高温热泵在余热回收项目运行原理

1. 高温热泵余热回收系统组成

  • 蒸发器:吸收低品位余热(热源侧)。

  • 压缩机:提升制冷剂压力和温度(核心耗能部件)。

  • 冷凝器:释放高温热能至用热端(用户侧)。

  • 膨胀阀:降低制冷剂压力,完成循环。

  • 工质(制冷剂):需具备高温稳定性(如R245fa、R1336mzz等)。


2. 运行流程(以工业废水余热回收为例)

步骤1:余热吸收(蒸发器)

  • 低温余热(如50℃的工业废水)流经蒸发器,与低温液态工质换热。

  • 工质吸热后蒸发为低温低压气体,余热温度被提取(废水降温至30℃排出)。

步骤2:热能升阶(压缩机)

  • 低温低压气态工质进入压缩机,经电能驱动压缩后,变为高温高压气体(温度可达100℃~120℃)。

  • 关键点:压缩机耗能仅占输出热能的20%~30%,能效比(COP)通常为3~5。

步骤3:高温放热(冷凝器)

  • 高温工质在冷凝器中与用热介质(如工艺用水或空气)换热,冷凝为高压液体。

  • 释放的热能被用于生产(如加热工艺用水至85℃以上)。

步骤4:压力调节(膨胀阀)

  • 高压液态工质经膨胀阀节流降压,重新变为低温低压液体,返回蒸发器完成循环。


3. 高温热泵的独特设计要点

3.1 工质选择

  • 需满足高温工况(如R245fa在120℃下稳定,COP较高)。

  • 环保要求:避免使用高GWP(全球变暖潜能值)工质。

3.2 复叠式系统(超高温需求)

  • 当单级热泵无法满足温度要求时(如需120℃以上),可采用两级压缩复叠系统:

    • 第一级:普通工质(如R134a)将热量提升至80℃。

    • 第二级:高温工质(如R245fa)进一步升温至120℃+。

3.3 防腐蚀与抗结垢

  • 蒸发器需采用钛管或镀层处理(针对酸性/高盐余热)。

  • 定期清洗或加装过滤装置(如废水含颗粒物)。


4. 与传统技术的对比优势

对比项高温热泵传统锅炉/电加热
热源温度可利用40℃~60℃低品位余热需燃烧燃料或直接耗电
能效比(COP)3.0~5.0(1份电产3~5份热)电加热COP≈1.0
碳排放近零(若用绿电)燃煤锅炉碳排放高

5. 典型应用场景

  • 食品加工:回收杀菌废水余热,预加热新工艺用水。

  • 化工行业:浓缩工序中回收冷凝器余热,用于原料预热。

  • 纺织印染:利用烘干废气余热,提升洗涤水温。


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