余熱回收梯級(jí)利用系統(tǒng)在制藥企業(yè)中的應(yīng)用

董琍梅

（河北省電力需求側(cè)管理指導(dǎo)中心 河北 石家莊 050010）

余熱回收梯級(jí)利用系統(tǒng)在制藥企業(yè)中的應(yīng)用

董琍梅

（河北省電力需求側(cè)管理指導(dǎo)中心 河北 石家莊 050010）

簡(jiǎn)要介紹了中溫余熱回收、熱泵余熱利用、高溫凝結(jié)水熱量回收的原理，并對(duì)熱泵的工作特性及節(jié)能情況進(jìn)行了分析。詳細(xì)介紹了某制藥企業(yè)余熱回收應(yīng)用的實(shí)例，在保證生產(chǎn)工藝正常運(yùn)行的情況下，不但節(jié)約了能耗，而且消除了對(duì)環(huán)境的“熱污染”。

熱泵；余熱回收；蓄熱球；相變；節(jié)能

制藥企業(yè)屬于高耗能單位，設(shè)備復(fù)雜、工藝路線較長(zhǎng)，頻繁的升溫、降溫，對(duì)冷、熱源的需求量非常大。但以目前普遍的能源供給情況看，存在著諸多不合理之處，例如高品位熱源的低級(jí)利用，像加熱溫度70-80°C的生產(chǎn)工藝仍然延續(xù)高溫蒸汽換熱。還有就是大量生產(chǎn)余熱的浪費(fèi)嚴(yán)重。例如壓縮空氣的降溫水、冷水機(jī)組循環(huán)冷卻水等所含有的熱量直接通過(guò)冷卻塔散入大氣，不僅造成熱能的浪費(fèi)，還造成了對(duì)環(huán)境的“熱污染”。

第一部分 中溫?zé)嵩?/h2>

“中溫?zé)嵩础钡母拍钍侵福ㄟ^(guò)中溫余熱回收，低溫余熱的熱泵升溫等方式得到的成本遠(yuǎn)低于高溫蒸汽的中溫?zé)嵩础Ｍㄟ^(guò)整合為工廠提供70-80°C穩(wěn)定的中溫?zé)崴?/p>

一、中溫余熱回收：

例如，1000 Nm /min空壓機(jī)采用雙級(jí)壓縮，中冷、后冷器需要將130-140 C的壓縮空氣降溫至60 C以下，為此設(shè)置兩臺(tái)翅片管換熱器，回收高溫壓縮空氣的熱量。

首先使用循環(huán)熱水提取熱量，壓空溫度從130 C降溫至95 C，降溫35 C，之后再使用常溫冷卻水將壓縮空氣降溫至60 C以下。

可供熱回收空壓機(jī)總排氣量2000Nm /min（兩級(jí)），回收熱量,制取75——85 C循環(huán)熱水1300噸/小時(shí)，蒸汽熱值按2500kJ/kg計(jì)算，空壓機(jī)回收熱量5.45*106kJ/h，折合蒸汽2.18T/h,蒸汽資費(fèi)按200元/T計(jì)算,每年可節(jié)約支出：200*2.18*24*330=345萬(wàn)元(每天24小時(shí)工作，年工作330天)。

二、熱泵余熱利用

常規(guī)制冷或熱泵系統(tǒng)遵循逆卡諾循環(huán)和熱力學(xué)第一定律。以離心制冷機(jī)為例，制取5KW冷量需要消耗1KW電能，排出6KW熱量。即制冷系數(shù)5.0，制熱能效比6.0 。當(dāng)然隨著冷熱端溫差不同，制冷系數(shù)和制熱能效比也會(huì)有變化.

下面從經(jīng)濟(jì)角度計(jì)算熱泵節(jié)能效益：

1、60 C中溫?zé)崴瑹嵩礊?2 C循環(huán)冷卻水，制熱能效比5.0

制取100KW熱量需耗電20KW，費(fèi)用13元（平均電費(fèi)按0.65元計(jì)算）

如果采用蒸汽供熱，需消耗蒸汽150公斤，費(fèi)用30元（蒸汽資費(fèi)按200元計(jì)算）

2、80 C高溫?zé)崴瑹嵩礊?2 C循環(huán)冷卻水，制熱能效比3.5

制取100KW熱量需耗電28.6KW，費(fèi)用18.6元（平均電費(fèi)按0.65元計(jì)算）如果采用蒸汽供熱，需消耗蒸汽150公斤，費(fèi)用30元（蒸汽資費(fèi)按200元計(jì)算）

由此可見(jiàn)，在生產(chǎn)工藝中采用熱泵供熱的效益還是非常可觀的。

三、高溫凝結(jié)水熱量回收

蒸汽噴射式熱泵其工作機(jī)理是利用高壓驅(qū)動(dòng)蒸汽的噴射，抽吸低壓蒸汽或凝結(jié)水閃蒸汽并將其參數(shù)提高至用戶所需要的水平。我們將這種裝置稱(chēng)為蒸汽噴射式熱泵。其工作機(jī)理與蒸汽噴射器、水噴射器相似。這種熱泵沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，可自動(dòng)調(diào)節(jié)。如圖 1所示，蒸汽噴射式熱泵由噴嘴①、吸引室②、混合室③、擴(kuò)壓室④等四個(gè)部件組成。高壓驅(qū)動(dòng)蒸汽通過(guò)噴嘴后，絕熱膨脹，壓力由PO降為Pp（Pp低于被引射蒸汽的壓力Ph）由于壓差作用，被引射的低壓蒸汽或凝結(jié)水閃蒸汽被抽吸至吸引室，兩股汽流在混合室內(nèi)混合后壓力為P3，經(jīng)擴(kuò)壓管增壓到用戶所需要的壓力Pg。

第二部分 制藥企業(yè)余熱回收應(yīng)用實(shí)例

一、余熱熱源：

1、實(shí)消發(fā)酵罐：

主要包括 30m3發(fā)酵罐 8臺(tái)，產(chǎn)生的余熱有實(shí)消高溫冷卻水（可回收溫度60——96°C，產(chǎn)生于實(shí)消降溫階段的初始 30分鐘）和實(shí)消尾汽（可回收溫度110——120°C，產(chǎn)生于實(shí)消保溫保壓階段）

2、連消發(fā)酵罐：

主要包括320m3發(fā)酵罐10臺(tái)和140m3發(fā)酵罐5臺(tái)，產(chǎn)生的余熱有連消高溫冷卻水（可回收溫度 40——50°C，產(chǎn)生于連消進(jìn)料階段）和空消尾汽（可回收溫度110——120°C，產(chǎn)生于空消保溫保壓階段）

在進(jìn)行余熱回收之前，上述熱量主要通過(guò)尾汽排空和冷卻水直接蒸發(fā)冷卻散入大氣環(huán)境，加重了環(huán)境熱污染和水資源浪費(fèi)。

二、余熱回收措施：

1、消毒尾汽：（實(shí)消尾汽和空消尾汽）

該方案分三個(gè)組成部分：罐頂消毒尾氣與正常發(fā)酵排氣分離；廢汽輸送管道；連交廢液汽水直接換熱器熱能回收。

（1）、消毒尾氣與正常發(fā)酵排氣分離

氣—汽分離的目的是把消毒尾汽與發(fā)酵排氣進(jìn)行分離，以提高廢汽利用溫度。目前，發(fā)酵用溫度較低的空氣與消毒用溫度較高的蒸汽排至同一套管道，造成混合氣體溫度和其中蒸汽的凝結(jié)溫度都顯著下降，這會(huì)大大降低它的利用價(jià)值。

氣—汽分離的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)另外敷設(shè)一套獨(dú)立的高溫尾汽管道實(shí)現(xiàn)的，各發(fā)酵罐消毒尾氣匯入集中熱回收管道輸送至連交廢液排出口。通過(guò)手動(dòng)截止閥切換控制氣、汽走向：正常發(fā)酵時(shí)，主排氣閥打開(kāi)，尾汽閥關(guān)閉；消毒操作時(shí)，主排氣閥關(guān)閉，尾汽閥打開(kāi)。

（2）、廢汽輸送管道：

為防止管道內(nèi)凝結(jié)水倒流，所有匯集管和尾氣輸送管做出5‰坡度。為避免熱力損失，所有匯集管和尾氣輸送管做保溫處理。

2、高溫冷卻水：

發(fā)酵車(chē)間目前可回收高溫冷卻水有兩種溫度：實(shí)消降溫冷卻水 60——96°C，連消高溫冷卻水40——50°C。

（1）、對(duì)60——96°C冷卻水采用蓄熱回收再利用：

相變蓄熱是依靠物質(zhì)相變過(guò)程（固－液態(tài)轉(zhuǎn)化）中必須吸收或放出大量相變潛熱的物理現(xiàn)象進(jìn)行能量的存儲(chǔ)和釋放。

相變蓄熱球是相變蓄熱產(chǎn)品和相變蓄熱應(yīng)用工程中最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。它以良好的熱傳導(dǎo)材料為載體，填充不同的相變蓄熱材料，在保持良好的相變蓄熱性能的情況下，大大方便了產(chǎn)品的安裝和工程的實(shí)施，它可廣泛應(yīng)用于各種蓄熱產(chǎn)品和場(chǎng)所，在相同的效能下，它比取代傳統(tǒng)的水蓄熱體積將縮小7倍以上。

典型的發(fā)酵實(shí)消余熱回收和再用流程如下圖8：

■ 余熱回收：高溫冷卻水由溫度控制的電動(dòng)三通閥將實(shí)消降溫過(guò)程中冷卻水的高溫部分導(dǎo)入低溫蓄熱罐（55°C）進(jìn)行儲(chǔ)存，低溫部分直接并入冷卻循環(huán)水系統(tǒng)。

■ 進(jìn)料時(shí)，通過(guò)循環(huán)泵、換熱器，將儲(chǔ)存在低溫蓄熱罐的熱量取出，對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行升溫預(yù)熱。

（2）、對(duì)40——50°C冷卻水采用塑料沉浸式換熱器直接加熱環(huán)保污水

鑒于發(fā)酵車(chē)間與環(huán)保污水距離較近，這部分較高溫度的冷卻水可以直接作為熱源加熱環(huán)保污水，冷卻水壓力高于污水，不會(huì)因換熱器泄露造成冷卻水污染。

三、經(jīng)濟(jì)效益估算：

1、實(shí)消高溫冷卻水：

每天實(shí)消30m3發(fā)酵罐六罐，實(shí)消降溫時(shí)罐溫由120 C降至78 C時(shí)間30分鐘左右，冷卻水出水溫度為96 C——60 C，通過(guò)相變蓄熱將高溫冷卻水中的熱量予以?xún)?chǔ)存，存儲(chǔ)熱量用于配料水預(yù)熱。

30m3發(fā)酵罐實(shí)消時(shí)的培養(yǎng)基重量為15噸，降溫40 C放出熱量：

15*1000 *1*40*4.2=2.52*106kJ

每天實(shí)消8罐可回收熱量2.016*107kJ，折合每天節(jié)省蒸汽：

2.016 *107÷2500÷1000=8.1噸

折合蒸汽費(fèi)用1620元(蒸汽資費(fèi)按200元計(jì)算)

年節(jié)能：53.46萬(wàn)元(年運(yùn)行330天)。

由于各發(fā)酵罐實(shí)消過(guò)程非同時(shí)進(jìn)行，每罐實(shí)消間隔大致相等，因此僅采用10 m 3蓄熱容積，滿足一個(gè)發(fā)酵罐的蓄熱需求即可。各發(fā)酵罐冷卻水回水均通過(guò)旁通管引致蓄熱罐，放出熱量、降低溫度后再匯入冷卻水回水總管。

2、消毒尾汽（實(shí)消、空消）：

根據(jù)各罐實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及頻次計(jì)算。

3、沉浸式塑料換熱器直接加熱污水：

可按連消冷卻水的水流量乘以5°C溫差計(jì)算回收熱量：

例如：平均水流量為50噸/小時(shí)，平均每天20小時(shí)，則每天回收熱量為

50*1000 *1*5*20*4.2=2.1*107kcal，折合蒸汽量8.4噸/天。年效益55.44萬(wàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

制藥企業(yè)余熱回收梯級(jí)利用的實(shí)現(xiàn)，確保生產(chǎn)工藝正常運(yùn)行的情況下，不但節(jié)約了能耗，而且消除了高品位熱源的低級(jí)利用，解決了大量生產(chǎn)余熱的嚴(yán)重浪費(fèi)，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益；并且余熱回收梯級(jí)利用系統(tǒng)在制藥企業(yè)的應(yīng)用也取得了顯著的社會(huì)效益。

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1007-6344（2017）02-0279-01