吸收式熱泵技術在工業余熱回收中的應用與前景

摘要：隨著全球能源問題的日益嚴峻，工業余熱的回收和再利用已成為提高能源效率、減少能源浪費、降低生產成本和減輕環境污染的重要途徑。吸收式熱泵技術作為一種有效的余熱回收手段，能夠在不同溫度范圍內實現高效的熱能轉移，尤其在工業領域的低溫余熱回收中顯示出顯著的優勢。詳細介紹了吸收式熱泵的工作原理及其在工業余熱回收中的應用案例，并通過實際數據分析其節能減排效果。還探討了吸收式熱泵技術的現狀和未來發展趨勢，以期該技術在更多領域的廣泛應用。

關鍵詞：吸收式熱泵技術工業余熱回收應用與前景

中圖分類號：TM621

ApplicationandProspectofAbsorptionHeatPumpTechnologyinIndustrialWasteHeatRecovery

ZHANGJianping

HantingDistrictIndustrialDevelopmentPromotionCenter，Weifang，ShandongProvince，261100China

Abstract：Withtheincreasinglysevereglobalenergyproblems，therecoveryandreuseofindustrialwasteheathasbecomeanimportantwaytoimproveenergyefficiency，reduceenergywaste，reduceproductioncostsandreduceenvironmentalpollution.Asaneffectivemeansofwasteheatrecovery，AbsorptionHeatPumptechnologycanachieveefficientheattransferindifferenttemperatureranges，especiallyshowingsignificantadvantagesinindustrialfieldoflowtemperaturewaste.TheworkingprincipleofAbsorptionHeatPumpanditsapplicationinindustrialwasteheatrecoveryareintroducedindetail，andtheeffectofenergysavingandemissionreductionisanalyzedbypracticaldata.ThecurrentsituationandfuturedevelopmenttrendofAbsorptionHeatPumptechnologyarealsodiscussed，withaviewtoitswideapplicationinmorefields.

KeyWords：AbsorptionHeatPumptechnology;Industrialwasteheatrecovery;Applicationandprospect

隨著能源問題的日益嚴重，節能減排成為我國社會經濟發展的重要課題。工業領域能源消耗巨大，余熱資源豐富，據統計，我國工業領域的余熱資源約占總能耗的30%左右。因此，充分利用工業余熱，對提高能源利用效率、減少能源浪費具有重要意義。吸收式熱泵技術作為一種有效的余熱回收方法，已在我國得到了廣泛的應用。本文將主要探討吸收式熱泵技術在工業余熱回收中的應用及其優勢。

1吸收式熱泵技術原理及特點

1.1工作原理

吸收式熱泵系統的工作原理主要基于溶液的吸收-解吸特性，以及熱力學中的朗肯循環。系統通常由發生器、吸收器、熱交換器和節流裝置組成，并伴隨著工質狀態的變化和熱量的轉移。在發生器中，工質（通常是低沸點的工作fluid）在吸收器返回的低溫溶液的作用下被加熱，發生蒸發。此時，工質的溫度和壓力上升，吸收器中的低溫溶液則被加熱并轉化為蒸汽。高溫高壓的蒸汽隨后進入熱交換器，將熱量傳遞給冷媒，蒸汽的溫度和壓力下降，變為低溫低壓的蒸汽。這一過程中，冷媒吸收熱量，溫度上升。低溫低壓的蒸汽進入吸收器，在這里它與吸收劑（通常是一種特殊的溶液，如氨水溶液）發生熱交換，釋放出熱量并被吸收劑吸收，重新變成液體狀態。吸收劑因此被濃縮，溫度上升。富液（濃縮的吸收劑）經過節流裝置節流后，壓力驟降，溫度也隨之降低，然后重新進入發生器，完成整個循環。在這個過程中，發生器和吸收器之間的工質轉移是循環進行的，而熱交換器和吸收器之間的熱量轉移則是單向進行的。這樣，吸收式熱泵系統能夠在低溫熱源和高溫熱負荷之間建立有效的熱能轉移通道，實現低溫余熱的高效回收和利用[1]。

通過上述循環，吸收式熱泵能夠將低溫熱源的熱能提升到高于環境溫度的水平，從而驅動熱泵做功，實現熱能的跨溫度級轉移。這種熱泵技術特別適合于工業余熱回收，因為它可以處理相對較低溫度的余熱，并且不需要外部能源輸入，具有很好的節能和環保效果。

1.2特點

吸收式熱泵具有以下幾個顯著的特點，使其在工業余熱回收領域具有獨特的優勢。

1.2.1高效節能，綠色環保

吸收式熱泵利用溶液的吸收-解吸特性，實現熱能的跨溫度級轉移，具有較高的能量利用效率。在低溫余熱回收中，吸收式熱泵的性能系數通常較高，這意味著它可以更有效地將低溫余熱轉化為有用的熱能。吸收式熱泵使用的工質對通常對環境友好，不會產生污染物排放。例如：氨水溶液是一種常用的工質對，它在大氣中迅速分解為氮氣和水，不會對環境造成長期影響[2]。

1.2.2穩定性好，可靠性高

吸收式熱泵系統在較大溫度和壓力范圍內都能穩定運行，對環境條件的波動具有較高的適應性。即使在工況波動較大的情況下，吸收式熱泵也能保持穩定的熱能轉移效率。吸收式熱泵可以回收不同溫度范圍的余熱，對余熱溫度的要求不像其他熱泵技術那樣嚴格。這使得吸收式熱泵能夠在多種工業過程中應用，特別是在那些余熱溫度較低的場合。吸收式熱泵系統采用相對簡單的機械結構，避免了壓縮機等高速運轉部件，從而降低了故障率和維護成本。此外，溶液的循環使用也減少了材料的消耗。

1.2.3經濟性和可再生性

雖然吸收式熱泵的初期投資相對較高，但由于其高效的能源利用和長期的運行穩定，使得其在整個使用周期內的經濟性越來越好。特別是隨著能源價格的上漲，吸收式熱泵的經濟效益更加顯著。吸收式熱泵使用的溶液可以循環再生，只需定期補充少量的新鮮溶液即可。這使得吸收式熱泵具有良好的可持續性，符合當前節能減排和綠色發展的要求[3]。

綜上所述，吸收式熱泵技術在工業余熱回收中的應用具有多方面的優勢，特別是在提高能源效率和減少環境污染方面，顯示出巨大的潛力和發展空間。

2吸收式熱泵技術在不同行業中的有效應用

2.1化工行業

化工生產過程中產生的低溫余熱較多，如合成氨、氯堿等行業。利用吸收式熱泵技術可以有效地回收這些低溫余熱，實現熱能的高效利用。以合成氨為例，采用吸收式熱泵回收低溫余熱，可以提高熱能利用效率約30%。吸收式熱泵技術在化工行業中的應用非常廣泛，主要集中在余熱回收、工藝過程加熱、制冷和空調等方面。在余熱回收方面，化工生產過程中會產生大量的廢熱，這些廢熱如果直接排放，不僅浪費能源，還可能對環境造成污染。吸收式熱泵技術可以有效地回收這些廢熱，用于工藝過程加熱或其他能源需求，從而節約能源并減少排放；在工藝過程加熱方面，一些化工過程中，需要對物料進行加熱，以達到特定的溫度要求。吸收式熱泵可以提供可靠的熱源，既可以滿足加熱需求，又能實現能源的循環利用；在制冷方面，吸收式熱泵技術不僅可以用于加熱，還可以用于制冷。在化工生產中，有時需要對物料進行冷卻，以保持其穩定性或進行下一步處理。吸收式熱泵可以提供高效的制冷解決方案；在蒸汽生成方面，吸收式熱泵技術可以用來生成蒸汽，滿足化工生產中的蒸汽需求，同時實現能源的高效利用[4]。

總之，吸收式熱泵技術在化工行業中的應用非常廣泛，可以有效地解決余熱回收、工藝過程加熱、制冷、空調等問題，實現能源的高效利用，降低生產成本，減輕環境污染。

2.2鋼鐵行業

造紙及新材料行業作為我區的重要行業，其高溫余熱較多，但低溫余熱也較為豐富。吸收式熱泵可以用于回收高爐、轉爐等工序產生的低溫余熱，用于供暖、制冷等用途。據統計，采用吸收式熱泵回收該行業低溫余熱，可以節約能源約20%。

2.3實例分析

吸收式熱泵技術在工業領域的應用非常廣泛，尤其是在處理低溫余熱方面具有顯著的優勢。以下是以吸收式熱泵技術在鑄造砂的加工行業中的應用為例，具體說明其應用情況。鑄造砂的加工過程中，砂粒在經過混合、烘干、冷卻等工藝環節后，會產生大量的余熱。這些余熱如果不能得到有效利用，不僅會浪費能源，還會對環境造成污染。而吸收式熱泵技術恰好可以解決這一問題。

以濰坊北方蘭科資源再生利用有限公司為例，該企業在鑄造砂的烘干過程中，會產生大量的熱風，這些熱風的溫度約為80℃。企業采用了吸收式熱泵技術，將這些熱風中的余熱回收，用于廠區的供暖和熱水供應。吸收式熱泵系統的工作原理是：將熱風中的熱量傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高，然后將高溫的冷卻水泵送到熱交換器中，將熱量傳遞給低溫的鑄造砂。這樣，鑄造砂的溫度升高，而冷卻水的溫度降低。冷卻水經過冷卻后，再次循環回吸收式熱泵系統中，繼續吸收熱風中的熱量。通過這種吸收式熱泵系統，企業實現了節能減排，利用吸收式熱泵技術回收余熱，可以大大降低企業的能源消耗。據企業統計，采用吸收式熱泵技術后，年節約能源約1.5×10^7kJ，年節約經濟效益約80萬元。

通過回收和再利用余熱，企業減少了熱風排放，減輕了對環境的污染；提高了生產效率，利用回收的熱能，企業可以提供廠區供暖和熱水供應，提高了員工的工作環境，提高了生產效率；產生了良好的經濟和社會效益，雖然吸收式熱泵技術的初期投資較高，但由于其長期的節能減排效果，使得企業在整個使用周期內具有良好的經濟和社會效益。綜上所述，吸收式熱泵技術在鑄造砂加工行業中的應用，充分體現了其在工業余熱回收中的優勢，為企業提供了高效、環保、經濟的解決方案。

3吸收式熱泵技術現狀與發展展望

3.1吸收式熱泵技術現狀

吸收式熱泵技術雖然具有很多優勢，但在實際應用過程中仍然面臨著一些問題和挑戰。首先，吸收式熱泵技術的制冷劑和吸收劑的選擇和優化是一個挑戰。制冷劑和吸收劑的性能直接影響熱泵的效率和可靠性；其次，吸收式熱泵技術的循環熱效率相對較低。吸收式熱泵技術的循環熱效率受到多種因素的影響，如吸收劑的性質、工作溫度、工作壓力等；第三，吸收式熱泵技術的系統穩定性和可靠性需要提高。吸收式熱泵系統中的吸收劑循環和溶液的濃度控制相對復雜，這會影響系統的穩定性和可靠性。最后，吸收式熱泵技術的投資成本和運行成本相對較高。吸收式熱泵技術需要特殊的吸收劑和材料，這會增加投資成本。

3.2吸收式熱泵技術發展與展望

吸收式熱泵技術作為一項重要的熱能轉換技術，在未來有著廣闊的發展前景。首先，隨著全球能源危機的加劇和可再生能源的重視，吸收式熱泵技術將成為連接低溫熱源與高溫熱負荷之間的橋梁，促進能源的高效利用。特別是在太陽能、地熱能等可再生能源的利用方面，吸收式熱泵技術將發揮其獨特優勢，進一步拓寬可再生能源的應用領域。其次，吸收式熱泵技術在余熱回收領域的應用也將得到更深入的探索。通過吸收式熱泵技術，可以高效回收工業生產過程中的余熱，實現能源的循環利用，降低生產成本，提高能源利用效率。特別是在高溫余熱回收方面，吸收式熱泵技術有望解決現有壓縮式熱泵技術的能效瓶頸問題。此外，吸收式熱泵技術在環保方面的優勢也將吸引更多的關注。與壓縮式熱泵技術相比，吸收式熱泵技術不使用氟利昂等對環境有害的制冷劑，具有更好的環保性能[5]。隨著環保法規的日趨嚴格，吸收式熱泵技術將成為節能減排的重要選擇。

4結語

吸收式熱泵技術在工業余熱回收中的應用具有顯著的優勢，可以有效地提高能源利用效率、減少能源浪費。雖然目前該技術在工業領域的應用仍面臨一定的挑戰，但隨著技術的不斷發展和創新，相信在不久的將來，吸收式熱泵技術將在工業余熱回收領域得到更廣泛的應用。

參考文獻

[1]杜文智，郭小虎，朱曉龍，等.吸收式熱泵技術及其研究發展介紹[J].山東化工，2020，49（16）：132，34.

[2]呂佳芮.燃氣鍋爐房吸收式熱泵回收煙氣余熱改造研究[J].能源技術與管理，2024，49（1）：150，152.

[3]葉露陽，董梁.熱泵技術在化工生產低位熱能回收中的研究應用[J].化工設計通訊，2024，50（2）：99-100，06.

[4]張虎，鞏志強.兩種熱泵回收循環水熱量的經濟性分析[J].山東電力技術，2022，49（3）：71-75.

[5]石宏巖，李艷來.基于知識圖譜對吸收式熱泵的研究概況與趨勢預測[J].內蒙古電力技術，2023，41（4）：32-40.