工业低温循环水余热回收技术的开发与应用
钢铁企业低温循环水余热资源丰富，但利用率低，而热泵技术在这方面具有很大潜力。本文介绍了热泵技术的特点及回收循环水余热的亮点，阐述了寒冷地区采用热泵技术回收工业循环水余热在供暖中的应用及效果，具有行业引领的积极作用，经济效益及环保效应巨大。
关键词：循环水余热、热泵技术、节能
1 前言
2017年我国钢铁工业余热资源总量为8.44GJ/t钢，占吨钢可比能耗的37%。钢铁工业冷却水携带的显热为1.24GJ/t钢，占余热资源总量15%。目前大部分企业采用敞开式循环冷却水系统冷却，水温大约在15-35℃，循环水的余热回收率非常低仅为1.9%左右，存在的大量低温余热白白浪费；北方地区冬季采暖一般采用蒸汽或蒸汽换热水两种形式，存在蒸汽压力和热损失较大浪费问题。目前热泵回收循环水余热技术应用于冶金企业冬季供暖的较少，这项技术不仅能大幅度提高一次能源利用效率，而且具有污染物零排放的特点。因此，热泵节能技术的开发与应用，无论是对于北方地区的冬季供暖，还是工业的中低温余热利用都意义重大。
2 热泵技术的分类及应用
2.1 热泵技术的分类
热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的。按照驱动力的不同，热泵可以分为压缩式热泵和吸收式热泵。压缩式热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀组成，通过让工质不断完成蒸发（吸收热量）—压缩—冷凝（放出热量）—节流—再蒸发的热力循环过程，将低温热源的热量传递给热用户。吸收式热泵主要由再生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液热交换器等组成，是利用两种沸点不同的物质组成的溶液的气液平衡特性来工作的[1]。
根据热泵的热源介质来分，可分为空气源热泵和水源热泵等：空气源热泵是以空气为热源，因空气对热泵系统中的换热设备无腐蚀，理论上可在任何地区（寒冷地区可在回水管加补热器等）都可运用，因此是目前热泵技术应用多的装置；水源热泵是以热水为热源，因水源热泵的热源温度一般为15～35℃，全年基本稳定，其制热和制冷系数可达3.5-4.5，与传统的空气源热泵相比，要高出30%左右[2]。
2.2 热泵技术的应用
近年来水源热泵技术在我国取得了较快的发展，市场也日趋活跃，低温循环水余热的低品位热源可为水源热泵机组利用，大型高热泵机组技术成为关键，前景广阔。本文主要就大型、离心式水源热泵技术回收循环水余热的应用进行实例分析。
3 循环水与热泵技术结合的亮点
目前热泵在城市现实生活中的应用热源多为地下水等低位热能，换热后的供暖水温在50℃左右,对于寒冷地区很难保证供暖。需要与低温热源结合，达到满足寒冷地区对供暖热水温度的需求[3]。循环水结合热泵技术供暖的亮点。
3.1 热泵技术的局限
热泵不用吸地下水,避免了受地下水资源和含沙量的影响，同时不需要为管路和热泵的安置打很深的竖井，节省了初始投资。由于循环水具有非常好的品质和连续性，闭式循环运行稳定。
由于循环水比较清洁，无腐蚀问题，不易导致传热效果恶化；热泵如果需要清洁，也比较容易做到[1]。
3.2 解决循环水站运行存在的问题
利用循环水中的余热，降低了循环水站蒸发量，即向大气排放的热量，减小了温室效应。
降低循环水进水温度，循环水温度不需再经过冷却水塔或冷却器冷却，直接送到循环水系统中，节约循环水泵的电能。
3.3 克服原有蒸汽供暖系统的热损失
原采暖系统的蒸汽管网长、保温效果不好；同时原有的蒸汽-热水换热如管壳换热器、板式换热器等设备老化，效率过低，导致原有系统热损失率较大，采用热泵技术完全克服了原有供暖系统热损失。
4 热泵的技术特点
热泵机组性能的提高可通过提高制热系统各部件的性能来实现，也可以通过改善系统循环来实现。COP是指制热性能指数(英文Coefficiency of Performance缩写)，即制热量与输入功率的比率。即如何用低输入功率，产生高热制热量，是提高COP性能指数的关键。目前热泵的制热性能指数COP一般为3.5-4.5，采用热泵及优化运行参数可提高COP性能指数30%以上。
4.1 离心双级压缩补气增焓热泵技术
采用带经济器的二级压缩循环能较大幅度提高制热量，而功耗增加较少，因此系统性能，节果显著。经济器前节流的准二级压缩循环系统流程及压焓图如图1。压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气进入冷凝器放热，然后通过一次节流后进入经济器闪蒸，产生的中压蒸气进入中间补气孔，剩余态工质再经节流降压后进入蒸发器，在蒸发器内吸热气化后被压缩机吸气口吸人，被压缩到一定压力后，与中间补气口吸入的制冷剂混合，再进一步压缩后排出压缩机
7 结论
回收循环水余热的热泵用于北方的供热方式能较好地实现能量的梯级利用，节果显著；同时可减少循环水的蒸发损失以及对环境造成的热污染，具有良好的热力性能和社会效益。优化热泵运行参数，使热泵COP性能指数达到5.5以上，为国内领先水平，具有向同行业低温余热回收技术推广价值。
关键词：循环水余热、热泵技术、节能
1 前言
2017年我国钢铁工业余热资源总量为8.44GJ/t钢，占吨钢可比能耗的37%。钢铁工业冷却水携带的显热为1.24GJ/t钢，占余热资源总量15%。目前大部分企业采用敞开式循环冷却水系统冷却，水温大约在15-35℃，循环水的余热回收率非常低仅为1.9%左右，存在的大量低温余热白白浪费；北方地区冬季采暖一般采用蒸汽或蒸汽换热水两种形式，存在蒸汽压力和热损失较大浪费问题。目前热泵回收循环水余热技术应用于冶金企业冬季供暖的较少，这项技术不仅能大幅度提高一次能源利用效率，而且具有污染物零排放的特点。因此，热泵节能技术的开发与应用，无论是对于北方地区的冬季供暖，还是工业的中低温余热利用都意义重大。
2 热泵技术的分类及应用
2.1 热泵技术的分类
热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的。按照驱动力的不同，热泵可以分为压缩式热泵和吸收式热泵。压缩式热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀组成，通过让工质不断完成蒸发（吸收热量）—压缩—冷凝（放出热量）—节流—再蒸发的热力循环过程，将低温热源的热量传递给热用户。吸收式热泵主要由再生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液热交换器等组成，是利用两种沸点不同的物质组成的溶液的气液平衡特性来工作的[1]。
根据热泵的热源介质来分，可分为空气源热泵和水源热泵等：空气源热泵是以空气为热源，因空气对热泵系统中的换热设备无腐蚀，理论上可在任何地区（寒冷地区可在回水管加补热器等）都可运用，因此是目前热泵技术应用多的装置；水源热泵是以热水为热源，因水源热泵的热源温度一般为15～35℃，全年基本稳定，其制热和制冷系数可达3.5-4.5，与传统的空气源热泵相比，要高出30%左右[2]。
2.2 热泵技术的应用
近年来水源热泵技术在我国取得了较快的发展，市场也日趋活跃，低温循环水余热的低品位热源可为水源热泵机组利用，大型高热泵机组技术成为关键，前景广阔。本文主要就大型、离心式水源热泵技术回收循环水余热的应用进行实例分析。
3 循环水与热泵技术结合的亮点
目前热泵在城市现实生活中的应用热源多为地下水等低位热能，换热后的供暖水温在50℃左右,对于寒冷地区很难保证供暖。需要与低温热源结合，达到满足寒冷地区对供暖热水温度的需求[3]。循环水结合热泵技术供暖的亮点。
3.1 热泵技术的局限
热泵不用吸地下水,避免了受地下水资源和含沙量的影响，同时不需要为管路和热泵的安置打很深的竖井，节省了初始投资。由于循环水具有非常好的品质和连续性，闭式循环运行稳定。
由于循环水比较清洁，无腐蚀问题，不易导致传热效果恶化；热泵如果需要清洁，也比较容易做到[1]。
3.2 解决循环水站运行存在的问题
利用循环水中的余热，降低了循环水站蒸发量，即向大气排放的热量，减小了温室效应。
降低循环水进水温度，循环水温度不需再经过冷却水塔或冷却器冷却，直接送到循环水系统中，节约循环水泵的电能。
3.3 克服原有蒸汽供暖系统的热损失
原采暖系统的蒸汽管网长、保温效果不好；同时原有的蒸汽-热水换热如管壳换热器、板式换热器等设备老化，效率过低，导致原有系统热损失率较大，采用热泵技术完全克服了原有供暖系统热损失。
4 热泵的技术特点
热泵机组性能的提高可通过提高制热系统各部件的性能来实现，也可以通过改善系统循环来实现。COP是指制热性能指数(英文Coefficiency of Performance缩写)，即制热量与输入功率的比率。即如何用低输入功率，产生高热制热量，是提高COP性能指数的关键。目前热泵的制热性能指数COP一般为3.5-4.5，采用热泵及优化运行参数可提高COP性能指数30%以上。
4.1 离心双级压缩补气增焓热泵技术
采用带经济器的二级压缩循环能较大幅度提高制热量，而功耗增加较少，因此系统性能，节果显著。经济器前节流的准二级压缩循环系统流程及压焓图如图1。压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气进入冷凝器放热，然后通过一次节流后进入经济器闪蒸，产生的中压蒸气进入中间补气孔，剩余态工质再经节流降压后进入蒸发器，在蒸发器内吸热气化后被压缩机吸气口吸人，被压缩到一定压力后，与中间补气口吸入的制冷剂混合，再进一步压缩后排出压缩机
7 结论
回收循环水余热的热泵用于北方的供热方式能较好地实现能量的梯级利用，节果显著；同时可减少循环水的蒸发损失以及对环境造成的热污染，具有良好的热力性能和社会效益。优化热泵运行参数，使热泵COP性能指数达到5.5以上，为国内领先水平，具有向同行业低温余热回收技术推广价值。
