糖厂热泵余热回收系统效益计算的探讨
2015-01-09高俊永
高俊永
（广州甘蔗糖业研究所，广东 广州 510316）
0 前言
糖厂制炼系统有很多的余热资源期待开发，糖厂多效蒸发系统的末效罐汁汽和煮糖产生的汁汽温度在70℃左右，绝大多数的糖厂采用喷射冷凝器进行吸收，其热量通过循环水系统，从冷却水塔排放到大气中，不但造成能源浪费，也给环境带来了热污染［1］。以糖厂末效汁汽来说，汁汽量对蔗比约7.5%［2］，这部分余热量比较大，如果能够将这部分低温热源回收利用，不仅能够提高糖厂的能源利用率，而且对保护环境有益。
采用热泵技术，利用一定的高品质热源，将目前糖厂这些大量的低品位的余热利用到制糖的混合汁加热、工艺热水等中，将极大程度降低糖厂能耗，提高糖厂的蔗渣打包率，笔者通过多效蒸发系统的分析，认为在余热效益的计算上应考虑多效蒸发系统的因素。并提出来以供相关人员探讨，以期为余热资源效益的准确计算提高理论依据。
1 传统多效蒸发系统和带热泵的多效蒸发系统分析
假定多效蒸发系统各效汁汽的走向如下图1和图2所示，热泵系统的高温热源采用废汽，回收较低品位水中的余热，得到的较高温度的热水进行混合汁一次二级加热工艺处理，下图2中的第I和第II效的汁汽走向同图1中所示的走向不变。
图1 传统多效蒸发物料、蒸汽流程图
图2 带热泵系统的多效蒸发物料、蒸汽流程图（以余热加热混合汁为例）
2 余热回收效益分析
如上图1和图2所示，假设糖汁进出锤度、温度、流量相等，蒸汽和汁汽的相关参数一致，对余热回收效益进行分析，由于目前对余热回收效益的计算，多是采用余热系统回收的热量等折为蔗渣锅炉的蔗渣量，其计算数值没有问题，但是计算过程笔者认为没有考虑多效蒸发系统的影响，根据文献［3］，多效蒸发系统及汁汽利用系统直接的进汽量是I效的蒸汽量，后面几效的汁汽产生的热量或汁汽余热的量均应折算至进入I效罐的蒸汽量来进行热量与蔗渣量的换算，因此，文章以甘蔗450吨/小时、混合汁440立方/小时计算，假定混合汁一级和二级加热升温均为21℃，余热回收系统的对应蔗渣节约量分析如下。
混合汁一级加热和二级加热需要吸收热量为：
根据多效蒸发系统用汽分析，混合汁一级加热由采用IV效汁汽变为末效汁汽，因此，混合汁一级加热余热回收热量对应于I效进汽热量为吸收热量的四分之一；同理，混合汁二级加热由采用III效汁汽变为热泵余热系统加热，因此，混合汁二级加热余热回收热量对应于I效进汽热量为吸收热量的三分之一，即：
在新的热泵余热系统中，假设仅有原混合汁二级III的汁汽量进入煮糖系统，煮糖系统以II效汁汽为主，则这部分的汁汽节约热量等折为II效汁汽量对应的I效进汽热量的二分之一，即：
则总的热量回收为：
扣除耗用蒸汽和电耗的实际回收热量Q′总回收为：
将热泵余热回收系统实际回收的热量折合成45%水分蔗渣量，蔗渣热值取2057千卡/公斤，取热效率70%，将蔗渣热值换算为国际千焦（1卡=4.18焦），则有每小时计算等折蔗渣量为：
与不考虑多效蒸发系统中间汁汽折算为I效进汽关系的影响，同样条件下计算出的等折蔗渣量为9.7t/h，而考虑多效蒸发效数的影响后折合的蔗渣打包率为：
4.49÷450=1%蔗。
每榨万吨甘蔗节约蔗渣量：
1%×10000=100t。
依此推算，对于文献［1］中的热泵系统，造价在1600万元（含板式换热器）左右，按年榨蔗150万吨计算，节约蔗渣量为15000吨，按蔗渣300元/吨计算，榨季节约蔗渣产生经济价值为：
300×15000=450万元。
投资回报期为：1600÷450=3.56（榨季）。
根据文献［2］所述的热泵系统388万，榨季节约蔗渣产生经济价值为：
300×1%×4000×150=180万元。
投资回报期为：388÷180=2.16（榨季）。
综上分析，采用上述的热泵系统后，每榨万吨蔗可以节约100吨的蔗渣，设备的投资回报期在2.16～3.56榨季，虽然一次投入较大，但由于热泵系统一般在运行多个榨季后可以产生较高的经济价值。
3 小结
甘蔗属于可再生的高效资源，利用甘蔗渣进行造纸、发酵、生物材料等的深加工，可以显著提高糖厂的综合效益，提高蔗渣制浆的量，可节约大量的木材，对蔗区的森林资源和生态环境的保护都具有十分重要的意义。
文章通过对多效蒸发系统热能分配分析，提出了汁汽能量节约折算蔗渣量的一种计算方法，即后面几效的汁汽产生的热量或汁汽余热的量均应折算至进入I效罐的蒸汽量来进行热量与蔗渣量的换算，该方法给糖厂节能核算提供一个基本参考。
［1］ 黄雄军，温亦钦，黄益雄，等 热泵余热回收技术在糖厂生产中的应用研究［J］甘蔗糖业，2015（1）：37-41.
［2］ 钮德明糖厂节水及回收低温余热的新技术［J］广西节能，2006（4）：32-33.
［3］ 陈维钧，许斯新甘蔗制糖原理与技术-糖汁加热与蒸发［M］中国轻工业出版社，2001，第1版：27-79.
