【早安暖通】工业规模大型热泵有可能引发工业革命

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转换传统观念 作为接受供暖制冷服务的大用户,建筑物及其能量循环在通常情况下仍然被认为是分开的,因此由两种不同的设备提供。为了极大地提高效率,我们必须转换观念,进行全面系统的理解。 每当需要制冷时,热量是一种副产品:而在加热时,冷气可以是副产品。因此需要进一步探索研究,以确定能量循环时如何进行转换,使得在某种服务中所浪费的能量变成另一种服务时的资源。 在使这一远景成为现实方面,大型热泵是可供选择的效率最高的技术。工业规模的大型热泵不但可以使用来自空气、水或地面的可再生能源,而且也能够从建筑物及其能量循环过程中利用浪费的能源来供暧制冷。采用科学系统的设计,可以将能源使用的单向路径转变为一种循环能源经济。

转换传统观念


作为接受供暖制冷服务的大用户,建筑物及其能量循环在通常情况下仍然被认为是分开的,因此由两种不同的设备提供。为了极大地提高效率,我们必须转换观念,进行全面系统的理解。

每当需要制冷时,热量是一种副产品:而在加热时,冷气可以是副产品。因此需要进一步探索研究,以确定能量循环时如何进行转换,使得在某种服务中所浪费的能量变成另一种服务时的资源。

在使这一远景成为现实方面,大型热泵是可供选择的效率最高的技术。工业规模的大型热泵不但可以使用来自空气、水或地面的可再生能源,而且也能够从建筑物及其能量循环过程中利用浪费的能源来供暧制冷。采用科学系统的设计,可以将能源使用的单向路径转变为一种循环能源经济。

虽然热泵在住宅的应用已经众所周知,但它们在商业和工业应用中的贵献(潜力)却鲜为人知。然而正是这一细分市场,正在迅速成为隐形“冠军”。在食品、纸张和化学行业的生产加工过程中,可以通过供暧制冷从最有效的能源利用中获取经济效益,同时有益于减排和改进空气质量。

这篇文章提供了欧洲成功实施的16个工业规模的大型热泵项目,笔者希望能引起读者的兴趣,激发进一步应用热泵的热情。如果你有这方面的需求,需要向专家咨询,可与欧洲热泵协会(EHPA)联系。比利时布酋塞尔或其他任何大型工业热泵工作小组的专家将会及时地给你提供建议。


具有广阔市场

工业规模的大型热泵与一般热泵最大的不同就是出水溫度的不同,组成和工作过程与压缩式制冷机相同,也是用一般的制冷剂(氨或氟利昂)作为工质。工业废水在泵的作用下流经蒸发器的传热管,加热管外的工质并使之蒸发,产生的蒸气经压缩机压缩后进入冷凝器即凝汽器中冷凝成液体,液体再经节流阀节流降压后进入蒸发器中继续蒸发,从而完成热泵的工作循环。在冷凝器中工质是在较高的温度下冷凝的,将热量传给载热质(冷却水),载热质遂将热量源源不断地供给箝要供热的用户。

工业用余热型地源热泵技术具有很好的经济效益, 消耗1度电就能获取相当于5度电的热能,综合算下来能源利用效率是原来利用燃煤供热的2倍以上。工业企业排放的污水通常都在30°C以上,这不仅给环境造成热污染,还造成了热量的浪费。据测算,工业冷却水、工业废水、地热尾水中蕴含着大里热能,但因热值较低难以提取而几乎全部丢弃,热泵技术则能将废水中的7°C至50°C的低品位余热,转换成50°C至85°C的高品位热能加以利用,用于供暧制冷等生活所需,是一个提高煤炭利用效率,把能源综合利用起来的好办法。

地热是能够供人类利用的另一热源,地源热泵技术在建筑节能领域的应用和发展已经有十余年的时间。地源热泵是指地球表面浅层水源(如地下水、河流和湖泊)和土壤源中吸收的太阳能和地热能,并采用热泵原理, 既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵技术应用到工业领域之后,所应用的是工业水,与地源热泵原来所利用地下水相比,工业废水水质较差,有腐蚀性。此外,浅层地热水的温度在16°C左右,而工业废水的温度变化较大,10°C至30°C不等。这些特点都给工业余热型热泵技术提出了更高要求。

除压缩式热泵之外,还有一类工业余热型热泵叫做吸收式热泵。吸收式热泵以供热为主,而压缩式热泵则能够更好地冷热兼顾,冬天制热、夏天制冷。对两种技术的选择应该因地制宜,客观分析。利用吸收式热泵应用于工业领域再向居民发电需要满足三个条件:一是要有驱动式热源。如热电厂用来发电的热蒸汽。二是要有余热资源。还是以热电厂为例,以前是通过换热器将高温蒸汽中的热量传输给利用吸收式热泵,代替原来的换热器后,热效率大大提高了。同时,当压力巨大的蒸汽用于发电之后,剩余压力会减小,同时温度降低的废蒸汽,被 称作乏汽。原来这部分乏汽将通过冷却塔冷却掉形成工业废水,如今这部分废蒸汽的余热就可以通过应用工业型地源热泵利用起来。三是要有供热需求。目前,这种工业用地源热泵还主要应用于距离厂矿较近的厂矿自己的家属区,随着这项技术逐步趋于完善,将更加广泛地应用于城市供暧。

工业型地源热泵能够应用于许多工业生产领域,除了热电厂之外,煤炭、钢铁以及石油行业等都能够应用。把工业余热利用起来,实际上是提高煤的热转化效率, 一些国家的煤炭利用率达到90%以上。利用地源热泵把工业余热利用起来,可以很好地提高工业生产中煤炭利用率。钢铁厂在炼钢过程中会产生大量炉渣,炉渣温度很高,需要冲渣水为其降温,冲渣水中的热里就可以利用工业余热型热泵提取出来。石油输送的过程中需要伴热,传统的伴热热置来源同样是靠在输油管道沿线设 锅炉房烧煤供热。其实,开采石油的过程首先是向地下大量注水,将油水一同抽上来,再实施油水分离的过程,抽取上来并与油分离开来的水是有较高温度的,这部分水的热话同样能够凭借地源热泵被利用起来。

不仅如此,工业余热型热泵技术还可以应用于电力、纺织印染、水产养殖、食品酿造、市政污水等其他行业。大量的废水、废热被排放,在对环境造成热污染的同时还要消耗大量燃料用于生产工艺中的加热过程,在这些行业推广热泵技术回收废热,节能挖潜,工业余热型热泵技术还有十分巨大的市场空间。


释放经济潜力

影响热泵运行经济性的主要因素有化石燃料的成本、电力成本、利率、热泵系统的效率(同时提供热供应和热需求,同时需要加热和冷却)和投资成本差异。如果化石燃料和电力的相对成本小于热泵系统的效率,那么使用热泵就可以节约运行成本。由于能源价格的扭曲, 这是越来越困难的,因为许多政府收回了通过电力成本来绿化电力系统的成本。与此同时,化石燃料的价格并没有反映其使用对环境的负面影响,因此热量供应的相对成本有利于化石燃料。由于能源需求减少和二氧化碳排放之间存在直接关系,因此扩大需求减少的经济潜力也将减少工业部门的二氧化碳排放量。该研究得出的结论是,在经济可行的情况下,二氧化碳减排潜力为 86,2mt(25%)。

工业热泵之所以受到限制使用,有如下主要障碍。 一是对投资回报的极端要求,通常不超过2年。二是风险规避,特别对那些被认为是未经证实的新热泵技术,更是持怀疑态度。三是缺乏有最佳实践的例子,难以对新的解决方案建立信任。四是行业的结构性壁垒。五是许多旧的运行都是基于蒸汽,转换过程的交易成本很高。六是没有整合能力和责任,积极地优化工业流程和商业应用。

工业热泵的节能和二氧化碳减排潜力仍未得到充分利用,创造更有利的政治框架条件将有助于扭转这一趋势。其中包括给化石燃料的使用添加了价格信号、减轻对曰益清洁电力税收和征收额的负担、通过低碳排放技术(如热泵)为能源高效投资提供低利率和贷款担保、工业部门增加对标准化热泵的研究开发和提供更多最佳实践例子。总之,无论政策制定者还是业界,都必须共同努力,推广工业热泵应用技术,充分释放经济潜力。

(编译自欧洲热泵协会网站www.ehpa.org李忠东 编译)

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