工业余热热泵及余热网络化利用的现状和发展
2020-11-27赵丰收
赵丰收
荏原冷热系统（中国）有限公司 山东烟台 265500
工业能源消耗中会产生大量的余热，工业余热热泵技术的应用可以将余热回收再利用到工业流程中或者其他区域供热制冷等方面，实现工业绿色节能发展。现阶段工业余热热泵技术通常分为压缩式、吸收式、与化学式，这三种热泵技术在都工质、循环、系统创新等方面都在不断的更新发展，并且达到了较高的技术水平。但是其温升、容量、能效比、等方面还存在诸多待完善领域，而且工业余热网络化利用可以实现输入热能的阶梯式利用，进而提升工业余热的利用率。这就需要相关研究人员继续对工业余热热泵及余热网络化利用进行更加深入钻研，获取更高水平的网络化工业余热热泵技术。
1 工业余热热泵及余热网络化利用的现状和发展
1.1 压缩式热泵
压缩式热泵技术的研究应用较早，20世纪90年代国外的压缩式热泵技术已经在工业中得到了较大范围的应用及关注，其研究水平及成果远远领先于国内，国内的压缩式热泵技术的研究方向主要在高温工质、系统循环及设备，其中高温工质、运行可靠性、大容量机组是我国压缩式热泵技术的研究的重点。目前，我国的压缩试热泵技术通常是以高校研究为主，而且普遍应用在家用和商用机组，其温升范围为30-35，COP的最高值为4.3左右，已经达到一级能效的标准。但是，国外压缩式热泵机组的COP的最高值可达到5.5左右，这是因为其提升温差、工质等方面的技术都优于国内技术。工业压缩试热泵技术在90度的工业余热处理中可达到蒸发温度30度-60度的技术效果，这就决定了其在高温工程的应用的研究方向[1]。
1.2 吸收式热泵
我国现阶段的吸收式热泵技术已经具备独立设计、加工直燃式机组、热水式机组和蒸气式机组的能力，并且可以根据实际应用需求设计两级、单效、双效等不同应用方式机组模式，形成了完善的技术应用体系，推动了我国工业产业化、节能化、标准化进展。我国的上海交通大学、北京工业大学、北京清华大学等高校在吸收式热泵技术方面的研究投入了极大的精力，为吸收式热泵技术的应用及革新提供了先进的技术支持及方向。例如，上海交通大学曾提出的变效吸收制冷循环技术理论，可以大幅度提高吸收式热泵技术在化热源应用环境中的制冷或制热效率。近些年来，我国对吸附式热泵技术方向也开展了专项研究，其研究重点基于系统数值模拟及实验机组设计，目前还不具备实践应用条件，仅仅停留在理论研究及模拟试验阶段，随着研究的深入及技术的发展，其在工业中的高质量应用及大面积推广值得期待。
1.3 化学热泵
化学热泵技术是借助可逆吸放热化学反应完成的工业余热回收、储备、应用技术。化学热泵机组系统通常利用反应物在低温分解、高温合成的化学特性形成高品位热能，其系统循环过程中存在中间反应过程，如产物分离、冷凝、回热等，进而形成对环境的放热或者吸热。化学热泵技术具有适用范围广、温度升幅大、储能密度大等优点，通常与与压缩式热泵技术和吸收式热泵技术合用形成技术互补，实现对工业余热更高质量的利用。化学热泵技术通常根据其反应物分为无机系化学热泵技术和有机系化学热泵技术。我国的无机化学热泵技术主要集中于金属氢化物、金属氯化物等反应物，并在其传热性能、系统优化等方面取得了极高的研究成果。我国的有机化学热泵技术主要集中于异丙嗪、丙酮等反应物，有机物化学热泵技术具有传热性能好、连续运行等优点，具有极佳的发展及应用前途。化学热泵目前的实践应用中的反应稳定性、速率、催化剂等方面还存在较大的研究空间，这就需要相关研究机构及研究人员继续对其开展更加深入的研究，以期其能发挥出更加高效的工业应用价值[2]。
1.4 网络化利用
我国的工业余热回收系统是不同温区采用了不同的热泵技术，并通过不同的热泵技术相互配合、相互补充，提升工业余热的回收应用，而且需要对余热转换、冷热电联供、热源等环节进行合理配置，借此完成能量目标及回收质量。现阶段的工业余热网络化利用的研究方向主要为分布式能源冷热电联供系统。冷热电联供系统主要通过燃气轮机、内燃机、余热回收利用装置、控制系统等组构而成，可以实现输入热能的阶梯式利用，进而提升温区能量的高品质配比，发挥能源的最大利用率。例如，将高温热能利用于对外发电；中温热能利用于制冷负荷；低温热能利用于生活热水。但是，现阶段的工业余热大都以单一能量形式回收，缺乏系统性、先进性的利用需求、热泵选型等方面的指导，对工业余热回收的质量及效率产生了较大的制约。因此，我国工业余热回收系统研究要以热泵供给形式、热泵联合特点、容量等为主要研究方向，结合用户需求、温位热泵、热源侧、余热转化技术等构建广谱、高效的工业余热网络化运行系统。
2 结语
工业余热热泵及余热网络化利用，可以极大的提升工业余热的利用效率，对工业的高效、节能发展有着显著的促进作用。现阶段，我国的工业余热热泵技术的研究方向主要是热泵工质、运转稳定性、运转可靠性、能量转换效率、温度适应性等，常用的热泵技术为压缩式热泵技术、吸收式热泵技术、化学热泵技术。我国的工业余热热泵技术已经有较高的应用水平，但其存在较大的提升空间，尤其是化学热泵及系统网络化利用等方面具有极大的优化空间及发展价值，需要研究人突破化学热泵技术反应稳定性差、速率低的局面，同时提升热泵技术的联合应用及热、电、储、运等方面的网络化利用效果，实现更高利用率、更安全稳定的网络化工业余热热泵体系[3]。
