要配置生物质蒸汽锅炉，再将蒸汽通入热泵发生器。这种流程的好处是各种设备都是成熟的，但是缺点也很明显。首先，系统庞大，占地面积大、附属设备多，投资高；其次，生物质蒸汽锅炉需要配置相应的烟气处理设备，投资和运行费用都比较高；第三，系统复杂，调节相对困难。

生物质直接进入发生器炉胆内燃烧的方式，大幅度降低了生物质利用方式的复杂程度，减少了设备数量和系统投资，但是也存在几个问题。首先，热泵还是需要配置烟气处理设备，如脱硝设备等，运行费用高；其次，生物质直接燃烧炉胆和发生器结构不易匹配，可能造成发生器与整体不匹配、溶液量填注量过多等问题，在溴化锂溶液价格处于高位的时期，对设备成本影响巨大；第三，生物质直接燃烧的方式不易控制驱动热量，特别是在吸收式热泵进行参数保护时，需要具备快速切断驱动热量的功能，但生物质在炉胆内燃烧的方式无法实现快速切断，需要对热泵内部流程进行变更，增加了结构的复杂性和调节的难度。

生物质气化的方式驱动吸收式热泵，与前两种相比是比较合理的方式。与生物质制蒸汽技术相比，系统相对简单，结构紧凑、布置合理，整体投资低，系统经济性好。与生物质直接进发生器的技术相比，从成熟度来说，吸收式热泵可以采用成熟的直燃型热泵，只是燃烧器需要适应生物质气的成分，设备成熟，不需额外开发费用；从运行可靠性而言，生物质的产气和吸收式热泵的耗气两者可相互分离，解决了热泵负荷调节的瞬时响应需求和生物质产气量调节迟滞性之间的矛盾，调节和控制简单，利于系统的稳定、安全运行；从整体布局来说，生物质气化设备和吸收式热泵相对独立，系统构成简单，布置灵活，整体投资降低，经济性较好。此外，为了能够保证设备性能，生物质气化气驱动型吸收式热泵还在以下几方面做了优化：

首先，优化了生物质制气技术，解决了生物质产气不稳定、调节性能差的问题，给吸收式热泵提供了稳定的气源，同时生物质制气的副产物也进行了二次开发，可以作为二次产品出售，进一步提高了系统的经济性。

其次，采用了自研的生物质气化气低氮燃烧器，采用专有技术，经济的实现了超低氮排放，取消了烟气脱硝装置，降低了投资和运行成本，减小了系统占地面积，经济性更好。

吸收式热泵技术在已有工艺流程中具有良好的节能性，但是在新建项目中仍需常规能源驱动，在低碳能源环境下，推广受到一定的限制。采用生物质气化的方式驱动吸收式热泵，使热泵的输入热量均为零碳能源，经济效益和环保效益显著，为吸收式热泵的推广开辟了一条道路。生物质气化气驱动吸收式热泵，与其他利用生物质能驱动热泵的形式相比，也有明显的先进性，是未来生物质驱动热泵的发展方向。