糖廠熱泵余熱回收系統效益計算的探討

高俊永

（廣州甘蔗糖業研究所，廣東 廣州 510316）

0 前言

糖廠制煉系統有很多的余熱資源期待開發，糖廠多效蒸發系統的末效罐汁汽和煮糖產生的汁汽溫度在70℃左右，絕大多數的糖廠采用噴射冷凝器進行吸收，其熱量通過循環水系統，從冷卻水塔排放到大氣中，不但造成能源浪費，也給環境帶來了熱污染［1］。以糖廠末效汁汽來說，汁汽量對蔗比約7.5%［2］，這部分余熱量比較大，如果能夠將這部分低溫熱源回收利用，不僅能夠提高糖廠的能源利用率，而且對保護環境有益。

采用熱泵技術，利用一定的高品質熱源，將目前糖廠這些大量的低品位的余熱利用到制糖的混合汁加熱、工藝熱水等中，將極大程度降低糖廠能耗，提高糖廠的蔗渣打包率，筆者通過多效蒸發系統的分析，認為在余熱效益的計算上應考慮多效蒸發系統的因素。并提出來以供相關人員探討，以期為余熱資源效益的準確計算提高理論依據。

1 傳統多效蒸發系統和帶熱泵的多效蒸發系統分析

假定多效蒸發系統各效汁汽的走向如下圖1和圖2所示，熱泵系統的高溫熱源采用廢汽，回收較低品位水中的余熱，得到的較高溫度的熱水進行混合汁一次二級加熱工藝處理，下圖2中的第I和第II效的汁汽走向同圖1中所示的走向不變。

圖1 傳統多效蒸發物料、蒸汽流程圖

圖2 帶熱泵系統的多效蒸發物料、蒸汽流程圖（以余熱加熱混合汁為例）

2 余熱回收效益分析

如上圖1和圖2所示，假設糖汁進出錘度、溫度、流量相等，蒸汽和汁汽的相關參數一致，對余熱回收效益進行分析，由于目前對余熱回收效益的計算，多是采用余熱系統回收的熱量等折為蔗渣鍋爐的蔗渣量，其計算數值沒有問題，但是計算過程筆者認為沒有考慮多效蒸發系統的影響，根據文獻［3］，多效蒸發系統及汁汽利用系統直接的進汽量是I效的蒸汽量，后面幾效的汁汽產生的熱量或汁汽余熱的量均應折算至進入I效罐的蒸汽量來進行熱量與蔗渣量的換算，因此，文章以甘蔗450噸/小時、混合汁440立方/小時計算，假定混合汁一級和二級加熱升溫均為21℃，余熱回收系統的對應蔗渣節約量分析如下。

混合汁一級加熱和二級加熱需要吸收熱量為：

根據多效蒸發系統用汽分析，混合汁一級加熱由采用IV效汁汽變為末效汁汽，因此，混合汁一級加熱余熱回收熱量對應于I效進汽熱量為吸收熱量的四分之一；同理，混合汁二級加熱由采用III效汁汽變為熱泵余熱系統加熱，因此，混合汁二級加熱余熱回收熱量對應于I效進汽熱量為吸收熱量的三分之一，即：

在新的熱泵余熱系統中，假設僅有原混合汁二級III的汁汽量進入煮糖系統，煮糖系統以II效汁汽為主，則這部分的汁汽節約熱量等折為II效汁汽量對應的I效進汽熱量的二分之一，即：

則總的熱量回收為：

扣除耗用蒸汽和電耗的實際回收熱量Q′總回收為：

將熱泵余熱回收系統實際回收的熱量折合成45%水分蔗渣量，蔗渣熱值取2057千卡/公斤，取熱效率70%，將蔗渣熱值換算為國際千焦（1卡=4.18焦），則有每小時計算等折蔗渣量為：

與不考慮多效蒸發系統中間汁汽折算為I效進汽關系的影響，同樣條件下計算出的等折蔗渣量為9.7t/h，而考慮多效蒸發效數的影響后折合的蔗渣打包率為：

4.49÷450=1%蔗。

每榨萬噸甘蔗節約蔗渣量：

1%×10000=100t。

依此推算，對于文獻［1］中的熱泵系統，造價在1600萬元（含板式換熱器）左右，按年榨蔗150萬噸計算，節約蔗渣量為15000噸，按蔗渣300元/噸計算，榨季節約蔗渣產生經濟價值為：

300×15000=450萬元。

投資回報期為：1600÷450=3.56（榨季）。

根據文獻［2］所述的熱泵系統388萬，榨季節約蔗渣產生經濟價值為：

300×1%×4000×150=180萬元。

投資回報期為：388÷180=2.16（榨季）。

綜上分析，采用上述的熱泵系統后，每榨萬噸蔗可以節約100噸的蔗渣，設備的投資回報期在2.16～3.56榨季，雖然一次投入較大，但由于熱泵系統一般在運行多個榨季后可以產生較高的經濟價值。

3 小結

甘蔗屬于可再生的高效資源，利用甘蔗渣進行造紙、發酵、生物材料等的深加工，可以顯著提高糖廠的綜合效益，提高蔗渣制漿的量，可節約大量的木材，對蔗區的森林資源和生態環境的保護都具有十分重要的意義。

文章通過對多效蒸發系統熱能分配分析，提出了汁汽能量節約折算蔗渣量的一種計算方法，即后面幾效的汁汽產生的熱量或汁汽余熱的量均應折算至進入I效罐的蒸汽量來進行熱量與蔗渣量的換算，該方法給糖廠節能核算提供一個基本參考。

［1］ 黃雄軍，溫亦欽，黃益雄，等 熱泵余熱回收技術在糖廠生產中的應用研究［J］甘蔗糖業，2015（1）：37-41.

［2］ 鈕德明糖廠節水及回收低溫余熱的新技術［J］廣西節能，2006（4）：32-33.

［3］ 陳維鈞，許斯新甘蔗制糖原理與技術-糖汁加熱與蒸發［M］中國輕工業出版社，2001，第1版：27-79.