怎样实现供热泵的节能

热泵是一种将低温物体中的热能传递至高温物体的一种装置。热泵的基本原理早在19世纪即已提出，20世纪20年代末付诸实用，40年代开始用于空调，但直至70年代以后，由于能源和环境污染问题日趋严重，才进一步受到重视，并认为是回收低温余热的主要技术之一。

在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温，但人们可以通过电能用水泵把水从低位提升到高位使用，同样可以通过电能利用热泵技术把热量从低温传递到高温，实现将低温热源提升到高温热源来使用。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象(温度较高的工质)，其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。

热泵技术的第一个特点在于它能长期地、大规模地利用江河湖海、城市污水、工业污水、土壤或空气中的低温热能。众所周知，从用透镜聚光取火到太阳能热水器，都是将低温热能提升为高温热能的方法，但是它们在地面上无法全天候运行。热泵技术突破了这种局限，可以把我们生产和生活中以及自然界通常弃之不用的低温热能提升为高温热能利用起来。显然，有了高温热源，如一台锅炉，就可以实现供热、制冷或其他工业用途，所以热泵的应用遍及各个行业和领域。

热泵技术的第二个特点在于它是世界上最节省一次能源(即煤、石油、天然气等)的供热系统。它能用少量不可再生的能源(如电能)将大量的低温热能升为高温热能。例如，电热采暖消耗1千瓦时的电，最多只能提供1千瓦时的热，而一般设计施工好的热泵系统，消耗1千瓦时的电，就可提供4千瓦时的热。例如，同样提供10千瓦时的热，采用电阻式采暖，需消耗34千瓦时的一次能源(其中包括24千瓦时千瓦时的发电与输配电损失)；采用高效率的燃油、燃气锅炉采暖，如不计算管道的热损耗，还需消耗29.1千瓦时的一次能源；而采用电热泵采暖只需消耗2.7千瓦时的电能，再加上发电与输配电损失的3.3千瓦时，总计只消耗6千瓦时的一次能源。热泵技术所消耗的一次能源仅是前两种供热方式的1/5或近1/6。

热泵技术的第三个特点在于它在一定条件下可以逆向使用，既可供热，也可用于制冷，而不必搞两套设备的投资。上海某纸业有限公司是生产高级涂布白纸板的专业企业，固定资产4亿元，1999年完成销售收入2.68亿元。公司生产的白纸板质量可替代进口产品。

该公司生产所用蒸汽由热电厂提供。纸机烘缸原采用三段通汽方式，在实际运行中存在以下问题：一是烘缸蒸汽传热效率低，造成吨纸汽耗较大；二是纸机提速困难，产量难以提高；三是纸板生产品种变化时设备故障频繁，断纸现象比较严重；四是操作和控制复杂。1997年年底该公司采用了美国一家公司的喷射热泵控制系统对原系统进行改造。项目建设期为1个月，新系统使蒸汽的热能得到了充分利用，吨纸汽耗明显下降，纸机提速20％左右，设备的维修量也大大降低。1999年纸板产量比1998年上升了70.7％，经济效益非常显著。安装热泵控制系统之后，不仅使操作和控制简单化，而且能满足生产品种的频繁变化。

改造前，汽耗为9.0109焦耳/吨纸，改造后，汽耗降低到7.5109焦耳/吨纸以下，降低了16.7％，平均每吨纸节约1.5109焦耳。1998年1月至1999年8月累计节约蒸汽143932109焦耳，年平均节约蒸汽86359109焦耳，年平均节能效益345.4万元，年减排二氧化碳达7677吨。

该项目总投资364.5万元，项目投资回收期为1.1年。

国内的造纸厂在纸机干燥部都可以安装使用这种热泵控制系统，替代现在普遍使用的多段通汽方式，不仅蒸汽热能得到充分利用，而且纸机烘缸冷凝水排出通畅，纸机运行安全可靠，这种热泵控制系统能成为企业节约能源、提高效益的得力手段。

该公司原采用三段通汽方式，这是一种串联的逆向供热系统，即蒸汽流动方向和纸页运动方向相反，每段产生的冷凝水经汽水分离器产生二次蒸汽供下一段使用，从形式上讲蒸汽得到充分利用。但在实际运行中该系统存在一个缺点，由于是串联系统，各段烘缸压差较小，所以在暖缸、纸机提速、调整车速和断纸等工况时易导致烘缸虹吸管排水不畅，使烘缸水位升高，影响传热效率，妨碍生产；另三段温度过高导致压榨后的纸面在烘缸干燥时易产生纸毛、卷曲等纸病和末级背压过高。因此原系统不仅存在蒸汽浪费现象，而且影响纸品质量和产量。

为了解决上述问题，该公司采用喷射热泵控制系统，热泵以少量高压蒸汽作为动力，高压蒸汽高速通过热泵喷嘴时产生的抽吸力(文丘利原理)将汽水分离器的二次蒸汽吸入热泵内，通过混合后获得高品位的蒸汽，重新回用于烘缸中。热泵系统的控制采用流速控制方法，并应用计算机根据纸机的生产品种，对每组烘缸的热平衡参数进行模拟计算，得到最佳的二次蒸汽流速控制参数。系统应用计算机通过调节热泵高压蒸汽阀门来控制二次蒸汽管道上的孔板，前后压差不变，从而实现二次蒸汽流量恒定，保证烘缸水位最佳，使烘缸传热效率最高，达到节约蒸汽、提高产品质量和产量的目的。

新系统具有以下特点：

(1)由于热泵的抽吸作用，能保持较高烘缸压差(可达70千帕左右)，保证虹吸管冷凝水排水畅通，达到最佳传热效率。

(2)由于控制系统可靠，烘缸表面温度可维持在控制范围之内，便于暖缸、纸机提速、调整车速和断纸等工况调节。

(3)烘缸蒸汽中不凝性气体可连续排出，可防止不凝性气体在缸内积聚造成蒸汽传热效率降低。

(4)保证湿端烘缸表面温度60℃～70℃，防止了纸病产生。同时使末端背压降低至0.11兆帕(改造前0.20兆帕)，减少排放损失。

(5)用1.25千克的蒸汽即可干燥1千克的水分。

喷射热泵控制系统能够降低蒸汽消耗，提高产量和质量，投资回收期短，节能效益十分显著。该系统采用电脑控制，自动化程度很高，操作简单，可替代目前造纸行业普遍采用的多段通汽方式，是未来纸机干燥部通汽的理想系统装置。

供热管的节能

在众多的传热元件中，热管是人们所知的最有效的传热元件之一，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可控制温度等一系列优点，将大量的热量通过很小的截面积远距离、高效地传输而无需外加动力。

由于热管换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点，已广泛应用于石油、化工、动力、交通、冶金、建材、轻工、纺织和机械等领域的高效传热设备，以及电子装置芯片冷却、笔记本电脑CPU冷却及电路控制板等的冷却。微型热管已批量化、大规模生产，工业领域余热回收用的热管换热器属非标产品，将根据各种设备规模、大小、使用情况和工艺条件的不同进行设计和制造。