基于熱泵原理的余熱回收技術在蒸發(fā)濃縮工藝中的應用分析

一、現(xiàn)狀及存在的問題

農(nóng)產(chǎn)品果汁、等在加工過程中進行蒸發(fā)濃縮，提高濃度為下一步的生產(chǎn)或運輸做準備。常規(guī)的做法是利用蒸汽在常壓或負壓下進行加熱，蒸發(fā)出物料中的水蒸汽是物料濃縮，同時利用冷卻水將蒸發(fā)出的水蒸汽冷凝以維持蒸發(fā)所需要的壓力。

在此過程中，一端需要加熱物料，一端需要冷卻物料蒸發(fā)出的水，能耗巨大。每蒸發(fā)出1噸水，一效濃縮消耗蒸汽1.1噸蒸汽、二效濃縮消耗0.56噸蒸汽、三效濃縮消耗蒸汽0.4噸。加工費用高，且碳排放量大。

圖1、常規(guī)蒸發(fā)濃縮工藝（二效）

二、本案例解決方法

在常規(guī)的多效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)中，之后一效的水蒸汽都是通過冷卻水散熱，廢熱資源沒有得到利用。同時效的加熱完全依靠鍋爐制取的蒸汽（或者外購），能耗和供熱費用都大。

熱泵技術是一種新型的節(jié)能技術，可以回收低品位的廢熱制取高溫熱水或低壓蒸汽用于生產(chǎn)工藝的加熱，是國家目前大力提倡的節(jié)能技術。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中在進行加熱的同時往往伴隨著大量廢熱產(chǎn)生，熱泵技術可以回收廢熱進行加熱，以減少或替代對常規(guī)能源的消耗，從而達到節(jié)能減排增效的目的。

在本案例中，蒸發(fā)濃縮裝置末效60℃左右的水蒸汽冷凝熱作為低溫熱源被水源熱泵吸收，同時制取90℃左右的制冷劑蒸汽進入一效蒸發(fā)器加熱物料（替代水蒸汽加熱）。熱泵機組作為供熱設備，加熱能量主要是回收的廢熱（占比約70%），其次是自身消耗的電能（占比約30%）。

圖2、熱泵余熱回收蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)流程示意圖

圖3、設備安裝現(xiàn)場

項目取得了如下效果：

1、運行效果：系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，蒸發(fā)量穩(wěn)定。

2、費用節(jié)省：每蒸發(fā)1噸水，消耗電能60kWh左右（隨物料不同略有區(qū)別），費用42元。相同情況下，消耗蒸汽約0.56噸，費用約185元。蒸發(fā)出每噸水可節(jié)約加熱費用143元。節(jié)能收益明顯。

3、節(jié)能效果：每蒸發(fā)噸水消耗電能60kWh，折標系數(shù)310gce/kW?h，折算標準煤18.6kg。常規(guī)雙效蒸發(fā)系統(tǒng)消耗蒸汽0.56噸，折算標準煤48.2kg。熱泵余熱回收蒸發(fā)裝置每蒸發(fā)1噸水可減少標準煤消耗29.6kg。

4、減排效果：按照上海市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布的2022年數(shù)據(jù)，電力排放因子缺省值4.2tCO2/104kWh，熱力排放因子缺省值0.06tCO2/GJ。熱泵余熱回收蒸發(fā)模塊每蒸發(fā)1噸水消耗電能60kWh左右，碳排放量為25.2kg。常規(guī)雙效蒸發(fā)系統(tǒng)消耗蒸汽0.56噸，碳排放量為84.67kg。熱泵余熱回收蒸發(fā)模塊的碳排放數(shù)量只只為常規(guī)雙效蒸發(fā)系統(tǒng)的30%。