熱泵再利用助凹印生產(chǎn)節(jié)能減排

林建東

2014年至今，許多凹印企業(yè)為凹印設(shè)備安裝了熱泵，在使用過程中收到了良好的節(jié)能效果。由于當(dāng)前國家對(duì)VOCs排放的強(qiáng)力管制，凹印企業(yè)又需要引入新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)VOCs減排，通過多年探索，高溫?zé)峤釼OCs技術(shù)可作為主流技術(shù)方向。但事實(shí)上，不管采取哪種熱解技術(shù)，所伴隨的都是大量煙氣余熱的產(chǎn)生，這部分煙氣余熱大大超過了凹印行業(yè)所需的烘干熱能。所以，對(duì)于企業(yè)用熱來說，只要想辦法將煙氣余熱轉(zhuǎn)換成適用于烘干或其他使用即可。這樣一來，熱泵就變得多余，因?yàn)椴还軣岜玫闹茻崮苄П扔卸喔?，運(yùn)行起來都需要耗電，關(guān)鍵是無法解決VOCs減排的問題。凹印企業(yè)既然已經(jīng)投資熱泵，如果將其全部作廢，實(shí)在太過可惜。根據(jù)凹印企業(yè)的用熱情況，其實(shí)仍然可以讓熱泵繼續(xù)發(fā)揮作用，最起碼將其部分價(jià)值利用起來，讓投資損失降低到最低。

由于目前應(yīng)用于凹印行業(yè)的有機(jī)廢氣熱解技術(shù)尚處于探索階段，現(xiàn)階段最符合凹印企業(yè)利益的做法是實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)能減排，并為未來VOCs的徹底治理做好準(zhǔn)備。這里提到的“減排”，是指減少VOCs的末端排放量，以減少凹印企業(yè)的VOCs排污處罰額度。如果有些凹印企業(yè)在未來一段時(shí)間內(nèi)還沒有計(jì)劃安裝VOCs治理設(shè)備，但又希望降低廢氣排放量并實(shí)現(xiàn)節(jié)能，可以嘗試對(duì)原來已經(jīng)投資的熱泵進(jìn)行改造，再配合新的節(jié)能減排設(shè)備，重新發(fā)揮熱泵的價(jià)值。

主要有三個(gè)方向，一是給凹印機(jī)ESO系統(tǒng)或LEL系統(tǒng)的新風(fēng)加熱；二是熟化室改造；三是改為暖風(fēng)機(jī)用于冬季取暖。

與凹印機(jī)節(jié)能減排系統(tǒng)的配合使用

以一臺(tái)安裝了熱泵的8色凹印機(jī)為例，工況為：原總排風(fēng)量為26000m3/ h，包括通過熱泵新風(fēng)口進(jìn)入的新風(fēng)20000m3/h和通過烘箱負(fù)壓進(jìn)入的新風(fēng)6000m3/h，熱泵壓縮機(jī)功率為50kW。

1.與凹印機(jī)LEL系統(tǒng)的配合使用

在凹印機(jī)上安裝LEL系統(tǒng)，對(duì)熱泵進(jìn)行再改造后，總排風(fēng)量下降至8000m3/h，包括通過有組織進(jìn)入的新風(fēng)2000m3/h，通過烘箱負(fù)壓無組織進(jìn)入的新風(fēng)6000m3/h。加熱新風(fēng)從原來的20000m3/h下降至2000m3/h，相當(dāng)于通過有組織進(jìn)入的新風(fēng)加熱量減少了90%。原來采用8臺(tái)熱泵，如今只需要1臺(tái)再加上適量電輔加熱就可以滿足新風(fēng)預(yù)熱和精確調(diào)溫的需求。熱泵的任務(wù)就是將總新風(fēng)預(yù)熱到接近工藝的溫度，待新風(fēng)進(jìn)入烘箱內(nèi)循環(huán)后，余下部分溫差采用LEL系統(tǒng)的電熱管進(jìn)行最后的精確調(diào)整。

2.與凹印機(jī)ESO系統(tǒng)的配合使用

在凹印機(jī)上安裝ESO系統(tǒng)，對(duì)熱泵進(jìn)行再改造后，由于烘箱內(nèi)的氣壓平衡可以控制在臨界狀態(tài)，總排風(fēng)量甚至可以下降至5000m3/h，包括通過有組織進(jìn)入的新風(fēng)2000m3/h，通過烘箱負(fù)壓無組織進(jìn)入的新風(fēng)3000m3/ h。加熱新風(fēng)從原來的20000m3/h下降至2000m3/h，原理和取得的效果和熱泵與凹印機(jī)LEL系統(tǒng)配合使用的情況相同。

3.能耗對(duì)比

對(duì)熱泵改造后，通過公式計(jì)算可對(duì)比LEL系統(tǒng)和ESO系統(tǒng)采用全部電加熱與熱泵配合電加熱之間的能耗，熱泵的平均制熱能效比按3.5計(jì)算。

（1）熱泵配合LEL系統(tǒng)前后加熱能耗計(jì)算

LEL系統(tǒng)有組織新風(fēng)電加熱的功率為：（2000/20000）m3/h×50kW×3.5=17.50kW

LEL系統(tǒng)有組織新風(fēng)熱泵加熱的功率為：（2000/20000）m3/h×50kW=5.00kW

LEL系統(tǒng)無組織新風(fēng)電加熱的功率為：（6000/20000）m3/h×50kW×3.5=52.50kW

（2）熱泵配合ESO系統(tǒng)前后加熱能耗計(jì)算

ESO系統(tǒng)有組織新風(fēng)電加熱的功率為：（2000/20000）m3/h×50kW×3.5= 17.50kW

ESO系統(tǒng)有組織新風(fēng)熱泵加熱的功率為：（2000/20000）m3/h×50kW=5.00kW

ESO系統(tǒng)無組織新風(fēng)電加熱的功率為：（3000/20000）m3/h×50kW×3.5=26.25kW

能耗結(jié)果如表1所示。在凹印設(shè)備上安裝LEL系統(tǒng)或ESO系統(tǒng)后，如果再采用熱泵對(duì)有組織進(jìn)入的新風(fēng)進(jìn)行加熱，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能。值得一提的是，由于熱泵內(nèi)空氣流道沒有參與LEL系統(tǒng)或ESO系統(tǒng)內(nèi)的空氣循環(huán)，所以熱泵內(nèi)部的換熱器風(fēng)阻不會(huì)對(duì)能耗帶來影響。

用于熟化室加熱

一臺(tái)5.50kW的印刷機(jī)熱泵可以滿足北方地區(qū)30m2或南方地區(qū)45m2的制熱需要，將熱泵的熱風(fēng)出風(fēng)口和回風(fēng)口接入熟化室，用三通管的其中兩個(gè)接頭將熱泵新風(fēng)口與排風(fēng)口連通，三通管的另一個(gè)接頭安裝調(diào)節(jié)風(fēng)閥，這樣熟化室與熱泵之間就形成了閉環(huán)循環(huán)，可以通過調(diào)節(jié)三通管上的風(fēng)閥開合度進(jìn)行少量換氣。

實(shí)踐證明，熱泵用于熟化室加熱是最合適不過的，比電熱管或紅外線燈加熱節(jié)能70%以上，而且熱風(fēng)加熱均勻，更不會(huì)產(chǎn)生過熱而損壞產(chǎn)品，更沒有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，可以無人值守，避免了采用蒸汽或?qū)嵊图訜嵩诠?jié)假日需要專門安排人留守管理的問題。

改為暖風(fēng)機(jī)

將熱泵改為暖風(fēng)機(jī)需要對(duì)熱泵做點(diǎn)“小手術(shù)”，將熱泵熱風(fēng)機(jī)內(nèi)部的疊片式氣氣換熱器取下，增加一些導(dǎo)流板，取消原來的后級(jí)換熱，讓廢氣只通過蒸發(fā)器后就直接排出，目的是防止原來氣密性不高的氣氣換熱器內(nèi)部有少量的串風(fēng)，廢氣通過間隙滲入對(duì)新風(fēng)造成污染。按照上述方法對(duì)熱泵改造后，把熱泵回風(fēng)口接入凹印機(jī)的總廢氣排風(fēng)口，熱泵的熱風(fēng)出口接入凹印企業(yè)廠房空調(diào)系統(tǒng)，熱泵的新風(fēng)入口通過管道連通室外吸取干凈新鮮的空氣，熱泵排風(fēng)口連接至煙囪。

如此一來，凹印機(jī)排出的約50℃的廢氣余熱通過熱泵蒸發(fā)器吸收后，將新風(fēng)加熱到60℃左右再送入室內(nèi)用于冬季取暖。由于蒸發(fā)器能吸收足夠的廢氣余熱，熱泵的制熱能效比能達(dá)到4以上，節(jié)能效果非常高。而且，通過改造后的熱泵可以將新風(fēng)和廢氣完全隔離，杜絕廢氣混入凹印企業(yè)的空調(diào)系統(tǒng)。

通過以上改造，原來熱泵的一部分能重新發(fā)揮價(jià)值，剩余部分可折價(jià)出讓，用于其他烘干行業(yè)，為凹印企業(yè)減少投資損失。