熱泵再利用助凹印生產節能減排

林建東

2014年至今，許多凹印企業為凹印設備安裝了熱泵，在使用過程中收到了良好的節能效果。由于當前國家對VOCs排放的強力管制，凹印企業又需要引入新技術來實現VOCs減排，通過多年探索，高溫熱解VOCs技術可作為主流技術方向。但事實上，不管采取哪種熱解技術，所伴隨的都是大量煙氣余熱的產生，這部分煙氣余熱大大超過了凹印行業所需的烘干熱能。所以，對于企業用熱來說，只要想辦法將煙氣余熱轉換成適用于烘干或其他使用即可。這樣一來，熱泵就變得多余，因為不管熱泵的制熱能效比有多高，運行起來都需要耗電，關鍵是無法解決VOCs減排的問題。凹印企業既然已經投資熱泵，如果將其全部作廢，實在太過可惜。根據凹印企業的用熱情況，其實仍然可以讓熱泵繼續發揮作用，最起碼將其部分價值利用起來，讓投資損失降低到最低。

由于目前應用于凹印行業的有機廢氣熱解技術尚處于探索階段，現階段最符合凹印企業利益的做法是實現進一步的節能減排，并為未來VOCs的徹底治理做好準備。這里提到的“減排”，是指減少VOCs的末端排放量，以減少凹印企業的VOCs排污處罰額度。如果有些凹印企業在未來一段時間內還沒有計劃安裝VOCs治理設備，但又希望降低廢氣排放量并實現節能，可以嘗試對原來已經投資的熱泵進行改造，再配合新的節能減排設備，重新發揮熱泵的價值。

主要有三個方向，一是給凹印機ESO系統或LEL系統的新風加熱；二是熟化室改造；三是改為暖風機用于冬季取暖。

與凹印機節能減排系統的配合使用

以一臺安裝了熱泵的8色凹印機為例，工況為：原總排風量為26000m3/ h，包括通過熱泵新風口進入的新風20000m3/h和通過烘箱負壓進入的新風6000m3/h，熱泵壓縮機功率為50kW。

1.與凹印機LEL系統的配合使用

在凹印機上安裝LEL系統，對熱泵進行再改造后，總排風量下降至8000m3/h，包括通過有組織進入的新風2000m3/h，通過烘箱負壓無組織進入的新風6000m3/h。加熱新風從原來的20000m3/h下降至2000m3/h，相當于通過有組織進入的新風加熱量減少了90%。原來采用8臺熱泵，如今只需要1臺再加上適量電輔加熱就可以滿足新風預熱和精確調溫的需求。熱泵的任務就是將總新風預熱到接近工藝的溫度，待新風進入烘箱內循環后，余下部分溫差采用LEL系統的電熱管進行最后的精確調整。

2.與凹印機ESO系統的配合使用

在凹印機上安裝ESO系統，對熱泵進行再改造后，由于烘箱內的氣壓平衡可以控制在臨界狀態，總排風量甚至可以下降至5000m3/h，包括通過有組織進入的新風2000m3/h，通過烘箱負壓無組織進入的新風3000m3/ h。加熱新風從原來的20000m3/h下降至2000m3/h，原理和取得的效果和熱泵與凹印機LEL系統配合使用的情況相同。

3.能耗對比

對熱泵改造后，通過公式計算可對比LEL系統和ESO系統采用全部電加熱與熱泵配合電加熱之間的能耗，熱泵的平均制熱能效比按3.5計算。

（1）熱泵配合LEL系統前后加熱能耗計算

LEL系統有組織新風電加熱的功率為：（2000/20000）m3/h×50kW×3.5=17.50kW

LEL系統有組織新風熱泵加熱的功率為：（2000/20000）m3/h×50kW=5.00kW

LEL系統無組織新風電加熱的功率為：（6000/20000）m3/h×50kW×3.5=52.50kW

（2）熱泵配合ESO系統前后加熱能耗計算

ESO系統有組織新風電加熱的功率為：（2000/20000）m3/h×50kW×3.5= 17.50kW

ESO系統有組織新風熱泵加熱的功率為：（2000/20000）m3/h×50kW=5.00kW

ESO系統無組織新風電加熱的功率為：（3000/20000）m3/h×50kW×3.5=26.25kW

能耗結果如表1所示。在凹印設備上安裝LEL系統或ESO系統后，如果再采用熱泵對有組織進入的新風進行加熱，可以進一步實現節能。值得一提的是，由于熱泵內空氣流道沒有參與LEL系統或ESO系統內的空氣循環，所以熱泵內部的換熱器風阻不會對能耗帶來影響。

用于熟化室加熱

一臺5.50kW的印刷機熱泵可以滿足北方地區30m2或南方地區45m2的制熱需要，將熱泵的熱風出風口和回風口接入熟化室，用三通管的其中兩個接頭將熱泵新風口與排風口連通，三通管的另一個接頭安裝調節風閥，這樣熟化室與熱泵之間就形成了閉環循環，可以通過調節三通管上的風閥開合度進行少量換氣。

實踐證明，熱泵用于熟化室加熱是最合適不過的，比電熱管或紅外線燈加熱節能70%以上，而且熱風加熱均勻，更不會產生過熱而損壞產品，更沒有火災風險，可以無人值守，避免了采用蒸汽或導熱油加熱在節假日需要專門安排人留守管理的問題。

改為暖風機

將熱泵改為暖風機需要對熱泵做點“小手術”，將熱泵熱風機內部的疊片式氣氣換熱器取下，增加一些導流板，取消原來的后級換熱，讓廢氣只通過蒸發器后就直接排出，目的是防止原來氣密性不高的氣氣換熱器內部有少量的串風，廢氣通過間隙滲入對新風造成污染。按照上述方法對熱泵改造后，把熱泵回風口接入凹印機的總廢氣排風口，熱泵的熱風出口接入凹印企業廠房空調系統，熱泵的新風入口通過管道連通室外吸取干凈新鮮的空氣，熱泵排風口連接至煙囪。

如此一來，凹印機排出的約50℃的廢氣余熱通過熱泵蒸發器吸收后，將新風加熱到60℃左右再送入室內用于冬季取暖。由于蒸發器能吸收足夠的廢氣余熱，熱泵的制熱能效比能達到4以上，節能效果非常高。而且，通過改造后的熱泵可以將新風和廢氣完全隔離，杜絕廢氣混入凹印企業的空調系統。

通過以上改造，原來熱泵的一部分能重新發揮價值，剩余部分可折價出讓，用于其他烘干行業，為凹印企業減少投資損失。