工业余(废)热在水源热泵中的应用

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热泵回收电厂循环水余热的方案研究

一、引言
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，空调使用越来越普及。然而，空调系统在为人们提供舒适环境的同时，也带来了巨大的能源消耗和环境污染问题。因此，如何提高空调系统的能源利用效率，降低环境污染，成为当前研究的热点。利用电厂余热的水源热泵空调系统作为一种新型的节能环保空调系统，具有广阔的应用前景。
二热量，这些热量未得到充分利用，不仅浪费了能源，还对环境造成了热污染。而水源热泵空调系统是一种利用地球水体所储存的太阳能、地热能等低位能源，通过热泵技术实现能源转移的空调系统。将电厂余热与水源热泵空调系统相结合，不仅可以提高能源利用效率，还可以减少环境污染。
总之，利用电厂余热的水源热泵空调系统是一种具有较高效率和较好经济效益的节能环保空调系统。通过进一步完善研究和推广应用，有望为解决能源短缺、环境污染等问题做出积极贡献。
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三、研究方法
本研究采用实验研究和数值模拟相结合的方法，以某电厂余热为研究对象，通过实验测试和数值模拟，分析利用电厂余热的水源热泵空调系统的性能。实验测试包括热力学性能实验、系统能耗实验等；数值模拟主要包括建立数学模型、模拟计算等步骤。
四、研究结果
通过实验研究和数值模拟，本研究发现，利用电厂余热的水源热泵空调系统在夏季制冷、冬季制热两种模式下，系统性能均表现出较高的效率。与传统的空调系统相比，该系统的COP（能效比）提高了20%以上，同时系统运行稳定，适应性强。
热泵回收循环水余热具有以下优势：（1）可以显著提高能源利用效率；（2）减少了对环境的影响；（3）降低了电厂运行成本。然而，该方案也存在一些限制，如：（1）对循环水的水质要求较高；（2）初投资成本相对较高；（3）需要解决循环水系统中可能存在的腐蚀、结垢等问题。

污水源热泵技术应用

污水源热泵供热系统在瑞典首都斯德哥尔摩的西部小镇塞勒投地位。
入运营，设计供热容量为３．３ＭＷ… 。从污水提取及换热方式角
以瑞典、挪威为代表的北欧国家大规模建设了大型的污水源
度来看，经过格栅过滤后的污水以直接喷淋的方式淋洒在污水源热泵站，由于是地处寒冷地带，主要以城市区域供热为主，供热容
中图分类号：ＴＵ８３３
文献标识码：Ａ
０引言
理后抽入蓄水池，再由旋转式过滤装置二次处理，喷淋至板式蒸
城市污水、地下水、湖水、江河水、海水等水资源，全年温度变发器上，污水沿着换热表面呈膜状下流，排入污水干渠。板式蒸
化稳定，是目前主要被利用的低位冷热源。城市污水管道系统埋发器每月采用高压水冲洗方式进行物理清洗，每半年至一年进行
深一般不小于０．３ｍ，冷、热能损失较小，污水温度常年在１０℃ ～化学清洗。
２０ ℃ 左右徘徊，且流量较大，是一种可再生能源。污水源热泵技
热泵机组的水平式管束蒸发器上，热泵机组蒸发器内工质直接与量处于绝对领先地位。其取水侧一般不使用中介水系统，而且采
城市污水换热Ｊ。随后，瑞典将其作为重要的市政基础供热设施用直接提取的方式，避免了中间过程污水低位热能的损失，使污
大规模推广，大型污水源热泵站相继建成并投入运行，在城市中水低位热能得到最大化的利用。日本的研究重点主要是就城市

水源热泵技术应用及实例系统分析

水源热泵技术应用及实例系统分析水源热泵技术应用及实例系统分析水源热泵技术是一种利用地下水、湖泊或海水等天然水源作为能源的热泵技术。

该技术以水体中的热能为能源，通过制冷剂和换热器的作用，达到热能转换的目的。

水源热泵技术具有高效、环保、节能等特点，广泛应用于家庭、商业和工业等领域。

一、水源热泵技术的应用1.家庭采暖：水源热泵技术可以利用地下水或湖泊等自然水源为能源，通过循环供暖系统实现家庭供暖。

该技术具有低能耗、环保、安全等特点，逐渐取代了传统的燃气、燃油等供暖方式。

2.商业建筑空调：水源热泵技术具有高效、稳定的制冷能力，能够满足商业建筑空调的需求。

通常采用水冷式水源热泵技术，通过地下水或湖泊等自然水源进行换热，提高制冷效率。

3.工业冷却：水源热泵技术在工业领域的应用主要集中在冷却领域。

如钢铁、化工、电力等行业，通过水源热泵技术实现工业冷却，大大节约能源和成本。

二、水源热泵技术实例分析1.家庭采暖实例某小区采用水源热泵技术进行供暖，利用地下水为能源，通过循环供暖系统为住户提供温暖的居住环境。

该项目年初投入使用，一年下来，能源消耗量降低了30%，能耗成本也大大降低了。

同时，该项目还应用了数控智能系统，实现了自动化控制，为用户创造了更加安全、节能、舒适的居住环境。

2.商业建筑空调实例北京一家商场在2019年采用水源热泵技术进行空调升级，并增加了太阳能板等新能源设备。

该商场年总用电量在升级前为800多万度，升级后仅为400多万度，用电量降低了50%以上。

同时，改建后的商场装置了多个智能监测点，能够实时监测商场各区域的温度和湿度，减少冷却能耗，提高了能源利用效率。

3.工业冷却实例浙江温州某电力公司采用水源热泵技术进行空调升级，应用了换热器和冷凝器等新设备，通过地下水为能源，在确保温度合适的前提下，大大降低了能耗成本。

该项目实现了节能、环保、稳定的工业冷却效果，提高了生产效率和环保效益。

三、总结水源热泵技术应用广泛，从家庭采暖、商业建筑空调到工业冷却等领域都有应用。

冷却水热泵系统回收利用废热浅析

节能减排与综合利用冷却水热泵系统回收利用废热浅析∗林梦圆1㊀伍培2㊀夏磊1㊀杨嘉2㊀龚宝钐2(1.北京电子科技职业学院㊀北京100176;㊀2.重庆科技学院㊀重庆401331)㊀㊀摘㊀要㊀结合工程实例,通过介绍一个回收利用生产工艺热废水㊁改善工作环境的污水源热泵应用方案,分析了利用工业冷却水废热供应生活热水和供热的优势和节能潜力,并对在工业园区进一步推广应用该热泵技术实现节能提出建议㊂㊀㊀关键词㊀企业节能㊀污水源热泵㊀热水供应㊀工艺废热Analysis of Heat Energy Recovery and Utilization in Cooling Wastewater Heat Pump SystemLIN Mengyuan 1㊀WU Pei 2㊀XIA Lei 1㊀YANG Jia 2㊀GONG Baoshan 2(1.Beijing Polytechnic ㊀Beijing 100176)Abstract ㊀This paper introduces an application scheme of sewage source heat pump for recovering and utilizing thermal waste water from production process and improving working environment,analyzes the advantages and energy saving po-tential of using industrial cooling water waste heat to supply domestic hot water and heating,and puts forward some sug-gestions for further popularizing and applying the heat pump technology to realize energy saving in industrial parks.Key Words ㊀energy saving in production㊀sewage source heat pump㊀hot water supply㊀industrial waste heat0㊀引言工业生产用水量最大的是冷却用水,冷却水冷却工艺设备带出大量的废热,这些废热多为低品位的热能,并不能直接被使用㊂而热泵技术仅耗损不多的逆循环净功,就可以有效地把热能从低品位转化为高品位㊂这样一来,不仅可以更少地用水㊁更少地耗费能源,还能改善和提高环境品质,提高人们的工作和生活效率㊂这样的工作,需要给排水专业和热能工程专业㊁建环专业紧密合作,进行协同化设计,努力完善工业水系统回收利用热能的设计方法和技术细节㊂这种多专业在能源开发利用上的协同,是实现企业生产节能和建筑节能的重要手段㊂冷却废水热泵以开发利用冷却水所含的废热为目标,利用热力学原理,借助少量电能,驱动制冷机实现卡诺循环,制冷剂蒸发阶段吸收冷却企业生产工艺所产生的废热㊁余热,然后在冷凝阶段释放出来,尤其是在冬季能够提取低位热能满足用户采暖需求,可节省单独取暖的热能㊁降低电能消耗,而且会让室内环境更加舒适,并明显减少或不使用局部电㊁燃气取暖装置或设备,更加安全㊂利用冷却废水热泵实现局部区域供热对冬季缺乏集中供暖却长期阴冷的长江沿线地区有着很实用的价值㊂本文针对重庆某化工厂循环冷却水系统,进行现场数据的采集,分析了职工浴室及工艺控制室和值班宿舍采用冷却废水热泵系统供暖的优势及其节能潜力㊂1㊀冷却废水热泵系统的工作过程冷却废水热泵使用蒸发器吸收污㊁废水中的热能,通过冷媒(制冷剂)的卡诺循环,把热能从蒸发器处转移至冷凝器处释放出来,其工作流程如图1所示㊂整个系统由废热水池㊁冷媒循环管道㊁蒸发器㊁冷凝器㊁压缩机㊁热水箱(池)以及循环泵等组成㊂冷媒(制冷剂)在热泵机组内在压缩机的驱动下不断地进行卡诺循环:即冷媒(制冷剂)首先在蒸发器处吸收冷却水从工艺生产装置带出来的废热蒸发,然后进入压缩机受到压缩,变成高温高压的蒸汽,蒸汽在流经冷凝器时受到水的冷却,从而在冷凝器处变为高温高压的制冷剂液体㊂在冷凝器处,冷媒(制冷剂)将热量传递给前来冷却使制冷剂冷凝的水,因此在冷凝器处的水受热,达到一定温度后用于卫生洗浴或供地暖用热水等㊂后期还考虑在热水箱再设置一个热泵系统,吸收热水箱中水的热量,生产高温热水供有关工艺段㊁∗基金项目:北京电子科技职业学院建筑节能技术团队项目(CJGX2018-SZJS -009/002)㊂㊃401㊃㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀工业安全与环保㊀㊀㊀㊀Industrial Safety and Environmental Protection ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2019年第45卷第8期August 2019食堂等使用㊂通过这样的一个过程,只用少量电能,就把污㊁废水中的低位热能转化为高位热能而使其被直接利用[1]㊂图1㊀冷却废水热泵系统回收热能示意将冷却废水热泵系统应用于回收企业工业冷却水所携带的废热时,从理论上分析,整体效果也应该会比较好㊂因为在制热工况下,只要作为热源的冷却后废热水温度不变,但流量增大时,相当于增加了蒸发器处的传热系数,促使热泵机组的蒸发压力变大,制热量增大㊂当废热水流量稳定不变,但水温提高时,热泵机组蒸发压力也会增加,制热量和机组COP 都会相应变大㊂制热量增大之后,热水箱里的水的温升也会变快,更能迎合热水制取要求㊂因此,将稳定的有一定流量的冷却废热水作为系统的热源,非常有利于冷却废水热泵系统的运行工作,而且由于针对工业冷却水会进行水质稳定处理,防腐㊁灭菌㊁过滤等,水质可控,不容易出现普通污水源热泵系统在换热部分常见的腐蚀㊁结垢与堵塞问题㊂2㊀冷却工艺废热水的潜力某厂循环冷却水系统循环水水量为1200m3/h,在生产期间从生产工艺各蒸馏段带出余热,进水塔前的水温38~42ħ,经冷却塔冷却后水温≦32ħ㊂循环水泵房设有水泵吸水池一座,吸水池长宽为8mˑ5 m,池顶面标高1.5m,池底标高-1.00m㊂冷媒循环管路上的蒸发器置放在吸水池中,通过热泵系统回收热量,传热温差控制在5ħ以内㊂此处根据式(1),按照5ħ温差计算得到回收的热量Q为7000kJ/s,相当于860kg标准煤1h的发热量㊂因为从生产工艺设备带出余热的冷却废水温度较高,后期拟增加二次换热以制取高温热水,按5ħ温差进行计算是保守的,冷却废水的回收温差可达到10ħ,回收的热量可达到2ˑ7000=14000kJ/s㊂Q=cˑmˑәt(1)式中,c为水定压比热容,取4.2kJ/(kg㊃K);m为污水的质量流量,厂方提供的运行数据为1200t/h,即333.34kg/s;Δt为冷却废水的回收传热温差,取5ħ㊂根据以上数据,算得厂区生产工艺中央控制室和职工值班宿舍在冬季的供暖设计负荷为450kW㊂这部分回收的热量,除了满足三班倒上班职工的洗浴㊁卫生用热水外,还可以满足厂区工艺中央控制室和职工值班宿舍在寒冷天气时的取暖问题㊂3㊀常见热水制备方式的比较现通过能耗及能耗费用列表对照冷却废水热泵与空气源热泵热水系统㊁燃气锅炉㊁电热水锅炉㊁燃油锅炉生产热水系统之间的差异,观察利用冷却废水热泵回收企业生产废热的优势㊂冷却废水热泵本质上是一种污水源热泵,污水源热泵在有温度和流量稳定的条件下,系统综合平均能效比在5左右,取5,热效率计为500%[2-4];而采用空气源热泵加热水时,COP取值一般为3.5,则取热效率为350%;根据相关数据统计[5],天然气锅炉热效率一般取90%,电热水锅炉热效率一般取90%,而燃油锅炉的热效率较低,取70%㊂根据生活热水供应和热水地暖供应要求,生活的热水供水温度设定为50ħ[6],当地最冷月平均自来水温度为10ħ㊂为方便比较,先假设生产50ħ热水1000kg,计算将1t自来水水温平均升高40ħ,所需的热量为:Q=1000ˑ4.2ˑ1000ˑ40=1.68ˑ105kJ㊂每吨热水耗能源量M为M=QQ0ˑηˑm(2)每吨热水耗能费用N为N=nˑM(3)式中,Q0为某种被使用能源的燃烧值;η为系统的热效率;m为自来水质量;n为某种被使用能源的单价㊂根据上述计算式计算的结果,将不同供应热水形式的能源消耗量与耗能费用列入表1所示㊂从表1可以看出,在相同条件下,生产1000kg 的50ħ热水,冷却废水热泵系统所耗费用最小(6.54元),燃油锅炉系统耗费最高(46.35元),而在企业常见的直接用电加热水的费用仅次于燃油锅炉系统㊂空气源热泵系统所耗费用明显高于冷却废水热泵系统,而燃气锅炉耗费则比冷却废水热泵系统高出近一倍;用电加热水和使用燃油锅炉加热水的费用则明显高于污水源和空气源热泵系统㊂空气源热泵的能源利用率较其他供热方式相对高一点,但其制热效率很容易受到环境空气温度㊁湿度和风速的影响,蒸发器换热管(片)在低温高湿情况下容易结霜而导致机组制热效率和效果急剧下降[7]㊂相比之下,冷却废水热泵热水系统的热源侧凭借污水温度和流量的稳定, COP数值将会维持在一个较高的水平,节能效果在系统持续运行时,将会更加稳定突出㊂㊃501㊃表1㊀不同热水方式的费用比较指标冷却废水热泵空气源热泵燃气锅炉电加热燃油锅炉能源电电天然气电柴油(轻质)热值3600kJ/(kW㊃h)3600kJ/(kW㊃h)36000kJ/m33600kJ/(kW㊃h)38800kJ/kg 热效率/%500350909070能源价格0.7元/(kW㊃h)0.7元/(kW㊃h)2元/m30.7元/(kW㊃h)7.5元/kg 加热每吨水能耗9.34kW㊃h13.34kW㊃h 5.2m351.85kW㊃h 6.18kg 加热每吨水费用/元 6.549.3410.4036.3046.35年运行费用/元596788522894900331238422944㊀㊀企业生产需要三班倒连续运转,生活和洗浴热水的供应时间为365天㊂冷却废水热泵热水供应系统投入运行后,平均每天生产热水25m3,据此计算的各加热水方式全年运行费用见表1最末一行㊂从表1可以看出,在相同的运行时间下,冷却废水热泵的年运行费用明显少于空气源热泵,相当于燃气锅炉年运行费用的一半,约只有电热水锅炉的1/5~1/6㊂另外,从一次性投资看,这几种加热水的方式费用相当,但由于系统年运行费用的差异,冷却废水热泵较其他形式的加热水方式更节省费用,投资回收期更短且更有利于节能㊂使用污水源热泵系统常见的杂物堵塞㊁沉淀㊁腐蚀问题,由于工业冷却水仅受到热污染,在循环冷却废水热泵系统中基本不存在,因而在冷却循环水余热回收上推广应用污水源热泵技术不存在技术和管理上的阻碍㊂4㊀结论与分析(1)冷却废水热泵热水系统与空气源热泵热水系统㊁天然气锅炉系统㊁电锅炉加热㊁燃油锅炉系统加热水的方式相比,首先费用节省明显:在相同运行时间内,冷却废水热泵热水系统的耗能费用比燃气锅炉系统节省一半㊂其次,由于系统热水产量较大,在非寒冷季节冷却废水热泵热水系统还可供应工业园区集中浴室和食堂热水;回收冷却循环水的废热较其他方式相比,经济效益和环保效益显著㊂(2)石油化工类企业冷却废水温度较高,水量较大且稳定,水质较好易控制,决定了推广应用冷却废水热泵技术的良好基础㊂这种条件下的水源热泵系统COP值高,在工业园区有广阔的前景,可集中生产热水供应园区生产㊁生活所需,甚至外供,不仅能明显改善工作和生活环境的舒适程度,也能达到节能减排㊁提高经济效益的目的㊂(3)节能环保是一项需要整体协调的综合性工作,不能因为某种技术节能效果明显,就只关注其开发和应用㊂在采用污水源热泵回收利用水的余热㊁废热时,根据不同的电价区间辅以燃气冷热电三联供系统并联的三联供模式,有可能效果最好㊂不同专业能源系统间的协调㊁合作在一个大企业内部或工业园区有益于整体节能,根据各地的能源供应价格,协调冷热电三联供甚至更多类型的能源联供,可得到很好的节能效益,若在整个工业园区根据各个生产企业的实际情况,扩大装机容量,优化系统调度,会更节能㊂(4)在水系较发达或水余热㊁废热较多的工业园区,在设计上宜采用靠近供热(能)集中区域的分布式水源热泵系统,在建设上视当地情况灵活采用能源合同管理㊁BT㊁BOT㊁TOT㊁TBT和PPP等多种建设模式,能够在整体上取得更好的节能综合效益㊂参考文献[1]伍培,付祥钊,林真国,等.重庆地区污水源热泵系统的可行性分析与方案设想[J].给水排水,2007(5):174-181. [2]吴荣华,孙德兴.污水及地表水热泵技术与系统[M].北京:科学出版社,2015.[3]刘馨,尹泽开,梁传志,等.寒冷地区某绿色建筑污水源热泵供暖季实际应用效果研究[J].建筑科学,2018,34(8): 10-17.[4]贾欣,端木琳,舒海文.污水源热泵系统运行性能实测与节能潜力分析[J].制冷学报,2017,38(6):66-72.[5]张昌.热泵技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2015.[6]伍培,李仕友.建筑给排水与消防工程[M].武汉:华中科技大学出版社,2017.[7]张毅,张冠敏,张莉莉,等.空气源热泵结霜机理及除霜/抑霜技术研究进展[J].制冷学报,2018,39(5):10-21,46.作者简介㊀林梦圆,男,1977年生,硕士,副教授,从事建筑节能方向的教学与科研工作㊂(收稿日期:2018-08-06)㊃601㊃。

工业废水热源泵技术的研究

建材技术与应用１／００２１１
２工业热源泵的优点
采用热泵技术，合理有效地利用５ｃ以上的工＝Ｉ
・１・２
业废水和浅表水源热等低品质热源供建筑物供暖，
具有以下优点：
表１采用工业废水热泵与蒸汽锅炉供暖方式的特点比较
序号比较内容废水热泵方案蒸汽锅炉方案
（）１使用可再生能源。该技术回收利用循环冷却水的低温热量，属于可再生资源，整套系统除了消耗少部分电量外，几乎不使用任何其他能源。
（）２环保效益显著。工业废水热泵是利用循环冷却水作为低温热源，进行能量转换的供暖空调系
１国外热源泵的发展现状
热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出可用的高品位热能的设备，可以将所消耗的电力转变为３倍甚至３倍以上的热能，是一种高效供能技术。热泵的历史可以追溯到１１年瑞士的一个专利，９２但热泵真正意义上的商业应用只有十几年的历史。国外一些发达国家如美国、德国和日本等，在此领域已取得了很大发展，采用热源泵技术将低品位的热源利用起来，而从大大地节约了矿产资源，降低了能耗，减少了大气污染。如美国，９５年时全国只有１０１８４００台地源热泵，而仅１９就安装了４０９７年５００台，且每年在以并１０％的速度稳步增长。１９９８年，在美国商业建筑中，地源热泵系统已占空调总保有量的１９％，中其在新建建筑中占３Ｏ％。美国已成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，协会在近几年中将投该

高温水源热泵回收工业余热节能效果显著

是：全国７％的主要城市在２１前全年有２２５００年９天以上需达到国家二级标准。相比之下，中新生
建议，生态城项目在开发利用地热资源的过程中，应立足于高起点、高技术含量、科学规划、加强管理、采灌结合、提高资源的利用效率。力
争通过热泵技术的有效利用，达到地热资源的梯
态城的指标要高出１８天。为达到这些指标体
系，按照中新生态城能源框架规划，生态城内禁止使用非清洁煤、低质燃油等高污染燃料，采用
常规能源和可再生能源、集中式能源和分布式能源相互结合、相互补充的能源利用模式。风能、太阳能、地热能等可再生能源都将在生态城中充分利用，比例将达到１％。生态城将会因此每年６节省３．２万吨标煤，相当于７个５万吨小煤矿６６
３人左右，同时能容纳外部就业达６万人和内５万
到充分利用。天津中新生态城处于滨海地热田的中北部，地热资源相对丰富，经勘查，区内有三个热储层的地热水可供开发与利用，其温度、水
质、水量都相当不错。目前，有的热储层还尚未进行过规模性的人工开采。因此，有关地热专家
一
级、充分利用，使其热能被真正 “ 吃干榨尽”。生态城还因地制宜将水源热泵技术运用到汉沽已
有的污水处理厂的余热回收上。世界首个全新的生态城计划要经过１— １０５年的建设。按照协议，中新天津生态城将借鉴新

热电厂低温循环水余热回收利用工程实践

热电厂低温循环水余热回收利用工程实践摘要：进入新时期以来，我国各项事业均快速发展，取得了十分理想的成绩，特别是热电厂以惊人的速度向前发展。

随着煤炭价格逐年升高，热电厂经营压力巨大，且电力行业是一次能源消耗大户和污染排放大户，也是国家实施节能减排的重点领域。

电厂循环冷却水余热属于低品位热能，一般情况下，直接向环境释放，造成了巨大的能源浪费。

热泵是利用一部分高质能从低位热源中吸取一部分热量，并把这两部分能量一起输送到需要较高温度的环境或介质的设备。

火电厂循环水中存在大量余热，利用热泵技术有效回收这部分热量用于冬季供暖或常年加热凝结水。

关键词：热电厂；低温循环水；余热回收；利用工程引言低温循环水余热即是可回收再利用的一种资源。

热电厂生产中需要大量能源，这些能源因生产工艺等原因，无法全部利用，因此就产生了大量的各种形式的余热，能源浪费严重。

1热泵技术的分类热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的。

按照驱动力的不同，热泵可以分为压缩式热泵和吸收式热泵。

压缩式热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀组成，通过让工质不断完成蒸发一压缩一冷凝一节流一再蒸发的热力循环过程，将低温热源的热量传递给热用户。

吸收式热泵主要由再生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液热交换器等组成，是利用两种沸点不同的物质组成的溶液的气液平衡特性来工作的。

根据热泵的热源介质来分，可分为空气源热泵和水源热泵等：空气源热泵是以空气为热源，因空气对热泵系统中的换热设备无腐蚀，理论上可在任何地区都可运用，因此是目前热泵技术应用最多的装置；水源热泵是以热水为热源，因水源热泵的热源温度一般为15~35°Ｃ，全年基本稳定，其制热和制冷系数可达3.5-4.5，与传统的空气源热泵相比，要高出30％左右。

2驱动蒸汽参数偏低工况当蒸汽参数偏低，不能满足热泵正常工作需要时，对高参数蒸汽减温减压后送入热泵，这种方法没有对高参数蒸汽的能量进行梯级利用。

研究采用蒸汽引射器方案，即利用高参数蒸汽引射低参数蒸汽，产生满足热泵需求的蒸汽，实现高、低压蒸汽的高效利用。

余热回收系统技术

余热回收系统技术余热回收系统技术热回收技术是暖通空调领域比较成熟和先进的节能环保技术，可以最大限度回收废热，节省机组用电量，提供免费生活热水；直接减少向大气的废热排放量，尤其对于南方地区具有良好的经济性。

目前已将热回收技术成功应用于空气源热泵机组和水冷冷水机组中。

目前国内外所生产销售的水源热泵机组多为干式系统和满液式系统。

干式系统能效比比较低，而满液式系统存在液位控制难和回油困难等弊端。

降膜式系统综合了干式与满液式系统的优点，不仅实现了高效，尤其应用了新的压差回油方式更加稳定、可靠。

降膜式全热回收水源热泵技术采用降膜式蒸发器达到高效运行，相比满液式机组只需更少的制冷剂充注量，对环境影响更小；采用了双管束的壳管冷凝器实现供冷的同时回收冷凝废热加以利用，以提供生活用热水。

而传统做法是采用双换热器串并联工作，或在工程系统中实现。

双换热器系统控制复杂，可靠性差；工程系统实现的所回收的热水品位偏低。

而本项目采用的双管束换热器实现热回收均克服了以上弊端。

采用双管束壳管冷凝器保证冷却水和回收的生活热水独立运行、自由切换且互不污染，完美实现全热回收功能。

采用降膜式蒸发器提高机组运行效率，提高了维护性能。

提高了制冷性能系数（能效比）；提高了蒸发器的换热性能，降低材料成本；降膜式蒸发器的传热温差小，可适当加大水的温差，因而减少了使用的地下水流量和水泵功耗。

维修方便：冷媒水在管内流动，可通过打开端盖，清理水侧污垢；制冷剂充注量小，更符合环保的要求。

采用间歇式压差回油方案，简洁、运行可靠。

新压差回油方案：集油时，高压电磁阀关闭，压力平衡电磁阀打开，油自蒸发器通过单向阀流至集油器。

回油时，压力平衡电磁阀关闭，高压电磁阀打开，利用高压将油压回压缩机。

通过时间继电器控制电磁阀动作实现间歇式回油。

经合肥通用机电产品检测院检测，实测名义制冷能效比达5.97，比国家标准（≥4.60）高出30%；制冷热回收运行时的综合能效比（综合能效比定义：制冷量与制热量之和同功率的比值）达到7.09；名义制热能效比达到4.72，比国家标准（≥3.60）高出31%。

水源热泵在重工行业余热采暖系统中的应用实例

第１期（总第１８４期）
２０１４年２月
山
西电
力
Ｎｏ．１（Ｓｅｒ．１８４）
Ｆｅｂ．２０１４
ＳＨＡＮＸＩＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ
水源热泵在重工行业余热采暖系统中的应用实例
薛贵生．周自强
（１．中国中元国际工程公司，北京１０００８９；２．国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原０３０００１）
０引言
随着能源价格的上涨，在国民经济生产、生活
６大系统共计３６路分支，循环冷却水总量达
到１４２２５ｍ３／ｈ。根据各个回路的设计循环冷却水供的各个环节均采用越来越多的节能措施来降低能源消耗，提高能源综合利用效率。水源热泵作为最流行的节能措施之一在民用建筑领域使用非常广泛。但是对于存在大量低品质废热的重工业领域却并未
式循环冷却、炼钢除盐水封闭式循环冷却、炼钢除
盐水开式二级循环冷却、压机液压油循环冷却、浸
淬油封闭循环冷却系统。
收稿日期：２０１３ — ０９ — ０３，修回日期：２０１３－１１－１１
综合考虑到各系统的运行稳定性、冷却水水质等各方面因素后选择炼钢除盐水开式循环水冷却系统作为水源热泵的余热热源。该系统可利用余热热量为４５．０６ＭＷ。该系统初始设汁流程见图１。考虑水源热泵从除盐水热水池取水后，经热泵

利用工业废热作为热泵热源的研究

需要冷却的负担热量为热源。这种热源水温高，流
量稳定，只要能保证不影响企业的正常生产，解决好水中含有的腐蚀性离子对设备的破坏，将是热泵最理想的低温热源。
２工程全为主，同时为保证热泵机组的使
图２炼化来水温度变化
用寿命，确保机组的运行状态稳定，采用间接取水
方式。即在炼化循环水与热泵机组蒸发器之间设置板式换热器。同时，考虑到炼化循环水中氯根含量为５０ｍ试换热器材质选用钛板材质。０ｍｇ即耐腐蚀又方便拆卸清洗。外网循环来水经管线输送至各热泵站直接进热热泵机组蒸发器，提取热量后返回炼化换热图３外网回水温度变化站。各热泵房内设置小区的循环水泵，为热泵冷凝炼化换热站内的外网循环水泵设置变频装器侧的循环提供动力。系统简图如下：置，将回水温度保持在１１￣的范围以满足炼化－Ｃ０３回水ｌ℃的要求。５由以上分析可以得出，本套流程完全可以满足炼化的节能要求。减少冷却塔的上水量，节电同时减少水量蒸发达到节水目的。３２热泵站运行分析。热泵蒸发器出口温度应满足回水要求即ｌ。以下，因为板式换热器存在３ｃ２度的换热温差。此温度满足热泵对热源的要求。图１运行中发现，热泵蒸发器出口温度高，则制热量增
引言。据统计，０５年全国能耗总量为２２２０２亿吨际煤。其中工业能耗占７％，０约为１５５４亿吨标煤；冷却循环水耗能占工业总能耗的５％，０即７７亿吨标煤，．７约合７个三峡电厂的发电量。我６国工业能源利用效率平均仅在３－５工业能耗０３％。中有５的热量通过循环冷却水排放到空气中，％０既造成空气污染导致温室效应，还要耗费大量高品位能源， —— 的负担。属于４，ｋｌ￣如何合理利用这些工业负担废能将是节能研究的一项重要课题。ｌ水源热泵系统介绍到目前为止，热泵技术本身已经相当成熟。

水源热泵工作原理及特点

水源热泵工作原理及特点引言概述：水源热泵是一种利用水源作为热源或者冷源的高效节能设备。

它通过循环工作原理将水源中的热能转移到建造物内部，实现供暖、供冷和热水的功能。

本文将详细介绍水源热泵的工作原理及其特点。

一、工作原理1.1 循环系统水源热泵的循环系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。

其工作原理类似于常见的制冷设备。

首先，压缩机将低温低压的制冷剂吸入，然后通过压缩提高其温度和压力。

接下来，制冷剂进入冷凝器，在与水源接触的过程中释放热量，使水源的温度升高。

然后，高温高压的制冷剂通过膨胀阀进入蒸发器，吸收建造物内部的热量，使室内温度降低。

最后，制冷剂再次被压缩机吸入，循环往复。

1.2 水源热泵与地源热泵的区别水源热泵与地源热泵在工作原理上有所区别。

水源热泵利用水源中的热能进行热交换，而地源热泵则利用地下的地热进行热交换。

水源热泵的热交换效果更为稳定，因为水源的温度变化相对较小。

此外，水源热泵的安装和维护成本较低，适合于水源丰富的地区。

1.3 辅助能源的利用水源热泵可以与其他能源设备结合使用，以提高能源利用效率。

例如，可以将太阳能集热器与水源热泵相结合，利用太阳能的热能提供给水源热泵，减少对传统能源的依赖。

此外，水源热泵还可以利用余热进行热能回收，进一步提高能源利用效率。

二、特点2.1 高效节能水源热泵利用水源中的热能进行热交换，具有高效节能的特点。

相比传统的供暖和制冷设备，水源热泵能够以较低的能耗提供相同的热量或者冷量。

根据统计数据，水源热泵的能效比通常可以达到4以上，远高于其他供暖和制冷设备。

2.2 环保节能水源热泵利用可再生的水源进行热交换，不会产生二氧化碳等有害气体的排放，对环境友好。

同时，水源热泵的高效节能特性也减少了对传统能源的依赖，有助于减少能源消耗和环境污染。

2.3 稳定性高由于水源的温度相对稳定，水源热泵的热交换效果较为稳定。

即使在极端气候条件下，水源热泵也能够提供稳定的供暖和制冷效果。

集中供热项目高温水源热泵应用研究

‘
厂家的成熟产品。螺杆式压缩机结构简单，没有阀片、活塞环等易损件，维修简单，用可靠，使因此热泵机组压缩机一般选择螺杆式，降低排气温度对热泵机组的影响。４．泵机组性能的选择２热高温水源热泵机组的选择上应该充分考虑机组系统工作的额定运行参数，冷凝压力在２Ｍａ４Ｐ以下，以使目前大多数系统部件可以承受；发压力在０Ｍａ蒸．Ｐ以上，１以免在系统中形成负压；机组整体工作能效比高，具有高的ＣＰ机组的工质应选择特殊的高温制冷剂，Ｏ。对环境危害小，毒、无不可燃；并应考虑系统润滑油的性能，保证压缩机在高温运行时不会产生化学变化，系统的可靠性，长系统和压缩增加延机的寿命。４循环系统的设计３在设计热泵供暖系统时，应该考虑在不影响热泵系统工作效率和供暖系统进出水温度的前提下，尽量降低进入蒸发器热水的温度，使机组的工作温度得到有效的控制，以在蒸发器可进水端加装温度控制阀控制热水流量，并应用变频循环水泵。如果条件允许高温水源热泵系统中采用多路独立制冷循环系统，共用—个水循环系统，以降低设备的冷凝工作压力，可增加系统的可靠性，系统和压缩机的寿命。延长４系统控制的选择４热泵机组的自动保护是高温热泵机组控制系统非常关键的组成部分，自动保护的内容必
工作原理如下：
机组制热能力下降；海水源热泵的换热设备与海水直接接触，海水会对设备造成比较大的腐蚀，而且受港口泥沙较多的影响海水的循环量可能逐年减少，热泵机组的工作效率和使用寿命都会受到影响。高温水源热泵的热源来源于天津港的蒸汽凝结水或地热水，温度不受环其境影响，而且一般对机组设备的腐蚀性小，机组的运行工况稳定，的工作效率高。系统

利用工业低品位余热的高温热泵供暖系统

ｗａｓｉｏｔｆｃｉａ．ｙｎｎｒｈｏｈｎ
Ｋｅｒｓ：ｓｔｅｔｕｉｉａｉｎ；ｈａｕｐ；ｈａｕｐｙ；ｅｅｇａｉｇ；ｅｕｉｍｅｔｌｐｏｅｔｏｙｗｏｄｗａｅｈａｌｌｔｚｏｅｔｐｍｅｔｓｐｌｎｒｙｓｖｎｎｒｏｎａｒｔｃｉｎ
利用工业低品位余热的高温热泵供暖系统
林小臣
（中国北车集团哈尔滨车辆有限责任公司，黑龙江
哈尔滨１０５）５０６
摘
要：实现建筑节能目标任重道远，传统的燃烧矿物质燃料的锅炉供暖方式不仅浪费能源，
而且严重污染环境。这里介绍一种全新的利用Ｘ，低温余热的高温热泵供暖方案。它不仅使供暖－Ｐ＿
・
冷却。工业废水温度３℃左右，８应用高温水源热泵回收余热，提升后制取７ ℃以上的高温水取代原燃５
２４・８
维普资讯
煤锅炉仍可利用暖气片供暖。其热力循环系统如下
图所示。
ＩｈＴｍｐｒｔｒａｕａｔＳｐｌ－ｅｅａｕｅＨｅｔＰｍｐＨｅｕｐｙｎｇＳｓｅｂｉｇＩｄｓｒａａｔａｔｙｔｍｙＵｓｎｎｕｔｉｌＷｓｅＨｅ
ＬＮ）ｉｏ— ｃｅＩ（ｎｈｎ
环境实现零污染，而且运行费用是目前各供暖费。
关键词：余热利用；热泵；暖；供节能；环保中图分类号：Ｕ３．Ｔ８１６文献标识码：Ａ文章编号：０２３９（０７３２４一Ｏ１０ —６３２０）０一Ｏ８３

热泵在工业中的应用

（2）余热回收目前，我国工业能源利用率低于世界平均水平，工业产品的平均单位能耗比发达国家高出约30%，工业消耗的能源有50%以上转变为废气和废水形式的余热，但仅有30%的废热得到回收再利用。

大量的工业余热为热泵的使用提供了良好的条件，利用中高温热泵技术，结合具体工艺生产进行系统性的设计，不但可减少对环境的热污染，又可把低温余热提高到可直接利用的温度，提高能源的利用率，降低二氧化碳排放。

如在原油产业中，原油在联合站的加热分离和集输都要消耗大量的热能，目前热能主要由燃油锅炉和天然气锅炉提供。

如果利用高温热泵对石油开采过程中油水分离产生的30～50℃的余热水进行热回收，输出70℃～90℃的高温热水，取代原油加热炉对输油管道进行加热，可以降低原油的粘度，提高原油输送效率，同时节省外供热，从而获得节能效果。

原油集输系统加热工艺原理如图4所示。

另外，生产酸奶制品过程中，要对牛奶进行一级降温，须将37℃冷却水降至30～32℃循环使用，同时车间每天需要用80℃～85℃的热水进行间歇式清洗，应用高温热泵+蓄热水箱系统回收冷却水中的热量制取高温热水供清洗生产线使用，充分利用低谷电价，省掉了冷却系统，同时节省外供热的能源消耗，节能和经济效果良好。

酸奶厂的热泵工艺原理如图5所示。

图4 原油集输系统加热工艺流图5 酸奶厂应用热泵流程利用热泵还可以回收电厂冷却水、工业废水和城市污水排放中所含的热量。

工业废水的出水温度往往比较高，利用水源热泵回收其中的热量，可以用于冬季供暖或生产工艺，并逐渐应用于石油、化工、冶金、纺织、食品等各行业。

据统计，直接利用加热泵技术回收电厂余热和工业余热可承担170亿平米的供热面积。

利用城镇污水资源，发展污水源热泵具有显著的减排效益。

现阶段，我国城市污水年排放量约750亿吨，蕴涵的热能按4℃温差回收和利用50%的水量估算，可实现约4.5亿m2建筑的清洁取暖。

污水热能回收所具有的节能环保特征完全契合清洁取暖需要，这种鲜明的需求导向使得工程推广迅速，但面临的普遍问题是污水换热器阻塞引起的换热器频繁拆洗和传热性能低下。

污水源(再生利用)热泵集中供热(冷)运行及能效的提高

污水源（再生利用）热泵集中供热（冷）运行及能效的提高摘要：本文介绍污水源（再生利用）热泵的特点。

通过对空气、地源热泵、锅炉和污水源热泵的分析比较，显示了污水源热泵采暖系统的经济性、环保节能效果。

详细介绍西安大兴新区污水源（再生利用）热泵集中供热、冷系统组成、运行情况分析及提高利用率。

关键词：污水再生利用水源热泵；节能减排；低碳环保；高效经济一、污水源（再生利用）热泵系统特点与优势污水源（再生利用）热泵系统是利用城市污水（生活废水、工业废水、工业设备及生产工艺排放的废水），经过处理的污水，通过系统污水换热器与中介水进行热交换，通过中介水进入热泵主机，主机做功消耗少量的电能，机组在冬天将污水资源中的低品质热能“汲取”出来，由空调管网供给室内采暖系统（或生活热水系统）；夏天，将室内的热量带走，并通过空调水系统热交换，再释放到污水中，给室内制冷系统。

由于城市污水中所赋存的热能是一种可回收和利用的清洁能源，因此，利用其中的热能，是城市污水资源化利用的有效途径。

污水处理厂的出水量大，水质稳定，常年温度在 13～25℃，污水源（再生利用）热泵是以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调设备；热泵机组具有热量输出稳定，COP值高，换热效果好等优点。

因此它具有广阔的发展前景，特别是对于北方冬季采暖，如西安城市排放污水，它的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低。

这种介质温度特性使得污水源热泵比传统空调系统运行效率更高，节能和节省运行费用效果显著。

应该大力推广应用。

根据相关资料对不同供冷（供热）方式的经济分析费用比较，污水源热泵系统与传统的制冷加锅炉系统相比，可节约40％的运行费用，解决了锅炉采暖燃烧过程产生的排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音；比空气源热泵系统节约30％；水源热泵系统的初投资为地源热泵的70％左右。

综合考虑初投资和运行费用等因素，污水源热泵系统的经济性、节能效果和环保效果最为显著。

城市低温废热污染的危害和热泵技术的利用

器，实现热量向冷凝器转化的过程，而冷凝器是与末端系统连接的。第三过
程：机组的高温、高压的介质进入冷凝器冷凝，放出热量，并与系统水进行热交换，实现将在蒸发器内吸收的热量和输入的电能的总和输出给采暖系统水的过程，采暖系统水带着热量释放给房间，达到制热的目的。在整个过程中，机组的能量输入输出比最高可达到４．５，即电机输入电能是ｌｋｃａｌ时，末端系统得到的能量是４．５ｋｃａｌ。在整个的过程中消耗少量的电能，极大的利用污水能量，从而达到节能目的，制冷过程是制热过程逆过程是一个搬运 “能
科学进步
触鸯与赋
城市低温废热污染的危害和热泵技术的利用
刘秋菊刘宏韬
摘（濮阳市自来水公司河南濮阳４５７０００）要：城市污废水中的低温废热对大气、水体、土壤、动植物的影响和危害很严重，如采用热泵技术进行利用，不仅减轻了对环境的危害，还减少了高位能源的消耗，提高了能源的利用率。关键词：废热污染低温废热热平衡污水源热泵
替代矿物能源的数量是极大的，特别是水源热泵技术的日趋成熟和发展，为在实际工作中推广应用污水热能回收利用系统提供了可靠的技术保证。所以，有效的回收和利用城市污水热能，将是今后城市利用新能源的主要途
径。 Leabharlann ｆ４１污水的热能利用区域比较广
目前热泵技术已从对城市污水二级处理水的热能利用发展到可直接利用城市原生污水的阶段，因此，不受污水处理厂的限制，可根据城市污水管网情况和用户需要灵活利用，选择使用区域。

科技成果——污水余热利用高效热回收热泵供暖

科技成果——污水余热利用高效热回收热泵供暖技术开发单位清华大学所属领域能源环境成果简介当今社会，环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。

中国面临着巨大的节能压力，要求我们大力发展节能减排的产业。

近几年来，国内出现了很多水源热泵、地热源热泵、空气源热泵等多种回收低品位热源的热泵技术，经验表明，这些技术得到了很好的推广，同时具有较强的适应性。

但是对于废水和污水等工业和生活的废热，却没有很好利用。

企业和家庭的生活污水中含有大量的废热，现阶段，这些热量被大量直接排走，造成了巨大的浪费。

在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生。

高效热回收热泵供暖系统以空气、废热水等为低温热源，以电能为动力从低温侧吸取热量来加热生活用水，热水通过循环系统直接送入用户作为热水供应或利用风机盘管、地暖进行采暖。

此系统是目前学校宿舍、酒店、洗浴中心、办公楼等场所的大、中、小供暖系统的最佳解决方案。

高效热回收热泵供暖系统主要由高效热回收系统、采集与监视系统、电控系统、远程服务系统构成。

技术特点适用温度范围宽：可利用20-80℃的工业废水、生活污水、地下水等低品位热源；适用水质广泛：适用钢铁冲渣水、印染废水等工业废水和生活废水等多种恶劣水质；出水温度高：采用清华独有高温工质配方，最高出水温度可以达到85℃以上；换热能力强：采用清华独有的换热器技术，保证换热器不堵塞并持续高效；维护成本低：采用青鸾自动冲洗装置，保证机组长期稳定运行；服务方便：采用远程控制与服务系统，实时保证系统正常运行。

本技术成果综合了空气源和废热水源等热泵的优点，具有从空气和废水中同时吸收热量的功能，同时加入了自循环和相关控制装置，换热充分，使热水器的热水温度能够稳定，同时最大限度利用废弃能源，达到最高的系统能效比COP（=系统制热量/系统耗电量），系统COP 最高可达7以上。

应用说明高效热回收热泵供暖系统主要用于热源水（如工业废水、生活废水、江海河湖水等污水以及地下水等干净水源）充足、水温比较稳定、并需要制取生活或生产热水的场所；机组也可单独作为制冷、采暖中央空调使用；或者作为中央空调余热回收使用；特殊需求时，系统可实现制热水、制冷、采暖多种功能。

循环冷却水热泵技术

循环冷却水热泵技术一.技术原理及特点热泵技术是近几年在我国得到广泛应用的一项节能型新技术。

其工作原理是利用低温水为热源，达到向建筑物供冷和供暖的目的，实质上是一种以消耗一部分高质能（机械能、电能或高温热能等）作为补偿，通过热力循环，把环境介质（循环冷却水）中存贮的低品位能量加以发掘、禾I」用的装置，因此它可以充分利用地址能量而节约高位能量。

热泵作为一个能量的搬运工”可以实现能量的逆向传递，即由低温物体向高温物体的传递的功能。

循环冷却水热泵技术是水源热泵，常见的有压缩式和吸收式两种。

1.吸收式热泵工作原理：吸收式热泵依据产生工质蒸气热源的不同分为两种形式（如图所示）:第一类是工质蒸气的发生需要消耗部分高质热能；第二类产生工质蒸气的热量是由低品位的余热热源提供。

中国在应用中以第一类为主，它由蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器以及溶液换热器等设备组成。

在蒸发器中，利用近一半的废热使水蒸发，生成的水蒸气进入吸收器被浓工质吸收，吸收时放出的热量返回生产过程重新利用；吸收水蒸气后的稀工质溶液，流经溶液换热器并与浓工质溶液换热后进入发生器；在发生器中利用另一半废热将稀溶液蒸浓，蒸发的水蒸气进入冷凝器冷凝，放出的热量被冷却水带走排向环境；冷凝器流出的凝液及发生器流出的浓工质溶液，分别用泵送回蒸发器和吸收器，进行循环。

用八热水网图1吸收式热泵工作原理图技术指标：致热系数值一般在2.0左右，即消耗1份蒸气，可从低温热源提取1 份热量，供给热用户2份的热量，比应用板式换热器或者气水换热器供暖消耗蒸气量减少一半。

吸收式热泵的优点是，可能利用温度不高的热源作为动力；除功率不大的溶液泵外没有转动部件，耗电量低，无噪声。

缺点是热效率低，一般适合于规模大的供热系统。

2.压缩式热泵工作原理：低温低压的制冷剂（常用氟利昂类等工质）通过蒸发器从低位冷源吸热蒸发升温后进入压缩机，被绝热压缩成高温高压蒸汽，然后进入冷凝器向高位热源放热冷凝后，经过节流膨胀阀绝热节流降温降压成低干度的湿蒸汽，再通过蒸发器从冷源吸热蒸发，如此循环。