熱泵是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能, 經(jīng)過電力做功, 提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。其中, 高溫水源熱泵是高溫?zé)岜玫囊活? 它利用各種工業(yè)廢水中的余熱來制取70℃～90℃熱水,能夠有效提高能源利用效率, 降低企業(yè)運行成本！

那么，高溫水源熱泵在酸奶制品生產(chǎn)線節(jié)能改造中，是如何充分利用廢水余熱回收制取生產(chǎn)線所需要的高溫?zé)崴���？具體闡述如下：

1. 改造前情況

某乳制品企業(yè)的酸奶廠，在對牛乳進(jìn)行巴氏消毒后，將牛乳冷卻至2-4℃，首先用冷卻塔進(jìn)行一次冷卻（圖1)，然后將冷水再次冷卻后，進(jìn)入下一道工序。為了冷卻空氣壓縮機的廢氣，冷卻空氣壓縮機，需要用循環(huán)冷卻水來冷卻空氣壓縮機（圖2）。

圖1和2中所示的冷卻塔一年四季都是開著的，因此37℃的冷卻水可以用作廢熱回收的穩(wěn)定熱源。同時，我廠在生產(chǎn)工藝中的殺菌、清潔等需要，均采用了2臺10噸煤氣鍋爐。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的酸奶生產(chǎn)工藝，即采用80℃的熱水，在日間以2小時、夜間3小時、15~25噸的方式清潔。

2.1 方案要點

針對酸奶生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的清潔熱能，提出了采用水源熱泵高溫機組生產(chǎn)80-85℃清潔熱水的節(jié)能方案。

1) 在保證連續(xù)生產(chǎn)的前提下，保證了系統(tǒng)的安全。

2) 減少了冷卻塔的運營費用，使其能夠更好地發(fā)揮低谷電價的作用。

3) 以奶牛為原料，采用高溫?zé)岜孟到y(tǒng)，使其出水的水溫達(dá)到88℃以上，以確保熱水的正常使用。

4) 系統(tǒng)應(yīng)兼顧操作和備份性，并具備完善的自動控制體系。

5) 完備的經(jīng)營戰(zhàn)略。

2.2 熱泵工作原理及方案簡圖

1）工作原理

首先，廢水會進(jìn)入水源熱泵，這類廢水一般都是在生產(chǎn)或處理時產(chǎn)生高溫，并由水泵將廢水輸送至水源熱泵的熱交換器；

其次，通過換熱器將污水中的熱能傳遞給待加熱水，并在換熱的同時吸收污水中的熱量，從而對工質(zhì)進(jìn)行加熱。

然后，被加熱的制冷劑經(jīng)壓縮機升溫、加壓，再經(jīng)冷凝器散熱，送至待加熱水的新水。

最后，經(jīng)膨脹閥降低了壓力，使其重新進(jìn)入換熱系統(tǒng)。該工藝可連續(xù)運行，既可使污水熱量得以循環(huán)使用，又可對熱水進(jìn)行供熱。

2）方案簡圖

2.3 方案論述

車間每天需要200噸80度以上的熱水，并設(shè)有制冷系統(tǒng)，將37℃的冷卻水冷卻至30~32℃，回收使用。本課題提出利用水源熱泵熱水機組回收循環(huán)水中的廢熱，并將其轉(zhuǎn)化為80~85度的熱水，并將其應(yīng)用于清潔生產(chǎn)線。

該生產(chǎn)線采用間斷式清潔，晝夜2小時、夜間3小時、夜間3小時，每次80℃的熱水每次使用15噸，每天可使用25噸80℃的熱水。根據(jù)峰谷電價政策，采用“高溫?zé)岜脵C組+蓄熱水箱”相結(jié)合的節(jié)能技術(shù)方案。

3負(fù)荷計算，設(shè)備選擇和操作對策

3.1 負(fù)荷計算

全天清洗10次，5次需25噸熱水，5次需15噸熱水，熱水水溫不能低于80℃，進(jìn)水溫度25℃。在一天內(nèi)，每天要清洗200噸的熱水，需使用高溫源熱泵（包括高溫?zé)岜茫�食品級的板式換熱器，儲熱器）10小時，產(chǎn)生200噸80-85攝氏度的熱水。

結(jié)果表明，該系統(tǒng)每小時耗熱量為20×1.163×（80-25) Wh/h，即1279.3 Wh。

3.2 高溫?zé)岜眠x型

項目選用高溫水源熱泵機組2臺，備用機組1臺。單臺熱泵產(chǎn)熱容量為10噸，80~85℃，24小時內(nèi)可生產(chǎn)80~85℃熱水240 t。

3.3 運行策略

夜間23點開啟至次日早晨9點, 每小時制取20t80~85℃熱水；設(shè)儲熱罐2座，容積100噸，90噸；將90 t儲熱罐分成上下兩層，上部容積為20噸，下部容積70噸；100噸儲罐上部20噸，下部80噸。

該系統(tǒng)在運行1小時后，儲水器上部的儲水量將達(dá)到20 t 80-85℃，這時，根據(jù)回水溫降至83℃，將其自動卸出并關(guān)閉。此時，利用溫度計打開隔板上的閥門，使熱水進(jìn)入儲熱罐底部，并將閥門閉合。上段為25℃水處理段的沖洗水，開啟高溫水源熱泵，對此段清洗水進(jìn)行持續(xù)加熱。手動打開連接下部水箱的熱水管線泵對流水線進(jìn)行沖洗，需要15噸熱水，儲熱罐下層還有5噸80-85度的熱水。這樣，在儲熱罐內(nèi)存有90噸熱水時，將其轉(zhuǎn)換為100噸的儲熱罐進(jìn)行儲熱。第一天，該系統(tǒng)連續(xù)工作11小時，累計產(chǎn)生220-85度熱水，確保了清潔用水的安全性。

4 系統(tǒng)自動化控制要求

1)利用冷凝器側(cè)的回水溫，實現(xiàn)對熱泵系統(tǒng)的負(fù)載進(jìn)行自動調(diào)整，保證了系統(tǒng)的生產(chǎn)用水。

2)按照水箱上部溫度感應(yīng)裝置及水位開關(guān)，對隔墻閥門進(jìn)行開閉。

3)對循環(huán)泵的流量調(diào)整作用進(jìn)行了自動調(diào)整。

4) 定壓力變頻操作用于洗滌的熱水泵。

5)具有網(wǎng)絡(luò)自動補充和保持壓力的作用。

6)對計算機室內(nèi)主要監(jiān)測點進(jìn)行溫、壓、流、液位及水泵運行狀態(tài)的監(jiān)測、采集和存儲。

5 節(jié)能效益分析

5.1 系統(tǒng)造價 (表1)

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

天然氣每立方米4.8元，煤氣鍋爐的熱效率為90%，熱值為8600大卡。

階段性電價：峰值電力價格為0.8924元/千瓦時；每度 Wh0.5377元；低谷用電為0.2649元/度 Wh.

從23:00—9:00，該系統(tǒng)可累積產(chǎn)生200 t 80-85℃的熱水，以滿足夜間清潔需求，并為高峰時段供電。

日清洗量為200噸80度的熱水，一天的總負(fù)荷為12793 Wh。

項目選用高溫水源熱泵在將25℃的洗滌水加熱至80℃后，其平均 COP為4.2。那么，生產(chǎn)200噸80度的清洗熱水的耗電為12793/4.2=3046度。

水泵功率：55×10000 Wh；

那么，該系統(tǒng)的總耗電量就是：3046/550=3596 Wh。

高溫水源熱泵系統(tǒng)總電費分為兩部分:平時電價3 5 9 6×2 0%×0.5377=387元;低谷電價3596×80%×0.2649=762元；改水源熱泵高溫機組制取熱水系統(tǒng)總電費:387+762=1149元。

如果用原來的煤氣鍋爐來供應(yīng)，那么天然氣的熱值為8600 kcal=8600×1.163/1000=10千 Wh，而燃?xì)忮仩t的效率為0.9，那么200 t 80℃熱水所需的天然氣為12793/10/0.9=1421.4m3，即：1421.4×4.8=6965元。

因此, 水源熱泵高溫機組系統(tǒng)比燃?xì)忮仩t, 每天節(jié)省費用:6965-1149=5816元, 每年節(jié)省:5816×300天=174.48萬元。

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