吸收式熱泵技術(shù)在工業(yè)余熱回收中的應(yīng)用與前景

摘要：隨著全球能源問題的日益嚴(yán)峻，工業(yè)余熱的回收和再利用已成為提高能源效率、減少能源浪費(fèi)、降低生產(chǎn)成本和減輕環(huán)境污染的重要途徑。吸收式熱泵技術(shù)作為一種有效的余熱回收手段，能夠在不同溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的熱能轉(zhuǎn)移，尤其在工業(yè)領(lǐng)域的低溫余熱回收中顯示出顯著的優(yōu)勢。詳細(xì)介紹了吸收式熱泵的工作原理及其在工業(yè)余熱回收中的應(yīng)用案例，并通過實(shí)際數(shù)據(jù)分析其節(jié)能減排效果。還探討了吸收式熱泵技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，以期該技術(shù)在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：吸收式熱泵技術(shù)工業(yè)余熱回收應(yīng)用與前景

中圖分類號：TM621

ApplicationandProspectofAbsorptionHeatPumpTechnologyinIndustrialWasteHeatRecovery

ZHANGJianping

HantingDistrictIndustrialDevelopmentPromotionCenter，Weifang，ShandongProvince，261100China

Abstract：Withtheincreasinglysevereglobalenergyproblems，therecoveryandreuseofindustrialwasteheathasbecomeanimportantwaytoimproveenergyefficiency，reduceenergywaste，reduceproductioncostsandreduceenvironmentalpollution.Asaneffectivemeansofwasteheatrecovery，AbsorptionHeatPumptechnologycanachieveefficientheattransferindifferenttemperatureranges，especiallyshowingsignificantadvantagesinindustrialfieldoflowtemperaturewaste.TheworkingprincipleofAbsorptionHeatPumpanditsapplicationinindustrialwasteheatrecoveryareintroducedindetail，andtheeffectofenergysavingandemissionreductionisanalyzedbypracticaldata.ThecurrentsituationandfuturedevelopmenttrendofAbsorptionHeatPumptechnologyarealsodiscussed，withaviewtoitswideapplicationinmorefields.

KeyWords：AbsorptionHeatPumptechnology;Industrialwasteheatrecovery;Applicationandprospect

隨著能源問題的日益嚴(yán)重，節(jié)能減排成為我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要課題。工業(yè)領(lǐng)域能源消耗巨大，余熱資源豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國工業(yè)領(lǐng)域的余熱資源約占總能耗的30%左右。因此，充分利用工業(yè)余熱，對提高能源利用效率、減少能源浪費(fèi)具有重要意義。吸收式熱泵技術(shù)作為一種有效的余熱回收方法，已在我國得到了廣泛的應(yīng)用。本文將主要探討吸收式熱泵技術(shù)在工業(yè)余熱回收中的應(yīng)用及其優(yōu)勢。

1吸收式熱泵技術(shù)原理及特點(diǎn)

1.1工作原理

吸收式熱泵系統(tǒng)的工作原理主要基于溶液的吸收-解吸特性，以及熱力學(xué)中的朗肯循環(huán)。系統(tǒng)通常由發(fā)生器、吸收器、熱交換器和節(jié)流裝置組成，并伴隨著工質(zhì)狀態(tài)的變化和熱量的轉(zhuǎn)移。在發(fā)生器中，工質(zhì)（通常是低沸點(diǎn)的工作fluid）在吸收器返回的低溫溶液的作用下被加熱，發(fā)生蒸發(fā)。此時，工質(zhì)的溫度和壓力上升，吸收器中的低溫溶液則被加熱并轉(zhuǎn)化為蒸汽。高溫高壓的蒸汽隨后進(jìn)入熱交換器，將熱量傳遞給冷媒，蒸汽的溫度和壓力下降，變?yōu)榈蜏氐蛪旱恼羝?。這一過程中，冷媒吸收熱量，溫度上升。低溫低壓的蒸汽進(jìn)入吸收器，在這里它與吸收劑（通常是一種特殊的溶液，如氨水溶液）發(fā)生熱交換，釋放出熱量并被吸收劑吸收，重新變成液體狀態(tài)。吸收劑因此被濃縮，溫度上升。富液（濃縮的吸收劑）經(jīng)過節(jié)流裝置節(jié)流后，壓力驟降，溫度也隨之降低，然后重新進(jìn)入發(fā)生器，完成整個循環(huán)。在這個過程中，發(fā)生器和吸收器之間的工質(zhì)轉(zhuǎn)移是循環(huán)進(jìn)行的，而熱交換器和吸收器之間的熱量轉(zhuǎn)移則是單向進(jìn)行的。這樣，吸收式熱泵系統(tǒng)能夠在低溫?zé)嵩春透邷責(zé)嶝?fù)荷之間建立有效的熱能轉(zhuǎn)移通道，實(shí)現(xiàn)低溫余熱的高效回收和利用[1]。

通過上述循環(huán)，吸收式熱泵能夠?qū)⒌蜏責(zé)嵩吹臒崮芴嵘礁哂诃h(huán)境溫度的水平，從而驅(qū)動熱泵做功，實(shí)現(xiàn)熱能的跨溫度級轉(zhuǎn)移。這種熱泵技術(shù)特別適合于工業(yè)余熱回收，因?yàn)樗梢蕴幚硐鄬^低溫度的余熱，并且不需要外部能源輸入，具有很好的節(jié)能和環(huán)保效果。

1.2特點(diǎn)

吸收式熱泵具有以下幾個顯著的特點(diǎn)，使其在工業(yè)余熱回收領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

1.2.1高效節(jié)能，綠色環(huán)保

吸收式熱泵利用溶液的吸收-解吸特性，實(shí)現(xiàn)熱能的跨溫度級轉(zhuǎn)移，具有較高的能量利用效率。在低溫余熱回收中，吸收式熱泵的性能系數(shù)通常較高，這意味著它可以更有效地將低溫余熱轉(zhuǎn)化為有用的熱能。吸收式熱泵使用的工質(zhì)對通常對環(huán)境友好，不會產(chǎn)生污染物排放。例如：氨水溶液是一種常用的工質(zhì)對，它在大氣中迅速分解為氮?dú)夂退?，不會對環(huán)境造成長期影響[2]。

1.2.2穩(wěn)定性好，可靠性高

吸收式熱泵系統(tǒng)在較大溫度和壓力范圍內(nèi)都能穩(wěn)定運(yùn)行，對環(huán)境條件的波動具有較高的適應(yīng)性。即使在工況波動較大的情況下，吸收式熱泵也能保持穩(wěn)定的熱能轉(zhuǎn)移效率。吸收式熱泵可以回收不同溫度范圍的余熱，對余熱溫度的要求不像其他熱泵技術(shù)那樣嚴(yán)格。這使得吸收式熱泵能夠在多種工業(yè)過程中應(yīng)用，特別是在那些余熱溫度較低的場合。吸收式熱泵系統(tǒng)采用相對簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，避免了壓縮機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件，從而降低了故障率和維護(hù)成本。此外，溶液的循環(huán)使用也減少了材料的消耗。

1.2.3經(jīng)濟(jì)性和可再生性

雖然吸收式熱泵的初期投資相對較高，但由于其高效的能源利用和長期的運(yùn)行穩(wěn)定，使得其在整個使用周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性越來越好。特別是隨著能源價格的上漲，吸收式熱泵的經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。吸收式熱泵使用的溶液可以循環(huán)再生，只需定期補(bǔ)充少量的新鮮溶液即可。這使得吸收式熱泵具有良好的可持續(xù)性，符合當(dāng)前節(jié)能減排和綠色發(fā)展的要求[3]。

綜上所述，吸收式熱泵技術(shù)在工業(yè)余熱回收中的應(yīng)用具有多方面的優(yōu)勢，特別是在提高能源效率和減少環(huán)境污染方面，顯示出巨大的潛力和發(fā)展空間。

2吸收式熱泵技術(shù)在不同行業(yè)中的有效應(yīng)用

2.1化工行業(yè)

化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低溫余熱較多，如合成氨、氯堿等行業(yè)。利用吸收式熱泵技術(shù)可以有效地回收這些低溫余熱，實(shí)現(xiàn)熱能的高效利用。以合成氨為例，采用吸收式熱泵回收低溫余熱，可以提高熱能利用效率約30%。吸收式熱泵技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，主要集中在余熱回收、工藝過程加熱、制冷和空調(diào)等方面。在余熱回收方面，化工生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢熱，這些廢熱如果直接排放，不僅浪費(fèi)能源，還可能對環(huán)境造成污染。吸收式熱泵技術(shù)可以有效地回收這些廢熱，用于工藝過程加熱或其他能源需求，從而節(jié)約能源并減少排放；在工藝過程加熱方面，一些化工過程中，需要對物料進(jìn)行加熱，以達(dá)到特定的溫度要求。吸收式熱泵可以提供可靠的熱源，既可以滿足加熱需求，又能實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用；在制冷方面，吸收式熱泵技術(shù)不僅可以用于加熱，還可以用于制冷。在化工生產(chǎn)中，有時需要對物料進(jìn)行冷卻，以保持其穩(wěn)定性或進(jìn)行下一步處理。吸收式熱泵可以提供高效的制冷解決方案；在蒸汽生成方面，吸收式熱泵技術(shù)可以用來生成蒸汽，滿足化工生產(chǎn)中的蒸汽需求，同時實(shí)現(xiàn)能源的高效利用[4]。

總之，吸收式熱泵技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，可以有效地解決余熱回收、工藝過程加熱、制冷、空調(diào)等問題，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，降低生產(chǎn)成本，減輕環(huán)境污染。

2.2鋼鐵行業(yè)

造紙及新材料行業(yè)作為我區(qū)的重要行業(yè)，其高溫余熱較多，但低溫余熱也較為豐富。吸收式熱泵可以用于回收高爐、轉(zhuǎn)爐等工序產(chǎn)生的低溫余熱，用于供暖、制冷等用途。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用吸收式熱泵回收該行業(yè)低溫余熱，可以節(jié)約能源約20%。

2.3實(shí)例分析

吸收式熱泵技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，尤其是在處理低溫余熱方面具有顯著的優(yōu)勢。以下是以吸收式熱泵技術(shù)在鑄造砂的加工行業(yè)中的應(yīng)用為例，具體說明其應(yīng)用情況。鑄造砂的加工過程中，砂粒在經(jīng)過混合、烘干、冷卻等工藝環(huán)節(jié)后，會產(chǎn)生大量的余熱。這些余熱如果不能得到有效利用，不僅會浪費(fèi)能源，還會對環(huán)境造成污染。而吸收式熱泵技術(shù)恰好可以解決這一問題。

以濰坊北方蘭科資源再生利用有限公司為例，該企業(yè)在鑄造砂的烘干過程中，會產(chǎn)生大量的熱風(fēng)，這些熱風(fēng)的溫度約為80℃。企業(yè)采用了吸收式熱泵技術(shù)，將這些熱風(fēng)中的余熱回收，用于廠區(qū)的供暖和熱水供應(yīng)。吸收式熱泵系統(tǒng)的工作原理是：將熱風(fēng)中的熱量傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高，然后將高溫的冷卻水泵送到熱交換器中，將熱量傳遞給低溫的鑄造砂。這樣，鑄造砂的溫度升高，而冷卻水的溫度降低。冷卻水經(jīng)過冷卻后，再次循環(huán)回吸收式熱泵系統(tǒng)中，繼續(xù)吸收熱風(fēng)中的熱量。通過這種吸收式熱泵系統(tǒng)，企業(yè)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，利用吸收式熱泵技術(shù)回收余熱，可以大大降低企業(yè)的能源消耗。據(jù)企業(yè)統(tǒng)計(jì)，采用吸收式熱泵技術(shù)后，年節(jié)約能源約1.5×10^7kJ，年節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益約80萬元。

通過回收和再利用余熱，企業(yè)減少了熱風(fēng)排放，減輕了對環(huán)境的污染；提高了生產(chǎn)效率，利用回收的熱能，企業(yè)可以提供廠區(qū)供暖和熱水供應(yīng)，提高了員工的工作環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率；產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，雖然吸收式熱泵技術(shù)的初期投資較高，但由于其長期的節(jié)能減排效果，使得企業(yè)在整個使用周期內(nèi)具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。綜上所述，吸收式熱泵技術(shù)在鑄造砂加工行業(yè)中的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了其在工業(yè)余熱回收中的優(yōu)勢，為企業(yè)提供了高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的解決方案。

3吸收式熱泵技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展展望

3.1吸收式熱泵技術(shù)現(xiàn)狀

吸收式熱泵技術(shù)雖然具有很多優(yōu)勢，但在實(shí)際應(yīng)用過程中仍然面臨著一些問題和挑戰(zhàn)。首先，吸收式熱泵技術(shù)的制冷劑和吸收劑的選擇和優(yōu)化是一個挑戰(zhàn)。制冷劑和吸收劑的性能直接影響熱泵的效率和可靠性；其次，吸收式熱泵技術(shù)的循環(huán)熱效率相對較低。吸收式熱泵技術(shù)的循環(huán)熱效率受到多種因素的影響，如吸收劑的性質(zhì)、工作溫度、工作壓力等；第三，吸收式熱泵技術(shù)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性需要提高。吸收式熱泵系統(tǒng)中的吸收劑循環(huán)和溶液的濃度控制相對復(fù)雜，這會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。最后，吸收式熱泵技術(shù)的投資成本和運(yùn)行成本相對較高。吸收式熱泵技術(shù)需要特殊的吸收劑和材料，這會增加投資成本。

3.2吸收式熱泵技術(shù)發(fā)展與展望

吸收式熱泵技術(shù)作為一項(xiàng)重要的熱能轉(zhuǎn)換技術(shù)，在未來有著廣闊的發(fā)展前景。首先，隨著全球能源危機(jī)的加劇和可再生能源的重視，吸收式熱泵技術(shù)將成為連接低溫?zé)嵩磁c高溫?zé)嶝?fù)荷之間的橋梁，促進(jìn)能源的高效利用。特別是在太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹睦梅矫?，吸收式熱泵技術(shù)將發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢，進(jìn)一步拓寬可再生能源的應(yīng)用領(lǐng)域。其次，吸收式熱泵技術(shù)在余熱回收領(lǐng)域的應(yīng)用也將得到更深入的探索。通過吸收式熱泵技術(shù)，可以高效回收工業(yè)生產(chǎn)過程中的余熱，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用，降低生產(chǎn)成本，提高能源利用效率。特別是在高溫余熱回收方面，吸收式熱泵技術(shù)有望解決現(xiàn)有壓縮式熱泵技術(shù)的能效瓶頸問題。此外，吸收式熱泵技術(shù)在環(huán)保方面的優(yōu)勢也將吸引更多的關(guān)注。與壓縮式熱泵技術(shù)相比，吸收式熱泵技術(shù)不使用氟利昂等對環(huán)境有害的制冷劑，具有更好的環(huán)保性能[5]。隨著環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，吸收式熱泵技術(shù)將成為節(jié)能減排的重要選擇。

4結(jié)語

吸收式熱泵技術(shù)在工業(yè)余熱回收中的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢，可以有效地提高能源利用效率、減少能源浪費(fèi)。雖然目前該技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用仍面臨一定的挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，相信在不久的將來，吸收式熱泵技術(shù)將在工業(yè)余熱回收領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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