基于熱能循環利用的熱水驅動吸收式制冷技術應用

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作者簡介：范豐濤，碩士；研究方向：節能減排環保、精益持續改善、新技術開發應用、數智化轉型等。

關鍵詞：低溫余熱；吸收式熱泵；制冷；運行；技術經濟性能中圖分類號：TS78 文獻標識碼：A DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2025.08.022

Application of Hot Water-driven Absorption Refrigeration Technology Based on Heat Energy Recycling

FAN Fengtao（AsiaSymbol（Shandong） PulpandPaperCo.，Ltd.，Rizhao，ShandongProvince，276800）（E-mail：fengtao_fan@asiasymbol.com）

Abstract：Toaddressthegheergcosumtionadcarbonemissisinthepapeakingprocs，thistudyproposdalowpeature refrigerationtechologbasedoneatrecoveryusingwastehatwater-drivenabsorptonatpumps.Troughin-depthanalysisofactualengineeringoperatiodtafroaniceatersteretroftdinpapeakigplant，eoperatioalharacteristicsdtchococi bilityofesteatwatednlowempearefrigeratiotodspmntreprestedAcodngtoeuation it wasestimatedthat185Otonsofsteamcouldbesavedanuall，generatingananualrevenueofapproximately2.71mlioyan. Additionally，CO ^-2 emissions would be reduced by 23 OOO tons，demonstrating significant emission reduction benefits. Key words：low-temperature waste heat；absorption heat pump；refrigeration；operation;techno-economic performance

為應對氣候變化，我國制定了“2030碳達峰、2060碳中和”的戰略規劃，這一重大決策標志著能源體系將向清潔低碳綠色發展方向深度變革。在傳統制造業中，制漿造紙產業因其顯著的能源消耗與污染排放特征，面臨綠色轉型需求，亟需通過技術創新實現產業升級。作為工業節能的重要方向之一，低溫余熱回收在造紙領域具有良好的應用價值，其有效利用對降低生產碳排放具有重要作用，但在實際推廣中仍面臨技術瓶頸與管理難題2]。

制漿造紙生產過程中主要存在4類余熱資源：① 紙和紙板、漿板干燥環節中，烘箱設備排出的廢熱氣流（溫度多低于 100^°C ）； ② 蒸汽系統或換熱器冷卻過程中，冷凝水及送冷卻水的循化水攜帶大量熱能； ③ 制漿漂白等工序排放的中溫廢水 75°C 蘊含可觀熱值； ④ 堿回收蒸發工段的污冷凝水。

以上余熱普遍處于 120^°C 以下的低品位狀態，若直接排放不僅會造成能源浪費，極易形成白霧，還會加劇環境壓力，產生安全風險。在實際工業應用中，如何選擇適配技術并與現有工藝系統有效整合仍是亟待突破的難點?；谝陨媳尘?，本研究聚焦造紙行業低溫余熱特性，創新性地開發了基于余熱水驅動的吸收式制冷系統，并從技術可行性與經濟效益2個維度開展系統評估。

1低溫余熱水驅動吸收式制冷技術原理

低溫余熱水驅動吸收式制冷技術以 70～150C 的低溫余熱水作為驅動熱源，通過溴化鋰溶液的濃度差實現熱力學循環，替代傳統高品位熱能輸入，實現工業廢熱的分級利用，低溫余熱水驅動吸收式制冷技術原理見圖1。系統核心裝置由4個熱交換單元構成：蒸發單元、吸收單元、再生單元和冷凝單元，通過熱力循環將余熱轉化為制冷效應，可為用戶提供 7°C 以上的工藝冷源。

2系統構成與工作流程

低溫余熱水驅動吸收式制冷機組的熱交換單元以用戶提供的余熱作為驅動力，通過熱交換單元對用戶的冷水降溫，從而實現制冷（熱）的設備，低溫余熱水驅動吸收式制冷機組的構成見圖2。

2.1 蒸發單元

液態冷媒水經節流閥降壓后，在蒸發器內發生相變吸熱過程，通過汽化潛熱將用戶端循環水溫度由23^°C 降至 16^°C 輸出。相變后的冷媒蒸汽經導流裝置輸送至吸收單元。

2.2 吸收單元

高濃溴化鋰溶液在吸收器中通過表面吸附作用捕獲冷媒蒸汽，溶液濃度降低的同時釋放相變潛熱。稀釋后的溶液經輸送泵加壓進入再生單元，構成溶液循環系統的低壓側回路。

2.3 再生單元

稀溶液在發生器內經余熱介質加熱后，分離出冷媒蒸汽并恢復溶液濃度。驅動熱源溫度達到溶液沸點以上，通常維持在 70^°C 以上，熱源溫度與解吸效率呈正相關。再生后的高濃溶液返回吸收器形成濃度梯度驅動。

2.4冷凝單元

來自再生單元的高溫冷劑蒸汽，在冷凝器中經外部冷卻水降溫后相變為液態，從而完成工質的相態循環。冷卻水系統需配置降溫裝置以維持熱交換效率，其典型溫升幅度應控制在設計工況范圍內。

3低溫余熱水驅動吸收式制冷技術的優勢

低溫余熱水驅動吸收式制冷機，是以水為制冷劑，以溴化鋰水溶液為吸收劑的吸收式制冷機。這種制冷機的工質無毒、無味、無爆炸危險，能以如廢汽、熱水、物料熱等低溫熱源作為動力，生產工藝安全、節能，已在空調工程和需要低溫水的生產工藝中廣泛應用。相較于傳統壓縮式制冷機，其核心優勢體現在以下4方面。

3.1 能量利用

可有效回收 區間低品位余熱，顯著降低電能消耗，在電力緊缺區域具有特殊的應用價值。

3.2 環保效益

采用水作為制冷劑，可完全避免氟利昂類物質的環境危害，符合可持續制冷技術要求。

3.3 系統適應性

配置模塊化設計，制冷量范圍覆蓋 200～5000kW 可滿足不同規模工業場景需求。

3.4運行經濟性

已形成成熟的國產化技術體系，設備維護成本較進口機組降低 40% 以上。該技術自21世紀初在國內工業化應用以來，已在鋼鐵冶煉、化工生產等余熱富集領域實現規模化應用。當前主流機型制冷性能系數（COP）值可達0.7～1.2，尤其適用于中央空調系統及工藝冷卻水制備場景。隨著余熱回收標準的提升，該技術正朝著多級循環、溶液添加劑改良等方向持續優化發展。

圖1低溫余熱水驅動吸收式制冷技術原理

Fig.1Principle of low-temperature waste hot water driven absorption refrigeration technology

圖2低溫余熱水驅動吸收式制冷機組的構成

4典型應用場景與案例分析

4.1基本情況

以某漿紙公司為例，利用蒸氣型制冷機加熱介質， 90～98°C 蒸汽冷凝水全部回收到CPU車間，冷卻水經冷卻塔降溫后，通過混床處理，再由泵送回鍋爐循環利用。CPU車間蒸汽冷凝水量為 500t/h 。

該項自利用熱水型溴化鋰吸收式制冷技術，回收廠區內現有蒸汽冷凝水（ 90～98°C ），替代原有蒸汽型制冷機，驅動熱水型制冷機組，制取 7°C 冷水，為二氧化氯的制備及空調系統提供冷媒，由此充分回收蒸汽凝水、工藝廢水中的熱量，可以完全替代原來蒸汽機組驅動蒸汽的消耗，一定程度上節省蒸汽加熱費用和冷卻循環水塔的運行費用。圖3為低溫余熱吸收式制冷機組車間實物照片。

該項目通過回收CPU車間 500t/h ， 90～98°C 蒸汽冷凝水余熱，驅動熱水型制冷機組，制備 7^°C 冷水，用于二氧化氯冷卻降溫，實現原化學品車間及新建二氧化氯車間冰水機節能改造。該機組冰水產能 550t/h 溫度 （7.0±0.5）^°C ，可在蒸汽冷凝水量 135～550t/h 調節;適用環境為環境溫度 5～40^°C ，相對濕度 ≤85% ，循環水出水溫度 31～32^°C （化學品循環水站）。

圖3低溫余熱吸收式制冷機組車間實物照片

Fig.3Physical photos of low-temperature waste heat absorption refrigeration unit workshop

4.2技術原理

該公司回收的蒸汽冷凝水約 90°C ，冷凝水被泵送到熱水型溴化鋰吸收式制冷機，制取 7～8°C 冷凍水，用于化學品車間二氧化氯吸收過程的冷卻降溫，以及電氣控制室和辦公樓的空調系統。技術原理圖見圖4。

圖4冷凍機組工藝流程圖

Fig.4Processflowchartof the refrigerationunit

4.3冷凝水回用余熱利用

該公司制漿和造紙干燥等用蒸汽加熱后，各路蒸汽冷凝水被集中收集到CPU車間，溫度約 90～98^°C 先經過機械過濾器去除雜質，再通過換熱器降溫至約 （部分高溫冷凝水經冷卻水塔輔助冷卻），隨后進入混床處理系統（控制溫度 45^°C ），處理后的冷凝水經加熱換熱器升溫到 75～80^°C ，待電導率合格后泵送至堿回收爐作為鍋爐給水，不足部分由鹽水補充。圖5為冷凝水回用余熱利用系統圖。

該項目充分利用回收的蒸汽冷凝水（初始溫度90～98^°C ）作為熱源驅動熱水型冷凍機組代替原來的蒸汽型冷凍機組，該蒸汽冷凝水經過驅動做功后，溫度降至 ，避免了和冷卻水塔的換熱。不僅實現了用熱水替代水蒸汽制取冷凍水，同時降低了冷卻水塔的電耗等運行費用。

4.4系統的技術經濟性評價

2022年10月份改造后，該廠利用冷凝水余熱替代蒸汽項目，改造前后的技術性能參數對比見表1。

圖5冷凝水回用余熱利用系統圖

Fig.5Diagram of condensate reuse waste heat utilization system diagram

表1改造前后的技術指標、運行參數、使用性能等對比分析

Table1Comparative analysis of technical indicators，operating parameters，performance in use，etc. beforeand after the transformation

由表1可知，投入使用后效果顯著，每小時可節省蒸汽 13.75t ，2臺機組共節省 27.5t ，按照年運行 8400h 負荷率 80% 計算，每年可節省蒸汽18.5萬t，有效地解決了蒸汽緊張問題，同時避免了回收冷凝水需要進行混床（樹脂要求降溫到約 45^°C ）處理冷卻問題，冷卻水塔電負荷節約了 300kWh ，水的飄損年節約4800t ，年可節省蒸汽18.5萬t，蒸汽單價為112元/t，年收益約2072萬元，節約標煤 8646t ，減少 CO₂ 排放量2.3萬 t ，減少 SO₂ 排放量 73t ，減少NO排放量63t ，減排效益明顯。

5結論

本課題以某制漿造紙企業化學品工段的二氧化氯冷卻系統為研究對象，系統評估了 80～95°C 蒸汽冷凝液的熱能回收潛力。創新性地引入低品位余熱驅動的吸收式制冷裝置替代傳統蒸汽型溴化鋰機組，經生產實踐驗證，改造后的系統在能效指標上顯著提升，運營成本降幅達 32% ，項目投資回收周期縮短至原方案的 65% 。技術革新后，該廠區綜合能源利用率提升19.6% ，兼具顯著的經濟效益與環境效益。同時，為企業擴大產能貢獻出約 年標煤能耗指標。

除上述技術外，建議造紙企業構建多維度熱能梯級利用技術，具體可實施路徑包括：開發基于有機朗肯循環的余熱發電模塊，構建熱泵-制冷復合式能源站，以及建立多熱源耦合的智能供熱網絡。重點攻關方向聚焦于跨介質傳熱強化技術、多能流動態匹配算法及自適應控制系統研發，通過建立熱能管理數字孿生平臺，實現系統能效提升 15%～20% 、運行穩定性提高 30% 的技術突破，切實推動清潔生產轉型，助力國家雙碳戰略目標達成。

參考文獻

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（責任編輯：呂子露）