热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能, 经过电力做功, 提供可被人们所用的高品位热能的装置。其中, 高温水源热泵是高温热泵的一类, 它利用各种工业废水中的余热来制取70℃～90℃热水,能够有效提高能源利用效率, 降低企业运行成本！

那么，高温水源热泵在酸奶制品生产线节能改造中，是如何充分利用废水余热回收制取生产线所需要的高温热水呢？具体阐述如下：

1. 改造前情况

某乳制品企业的酸奶厂，在对牛乳进行巴氏消毒后，将牛乳冷却至2-4℃，首先用冷却塔进行一次冷却（图1)，然后将冷水再次冷却后，进入下一道工序。为了冷却空气压缩机的废气，冷却空气压缩机，需要用循环冷却水来冷却空气压缩机（图2）。

图1和2中所示的冷却塔一年四季都是开着的，因此37℃的冷却水可以用作废热回收的稳定热源。同时，我厂在生产工艺中的杀菌、清洁等需要，均采用了2台10吨煤气锅炉。在此基础上，提出了一种新型的酸奶生产工艺，即采用80℃的热水，在日间以2小时、夜间3小时、15~25吨的方式清洁。

2.1 方案要点

针对酸奶生产过程中产生的清洁热能，提出了采用水源热泵高温机组生产80-85℃清洁热水的节能方案。

1) 在保证连续生产的前提下，保证了系统的安全。

2) 减少了冷却塔的运营费用，使其能够更好地发挥低谷电价的作用。

3) 以奶牛为原料，采用高温热泵系统，使其出水的水温达到88℃以上，以确保热水的正常使用。

4) 系统应兼顾操作和备份性，并具备完善的自动控制体系。

5) 完备的经营战略。

2.2 热泵工作原理及方案简图

1）工作原理

首先，废水会进入水源热泵，这类废水一般都是在生产或处理时产生高温，并由水泵将废水输送至水源热泵的热交换器；

其次，通过换热器将污水中的热能传递给待加热水，并在换热的同时吸收污水中的热量，从而对工质进行加热。

然后，被加热的制冷剂经压缩机升温、加压，再经冷凝器散热，送至待加热水的新水。

最后，经膨胀阀降低了压力，使其重新进入换热系统。该工艺可连续运行，既可使污水热量得以循环使用，又可对热水进行供热。

2）方案简图

2.3 方案论述

车间每天需要200吨80度以上的热水，并设有制冷系统，将37℃的冷却水冷却至30~32℃，回收使用。本课题提出利用水源热泵热水机组回收循环水中的废热，并将其转化为80~85度的热水，并将其应用于清洁生产线。

该生产线采用间断式清洁，昼夜2小时、夜间3小时、夜间3小时，每次80℃的热水每次使用15吨，每天可使用25吨80℃的热水。根据峰谷电价政策，采用“高温热泵机组+蓄热水箱”相结合的节能技术方案。

3负荷计算，设备选择和操作对策

3.1 负荷计算

全天清洗10次，5次需25吨热水，5次需15吨热水，热水水温不能低于80℃，进水温度25℃。在一天内，每天要清洗200吨的热水，需使用高温源热泵（包括高温热泵，食品级的板式换热器，储热器）10小时，产生200吨80-85摄氏度的热水。

结果表明，该系统每小时耗热量为20×1.163×（80-25) Wh/h，即1279.3 Wh。

3.2 高温热泵选型

项目选用高温水源热泵机组2台，备用机组1台。单台热泵产热容量为10吨，80~85℃，24小时内可生产80~85℃热水240 t。

3.3 运行策略

夜间23点开启至次日早晨9点, 每小时制取20t80~85℃热水；设储热罐2座，容积100吨，90吨；将90 t储热罐分成上下两层，上部容积为20吨，下部容积70吨；100吨储罐上部20吨，下部80吨。

该系统在运行1小时后，储水器上部的储水量将达到20 t 80-85℃，这时，根据回水温降至83℃，将其自动卸出并关闭。此时，利用温度计打开隔板上的阀门，使热水进入储热罐底部，并将阀门闭合。上段为25℃水处理段的冲洗水，开启高温水源热泵，对此段清洗水进行持续加热。手动打开连接下部水箱的热水管线泵对流水线进行冲洗，需要15吨热水，储热罐下层还有5吨80-85度的热水。这样，在储热罐内存有90吨热水时，将其转换为100吨的储热罐进行储热。第一天，该系统连续工作11小时，累计产生220-85度热水，确保了清洁用水的安全性。

4 系统自动化控制要求

1)利用冷凝器侧的回水温，实现对热泵系统的负载进行自动调整，保证了系统的生产用水。

2)按照水箱上部温度感应装置及水位开关，对隔墙阀门进行开闭。

3)对循环泵的流量调整作用进行了自动调整。

4) 定压力变频操作用于洗涤的热水泵。

5)具有网络自动补充和保持压力的作用。

6)对计算机室内主要监测点进行温、压、流、液位及水泵运行状态的监测、采集和存储。

5 节能效益分析

5.1 系统造价 (表1)

5.2 经济效益

天然气每立方米4.8元，煤气锅炉的热效率为90%，热值为8600大卡。

阶段性电价：峰值电力价格为0.8924元/千瓦时；每度 Wh0.5377元；低谷用电为0.2649元/度 Wh.

从23:00—9:00，该系统可累积产生200 t 80-85℃的热水，以满足夜间清洁需求，并为高峰时段供电。

日清洗量为200吨80度的热水，一天的总负荷为12793 Wh。

项目选用高温水源热泵在将25℃的洗涤水加热至80℃后，其平均 COP为4.2。那么，生产200吨80度的清洗热水的耗电为12793/4.2=3046度。

水泵功率：55×10000 Wh；

那么，该系统的总耗电量就是：3046/550=3596 Wh。

高温水源热泵系统总电费分为两部分:平时电价3 5 9 6×2 0%×0.5377=387元;低谷电价3596×80%×0.2649=762元；改水源热泵高温机组制取热水系统总电费:387+762=1149元。

如果用原来的煤气锅炉来供应，那么天然气的热值为8600 kcal=8600×1.163/1000=10千 Wh，而燃气锅炉的效率为0.9，那么200 t 80℃热水所需的天然气为12793/10/0.9=1421.4m3，即：1421.4×4.8=6965元。

因此, 水源热泵高温机组系统比燃气锅炉, 每天节省费用:6965-1149=5816元, 每年节省:5816×300天=174.48万元。

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