热泵再利用助凹印生产节能减排

林建东

2014年至今，许多凹印企业为凹印设备安装了热泵，在使用过程中收到了良好的节能效果。由于当前国家对VOCs排放的强力管制，凹印企业又需要引入新技术来实现VOCs减排，通过多年探索，高温热解VOCs技术可作为主流技术方向。但事实上，不管采取哪种热解技术，所伴随的都是大量烟气余热的产生，这部分烟气余热大大超过了凹印行业所需的烘干热能。所以，对于企业用热来说，只要想办法将烟气余热转换成适用于烘干或其他使用即可。这样一来，热泵就变得多余，因为不管热泵的制热能效比有多高，运行起来都需要耗电，关键是无法解决VOCs减排的问题。凹印企业既然已经投资热泵，如果将其全部作废，实在太过可惜。根据凹印企业的用热情况，其实仍然可以让热泵继续发挥作用，最起码将其部分价值利用起来，让投资损失降低到最低。

由于目前应用于凹印行业的有机废气热解技术尚处于探索阶段，现阶段最符合凹印企业利益的做法是实现进一步的节能减排，并为未来VOCs的彻底治理做好准备。这里提到的“减排”，是指减少VOCs的末端排放量，以减少凹印企业的VOCs排污处罚额度。如果有些凹印企业在未来一段时间内还没有计划安装VOCs治理设备，但又希望降低废气排放量并实现节能，可以尝试对原来已经投资的热泵进行改造，再配合新的节能减排设备，重新发挥热泵的价值。

主要有三个方向，一是给凹印机ESO系统或LEL系统的新风加热；二是熟化室改造；三是改为暖风机用于冬季取暖。

与凹印机节能减排系统的配合使用

以一台安装了热泵的8色凹印机为例，工况为：原总排风量为26000m3/ h，包括通过热泵新风口进入的新风20000m3/h和通过烘箱负压进入的新风6000m3/h，热泵压缩机功率为50kW。

1.与凹印机LEL系统的配合使用

在凹印机上安装LEL系统，对热泵进行再改造后，总排风量下降至8000m3/h，包括通过有组织进入的新风2000m3/h，通过烘箱负压无组织进入的新风6000m3/h。加热新风从原来的20000m3/h下降至2000m3/h，相当于通过有组织进入的新风加热量减少了90%。原来采用8台热泵，如今只需要1台再加上适量电辅加热就可以满足新风预热和精确调温的需求。热泵的任务就是将总新风预热到接近工艺的温度，待新风进入烘箱内循环后，余下部分温差采用LEL系统的电热管进行最后的精确调整。

2.与凹印机ESO系统的配合使用

在凹印机上安装ESO系统，对热泵进行再改造后，由于烘箱内的气压平衡可以控制在临界状态，总排风量甚至可以下降至5000m3/h，包括通过有组织进入的新风2000m3/h，通过烘箱负压无组织进入的新风3000m3/ h。加热新风从原来的20000m3/h下降至2000m3/h，原理和取得的效果和热泵与凹印机LEL系统配合使用的情况相同。

3.能耗对比

对热泵改造后，通过公式计算可对比LEL系统和ESO系统采用全部电加热与热泵配合电加热之间的能耗，热泵的平均制热能效比按3.5计算。

（1）热泵配合LEL系统前后加热能耗计算

LEL系统有组织新风电加热的功率为：（2000/20000）m3/h×50kW×3.5=17.50kW

LEL系统有组织新风热泵加热的功率为：（2000/20000）m3/h×50kW=5.00kW

LEL系统无组织新风电加热的功率为：（6000/20000）m3/h×50kW×3.5=52.50kW

（2）热泵配合ESO系统前后加热能耗计算

ESO系统有组织新风电加热的功率为：（2000/20000）m3/h×50kW×3.5= 17.50kW

ESO系统有组织新风热泵加热的功率为：（2000/20000）m3/h×50kW=5.00kW

ESO系统无组织新风电加热的功率为：（3000/20000）m3/h×50kW×3.5=26.25kW

能耗结果如表1所示。在凹印设备上安装LEL系统或ESO系统后，如果再采用热泵对有组织进入的新风进行加热，可以进一步实现节能。值得一提的是，由于热泵内空气流道没有参与LEL系统或ESO系统内的空气循环，所以热泵内部的换热器风阻不会对能耗带来影响。

用于熟化室加热

一台5.50kW的印刷机热泵可以满足北方地区30m2或南方地区45m2的制热需要，将热泵的热风出风口和回风口接入熟化室，用三通管的其中两个接头将热泵新风口与排风口连通，三通管的另一个接头安装调节风阀，这样熟化室与热泵之间就形成了闭环循环，可以通过调节三通管上的风阀开合度进行少量换气。

实践证明，热泵用于熟化室加热是最合适不过的，比电热管或红外线灯加热节能70%以上，而且热风加热均匀，更不会产生过热而损坏产品，更没有火灾风险，可以无人值守，避免了采用蒸汽或导热油加热在节假日需要专门安排人留守管理的问题。

改为暖风机

将热泵改为暖风机需要对热泵做点“小手术”，将热泵热风机内部的叠片式气气换热器取下，增加一些导流板，取消原来的后级换热，让废气只通过蒸发器后就直接排出，目的是防止原来气密性不高的气气换热器内部有少量的串风，废气通过间隙渗入对新风造成污染。按照上述方法对热泵改造后，把热泵回风口接入凹印机的总废气排风口，热泵的热风出口接入凹印企业厂房空调系统，热泵的新风入口通过管道连通室外吸取干净新鲜的空气，热泵排风口连接至烟囱。

如此一来，凹印机排出的约50℃的废气余热通过热泵蒸发器吸收后，将新风加热到60℃左右再送入室内用于冬季取暖。由于蒸发器能吸收足够的废气余热，热泵的制热能效比能达到4以上，节能效果非常高。而且，通过改造后的热泵可以将新风和废气完全隔离，杜绝废气混入凹印企业的空调系统。

通过以上改造，原来热泵的一部分能重新发挥价值，剩余部分可折价出让，用于其他烘干行业，为凹印企业减少投资损失。