糖廠熱泵余熱回收系統(tǒng)效益計算的探討

高俊永

（廣州甘蔗糖業(yè)研究所，廣東 廣州 510316）

0 前言

糖廠制煉系統(tǒng)有很多的余熱資源期待開發(fā)，糖廠多效蒸發(fā)系統(tǒng)的末效罐汁汽和煮糖產(chǎn)生的汁汽溫度在70℃左右，絕大多數(shù)的糖廠采用噴射冷凝器進行吸收，其熱量通過循環(huán)水系統(tǒng)，從冷卻水塔排放到大氣中，不但造成能源浪費，也給環(huán)境帶來了熱污染［1］。以糖廠末效汁汽來說，汁汽量對蔗比約7.5%［2］，這部分余熱量比較大，如果能夠將這部分低溫熱源回收利用，不僅能夠提高糖廠的能源利用率，而且對保護環(huán)境有益。

采用熱泵技術，利用一定的高品質熱源，將目前糖廠這些大量的低品位的余熱利用到制糖的混合汁加熱、工藝熱水等中，將極大程度降低糖廠能耗，提高糖廠的蔗渣打包率，筆者通過多效蒸發(fā)系統(tǒng)的分析，認為在余熱效益的計算上應考慮多效蒸發(fā)系統(tǒng)的因素。并提出來以供相關人員探討，以期為余熱資源效益的準確計算提高理論依據(jù)。

1 傳統(tǒng)多效蒸發(fā)系統(tǒng)和帶熱泵的多效蒸發(fā)系統(tǒng)分析

假定多效蒸發(fā)系統(tǒng)各效汁汽的走向如下圖1和圖2所示，熱泵系統(tǒng)的高溫熱源采用廢汽，回收較低品位水中的余熱，得到的較高溫度的熱水進行混合汁一次二級加熱工藝處理，下圖2中的第I和第II效的汁汽走向同圖1中所示的走向不變。

圖1 傳統(tǒng)多效蒸發(fā)物料、蒸汽流程圖

圖2 帶熱泵系統(tǒng)的多效蒸發(fā)物料、蒸汽流程圖（以余熱加熱混合汁為例）

2 余熱回收效益分析

如上圖1和圖2所示，假設糖汁進出錘度、溫度、流量相等，蒸汽和汁汽的相關參數(shù)一致，對余熱回收效益進行分析，由于目前對余熱回收效益的計算，多是采用余熱系統(tǒng)回收的熱量等折為蔗渣鍋爐的蔗渣量，其計算數(shù)值沒有問題，但是計算過程筆者認為沒有考慮多效蒸發(fā)系統(tǒng)的影響，根據(jù)文獻［3］，多效蒸發(fā)系統(tǒng)及汁汽利用系統(tǒng)直接的進汽量是I效的蒸汽量，后面幾效的汁汽產(chǎn)生的熱量或汁汽余熱的量均應折算至進入I效罐的蒸汽量來進行熱量與蔗渣量的換算，因此，文章以甘蔗450噸/小時、混合汁440立方/小時計算，假定混合汁一級和二級加熱升溫均為21℃，余熱回收系統(tǒng)的對應蔗渣節(jié)約量分析如下。

混合汁一級加熱和二級加熱需要吸收熱量為：

根據(jù)多效蒸發(fā)系統(tǒng)用汽分析，混合汁一級加熱由采用IV效汁汽變?yōu)槟┬е虼?，混合汁一級加熱余熱回收熱量對應于I效進汽熱量為吸收熱量的四分之一；同理，混合汁二級加熱由采用III效汁汽變?yōu)闊岜糜酂嵯到y(tǒng)加熱，因此，混合汁二級加熱余熱回收熱量對應于I效進汽熱量為吸收熱量的三分之一，即：

在新的熱泵余熱系統(tǒng)中，假設僅有原混合汁二級III的汁汽量進入煮糖系統(tǒng)，煮糖系統(tǒng)以II效汁汽為主，則這部分的汁汽節(jié)約熱量等折為II效汁汽量對應的I效進汽熱量的二分之一，即：

則總的熱量回收為：

扣除耗用蒸汽和電耗的實際回收熱量Q′總回收為：

將熱泵余熱回收系統(tǒng)實際回收的熱量折合成45%水分蔗渣量，蔗渣熱值取2057千卡/公斤，取熱效率70%，將蔗渣熱值換算為國際千焦（1卡=4.18焦），則有每小時計算等折蔗渣量為：

與不考慮多效蒸發(fā)系統(tǒng)中間汁汽折算為I效進汽關系的影響，同樣條件下計算出的等折蔗渣量為9.7t/h，而考慮多效蒸發(fā)效數(shù)的影響后折合的蔗渣打包率為：

4.49÷450=1%蔗。

每榨萬噸甘蔗節(jié)約蔗渣量：

1%×10000=100t。

依此推算，對于文獻［1］中的熱泵系統(tǒng)，造價在1600萬元（含板式換熱器）左右，按年榨蔗150萬噸計算，節(jié)約蔗渣量為15000噸，按蔗渣300元/噸計算，榨季節(jié)約蔗渣產(chǎn)生經(jīng)濟價值為：

300×15000=450萬元。

投資回報期為：1600÷450=3.56（榨季）。

根據(jù)文獻［2］所述的熱泵系統(tǒng)388萬，榨季節(jié)約蔗渣產(chǎn)生經(jīng)濟價值為：

300×1%×4000×150=180萬元。

投資回報期為：388÷180=2.16（榨季）。

綜上分析，采用上述的熱泵系統(tǒng)后，每榨萬噸蔗可以節(jié)約100噸的蔗渣，設備的投資回報期在2.16～3.56榨季，雖然一次投入較大，但由于熱泵系統(tǒng)一般在運行多個榨季后可以產(chǎn)生較高的經(jīng)濟價值。

3 小結

甘蔗屬于可再生的高效資源，利用甘蔗渣進行造紙、發(fā)酵、生物材料等的深加工，可以顯著提高糖廠的綜合效益，提高蔗渣制漿的量，可節(jié)約大量的木材，對蔗區(qū)的森林資源和生態(tài)環(huán)境的保護都具有十分重要的意義。

文章通過對多效蒸發(fā)系統(tǒng)熱能分配分析，提出了汁汽能量節(jié)約折算蔗渣量的一種計算方法，即后面幾效的汁汽產(chǎn)生的熱量或汁汽余熱的量均應折算至進入I效罐的蒸汽量來進行熱量與蔗渣量的換算，該方法給糖廠節(jié)能核算提供一個基本參考。

［1］ 黃雄軍，溫亦欽，黃益雄，等 熱泵余熱回收技術在糖廠生產(chǎn)中的應用研究［J］甘蔗糖業(yè)，2015（1）：37-41.

［2］ 鈕德明糖廠節(jié)水及回收低溫余熱的新技術［J］廣西節(jié)能，2006（4）：32-33.

［3］ 陳維鈞，許斯新甘蔗制糖原理與技術-糖汁加熱與蒸發(fā)［M］中國輕工業(yè)出版社，2001，第1版：27-79.