采用热泵技术回收冶金行业工序余热研究

摘 要 本文结合余热资源利用的技术进行分析，论证了余热源水源热泵技术的回收利用上，特别是工业废水的再循环利用和冷却水的再利用经验和效果。将这一技术作为先进的节能减排技术加以推广。期望本文的论述能够帮助企业进一步加大能源成本的降低，实现低碳经济和循环经济，在增强企业核心竞争力，创造良好的社会效益和经济效益上发挥作用。

关键词 热泵技术；冶金行业；余热利用

随着有色金属工业的发展，新型冶金炉窑大多数都要求配套余热锅炉来回收余热资源中的热量以达到节约能源和保护环境的目的。在现代有色冶金工艺中，余热锅炉已成为生产中不可缺少的重要装置之一。个别冶炼厂较早地进入了有色冶炼余热回收利用的设计与研究领域，经过多年的设计与实践，积累了丰富经验。目前采用热泵技术回收冶金行业工序余热，由企业研发设计，并获得显著成果，为企业在节能减排，废水利用上创造了效益。

1 低温余热热源热泵技术

（1）热泵的工作原理是将低温热源的热量进行转移，将温度较高的机器和设备采用水泵循环的方法，将是从低处提升到高处，实现水的从低向高的流动，热泵可以将热量从低温传递到高温，采用的是热量提升装置，能够从环境中吸取热量，然后将被加热的对象进行降温[1]。

依照热泵驱动力的不同，可以分为吸收式和压缩式的热泵。

压缩式的热泵是在低温热源的工况下，经过蒸发器，最终得到了工质温度低于余热源的温度，经过蒸发器的吸收，外界的热量蒸发，蒸汽回到了压缩器，然后继续压缩，完成了循环，经过热用户的不断热循环，实现了热量的转换。这种制热数值将电能从低温环境下进行了热量的提取，完成了供给用户的热量的循环。

压缩式热泵原理图

压缩式热泵主要是由压缩机、热交换器、轴流风扇、保温水箱、水泵、储液罐、过滤器、电子膨胀阀和电子自动控制器等组成。接通电源后，轴流风扇开始运转，空气通过蒸发器进行热交换，温度降低后的空气被风扇排出系统，同时，蒸发器内部的工质吸热汽化被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器，被水泵强制循环的水也通过冷凝器，被工质加热后送去供用户使用，而工质被冷却成液体，该液体经膨胀阀节流降温后再次流入蒸发器，如此反复循环工作，空气中的热能被不断“泵”送到水中，使保温水箱里的水温逐渐升高。压缩式热泵依照工质蒸汽热源的运行方式，这种方式要消耗大量的高质热能，一种是工质热量从低品位到余热热源的提供，这种方式需要进行设备的组成安装过程，包含蒸发器、吸收器、发生器等。经过废热将水进行蒸发，生成的水蒸气进入了吸收器之中，被吸收后的热量返回到生产过程中被重新利用，流经溶液换热器之后，蒸发的水蒸气进入了冷却凝气器之中，用泵将其送回蒸发器和吸收器进行了循环[2]。

经过对工业污水、轧钢加热炉冷却水的再利用，余热资源数量不断增多，考虑到余热回收设备的正常使用，据供热原理又进行了消耗类设备的改造。目前达到了运行费用降低额效果，节约了蒸汽50%。

冶炼生产过程会产生大量废弃物，处理起来费时费力，成本高、效率低，有的处理后的产物缺乏市场，没有效益，这些难题曾经困扰冶炼行业多年。我们通过科技创新，研发出几项全新的处理工艺，将这些让人头疼的废弃物变成值钱的宝贝，实现了危险废物的资源化利用，为冶炼行业废物处理开辟了一条新生路，推动了行业的持续健康发展。废弃物一般采用蒸发方式将其进行分离，处理过程中会消耗大量蒸汽，由于用蒸汽直接加热，工艺过程中的蒸汽冷凝后进入废水，增加了废水处理量和成本。经过科技研发，采用热泵技术回收工艺，蒸汽冷凝后不再进入废水，每小时可少生成10吨废水，大大减轻了废水处理厂的负荷。由于热泵技术还增加了热泵，回收热气蒸发热量，从而减少了蒸汽消耗。据统计，采用热泵技术进行回收冶金工艺每小时可节约5吨蒸汽，仅此一项，每年可新增效益数百万元。

2 余热源热泵的热力学分析

（1）经过热力学分析的方法，在热力定律为理论基础的热平衡法的情况下，简单地从能量守恒的数量关系上加以考察，不考虑能量的变化，掩盖掉余热回收利用的能量，对能量利用和转换过程中的传递、转化、利用和损失，进行热力学分析。

例如应用平衡法采用的是对余热源热泵系统进行节能诊断的原理，分析了系统的各个主要设备和环节的热力学完善性，在回收中避免系统的薄弱环节，得到设备节能部位的最大利用率[3]。

（2）能量平衡分析，是消耗了部分高质能之后，采用性能指标参数的衡量方式，将热用户得到的热量和消耗外功的比进行计算。计算的述职可以得到工作工程中高温物体由外部热源供给的能量和压缩机输入的能量。

（3）平衡的分析，采用的某种形式的能量的变化的分析原理，在一定的环境条件下，通过诸多的变化，最终达到与环境平衡，做出最大功。任何热力系统，在进行转换的过程中，通过余热源水源热泵的实际过程的运用，进行了余热源热泵的热量的吸收，实际的生产过程中，选取了典型生产工序和设备，进行了低温余热资源的调研，在进行水源热泵供热能力和输入功率的测算之后，利用低温余热资源，最终有效加以利用。

3 结束语

运用余热源水源热泵技术，对于冶炼厂的冷却水和工业废水加以余热的利用，实现了低温热量的提升，有助于企业的能源成本的降低，实现了节能减排，践行了低碳经济和循环经济，增强了企业的核心竞争力。通过论证，我认为应该将余热源水源热泵节能原来应用在余热源中的热用户的运行上，达到合理利用能量的目的。

参考文献

[1] 焦桐，叶丽影，刘峰.复合能源供热水系统设计及效益分析[J].建筑节能，2018，（5）：20-24.

[2] 徐輝，林丽琼，谭忠富.地源热泵全寿命周期节能减排技术经济模型及应用[J].运筹与管理，2018，（2）：159-167.

[3] 杨德明，朱碧云，顾强，等.基于机械蒸汽再压缩和有机朗肯循环技术的双溶剂协同萃取精馏分离乙酸甲酯-甲醇-水节能工艺[J].化工进展，2018，（5）：2010-2015.

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