工業(yè)余熱熱泵及余熱網(wǎng)絡(luò)化利用的現(xiàn)狀和發(fā)展

趙豐收

荏原冷熱系統(tǒng)（中國）有限公司 山東煙臺 265500

工業(yè)能源消耗中會產(chǎn)生大量的余熱，工業(yè)余熱熱泵技術(shù)的應(yīng)用可以將余熱回收再利用到工業(yè)流程中或者其他區(qū)域供熱制冷等方面，實現(xiàn)工業(yè)綠色節(jié)能發(fā)展?，F(xiàn)階段工業(yè)余熱熱泵技術(shù)通常分為壓縮式、吸收式、與化學(xué)式，這三種熱泵技術(shù)在都工質(zhì)、循環(huán)、系統(tǒng)創(chuàng)新等方面都在不斷的更新發(fā)展，并且達到了較高的技術(shù)水平。但是其溫升、容量、能效比、等方面還存在諸多待完善領(lǐng)域，而且工業(yè)余熱網(wǎng)絡(luò)化利用可以實現(xiàn)輸入熱能的階梯式利用，進而提升工業(yè)余熱的利用率。這就需要相關(guān)研究人員繼續(xù)對工業(yè)余熱熱泵及余熱網(wǎng)絡(luò)化利用進行更加深入鉆研，獲取更高水平的網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)余熱熱泵技術(shù)。

1 工業(yè)余熱熱泵及余熱網(wǎng)絡(luò)化利用的現(xiàn)狀和發(fā)展

1.1 壓縮式熱泵

壓縮式熱泵技術(shù)的研究應(yīng)用較早，20世紀90年代國外的壓縮式熱泵技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)中得到了較大范圍的應(yīng)用及關(guān)注，其研究水平及成果遠遠領(lǐng)先于國內(nèi)，國內(nèi)的壓縮式熱泵技術(shù)的研究方向主要在高溫工質(zhì)、系統(tǒng)循環(huán)及設(shè)備，其中高溫工質(zhì)、運行可靠性、大容量機組是我國壓縮式熱泵技術(shù)的研究的重點。目前，我國的壓縮試熱泵技術(shù)通常是以高校研究為主，而且普遍應(yīng)用在家用和商用機組，其溫升范圍為30-35，COP的最高值為4.3左右，已經(jīng)達到一級能效的標準。但是，國外壓縮式熱泵機組的COP的最高值可達到5.5左右，這是因為其提升溫差、工質(zhì)等方面的技術(shù)都優(yōu)于國內(nèi)技術(shù)。工業(yè)壓縮試熱泵技術(shù)在90度的工業(yè)余熱處理中可達到蒸發(fā)溫度30度-60度的技術(shù)效果，這就決定了其在高溫工程的應(yīng)用的研究方向[1]。

1.2 吸收式熱泵

我國現(xiàn)階段的吸收式熱泵技術(shù)已經(jīng)具備獨立設(shè)計、加工直燃式機組、熱水式機組和蒸氣式機組的能力，并且可以根據(jù)實際應(yīng)用需求設(shè)計兩級、單效、雙效等不同應(yīng)用方式機組模式，形成了完善的技術(shù)應(yīng)用體系，推動了我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)化、節(jié)能化、標準化進展。我國的上海交通大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京清華大學(xué)等高校在吸收式熱泵技術(shù)方面的研究投入了極大的精力，為吸收式熱泵技術(shù)的應(yīng)用及革新提供了先進的技術(shù)支持及方向。例如，上海交通大學(xué)曾提出的變效吸收制冷循環(huán)技術(shù)理論，可以大幅度提高吸收式熱泵技術(shù)在化熱源應(yīng)用環(huán)境中的制冷或制熱效率。近些年來，我國對吸附式熱泵技術(shù)方向也開展了專項研究，其研究重點基于系統(tǒng)數(shù)值模擬及實驗機組設(shè)計，目前還不具備實踐應(yīng)用條件，僅僅停留在理論研究及模擬試驗階段，隨著研究的深入及技術(shù)的發(fā)展，其在工業(yè)中的高質(zhì)量應(yīng)用及大面積推廣值得期待。

1.3 化學(xué)熱泵

化學(xué)熱泵技術(shù)是借助可逆吸放熱化學(xué)反應(yīng)完成的工業(yè)余熱回收、儲備、應(yīng)用技術(shù)?；瘜W(xué)熱泵機組系統(tǒng)通常利用反應(yīng)物在低溫分解、高溫合成的化學(xué)特性形成高品位熱能，其系統(tǒng)循環(huán)過程中存在中間反應(yīng)過程，如產(chǎn)物分離、冷凝、回熱等，進而形成對環(huán)境的放熱或者吸熱?；瘜W(xué)熱泵技術(shù)具有適用范圍廣、溫度升幅大、儲能密度大等優(yōu)點，通常與與壓縮式熱泵技術(shù)和吸收式熱泵技術(shù)合用形成技術(shù)互補，實現(xiàn)對工業(yè)余熱更高質(zhì)量的利用?；瘜W(xué)熱泵技術(shù)通常根據(jù)其反應(yīng)物分為無機系化學(xué)熱泵技術(shù)和有機系化學(xué)熱泵技術(shù)。我國的無機化學(xué)熱泵技術(shù)主要集中于金屬氫化物、金屬氯化物等反應(yīng)物，并在其傳熱性能、系統(tǒng)優(yōu)化等方面取得了極高的研究成果。我國的有機化學(xué)熱泵技術(shù)主要集中于異丙嗪、丙酮等反應(yīng)物，有機物化學(xué)熱泵技術(shù)具有傳熱性能好、連續(xù)運行等優(yōu)點，具有極佳的發(fā)展及應(yīng)用前途?；瘜W(xué)熱泵目前的實踐應(yīng)用中的反應(yīng)穩(wěn)定性、速率、催化劑等方面還存在較大的研究空間，這就需要相關(guān)研究機構(gòu)及研究人員繼續(xù)對其開展更加深入的研究，以期其能發(fā)揮出更加高效的工業(yè)應(yīng)用價值[2]。

1.4 網(wǎng)絡(luò)化利用

我國的工業(yè)余熱回收系統(tǒng)是不同溫區(qū)采用了不同的熱泵技術(shù)，并通過不同的熱泵技術(shù)相互配合、相互補充，提升工業(yè)余熱的回收應(yīng)用，而且需要對余熱轉(zhuǎn)換、冷熱電聯(lián)供、熱源等環(huán)節(jié)進行合理配置，借此完成能量目標及回收質(zhì)量。現(xiàn)階段的工業(yè)余熱網(wǎng)絡(luò)化利用的研究方向主要為分布式能源冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要通過燃氣輪機、內(nèi)燃機、余熱回收利用裝置、控制系統(tǒng)等組構(gòu)而成，可以實現(xiàn)輸入熱能的階梯式利用，進而提升溫區(qū)能量的高品質(zhì)配比，發(fā)揮能源的最大利用率。例如，將高溫熱能利用于對外發(fā)電；中溫熱能利用于制冷負荷；低溫熱能利用于生活熱水。但是，現(xiàn)階段的工業(yè)余熱大都以單一能量形式回收，缺乏系統(tǒng)性、先進性的利用需求、熱泵選型等方面的指導(dǎo)，對工業(yè)余熱回收的質(zhì)量及效率產(chǎn)生了較大的制約。因此，我國工業(yè)余熱回收系統(tǒng)研究要以熱泵供給形式、熱泵聯(lián)合特點、容量等為主要研究方向，結(jié)合用戶需求、溫位熱泵、熱源側(cè)、余熱轉(zhuǎn)化技術(shù)等構(gòu)建廣譜、高效的工業(yè)余熱網(wǎng)絡(luò)化運行系統(tǒng)。

2 結(jié)語

工業(yè)余熱熱泵及余熱網(wǎng)絡(luò)化利用，可以極大的提升工業(yè)余熱的利用效率，對工業(yè)的高效、節(jié)能發(fā)展有著顯著的促進作用。現(xiàn)階段，我國的工業(yè)余熱熱泵技術(shù)的研究方向主要是熱泵工質(zhì)、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、運轉(zhuǎn)可靠性、能量轉(zhuǎn)換效率、溫度適應(yīng)性等，常用的熱泵技術(shù)為壓縮式熱泵技術(shù)、吸收式熱泵技術(shù)、化學(xué)熱泵技術(shù)。我國的工業(yè)余熱熱泵技術(shù)已經(jīng)有較高的應(yīng)用水平，但其存在較大的提升空間，尤其是化學(xué)熱泵及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化利用等方面具有極大的優(yōu)化空間及發(fā)展價值，需要研究人突破化學(xué)熱泵技術(shù)反應(yīng)穩(wěn)定性差、速率低的局面，同時提升熱泵技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用及熱、電、儲、運等方面的網(wǎng)絡(luò)化利用效果，實現(xiàn)更高利用率、更安全穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)余熱熱泵體系[3]。