吸收式热泵技术在工业余热回收中的应用与前景

摘要：随着全球能源问题的日益严峻，工业余热的回收和再利用已成为提高能源效率、减少能源浪费、降低生产成本和减轻环境污染的重要途径。吸收式热泵技术作为一种有效的余热回收手段，能够在不同温度范围内实现高效的热能转移，尤其在工业领域的低温余热回收中显示出显著的优势。详细介绍了吸收式热泵的工作原理及其在工业余热回收中的应用案例，并通过实际数据分析其节能减排效果。还探讨了吸收式热泵技术的现状和未来发展趋势，以期该技术在更多领域的广泛应用。

关键词：吸收式热泵技术工业余热回收应用与前景

中图分类号：TM621

ApplicationandProspectofAbsorptionHeatPumpTechnologyinIndustrialWasteHeatRecovery

ZHANGJianping

HantingDistrictIndustrialDevelopmentPromotionCenter，Weifang，ShandongProvince，261100China

Abstract：Withtheincreasinglysevereglobalenergyproblems，therecoveryandreuseofindustrialwasteheathasbecomeanimportantwaytoimproveenergyefficiency，reduceenergywaste，reduceproductioncostsandreduceenvironmentalpollution.Asaneffectivemeansofwasteheatrecovery，AbsorptionHeatPumptechnologycanachieveefficientheattransferindifferenttemperatureranges，especiallyshowingsignificantadvantagesinindustrialfieldoflowtemperaturewaste.TheworkingprincipleofAbsorptionHeatPumpanditsapplicationinindustrialwasteheatrecoveryareintroducedindetail，andtheeffectofenergysavingandemissionreductionisanalyzedbypracticaldata.ThecurrentsituationandfuturedevelopmenttrendofAbsorptionHeatPumptechnologyarealsodiscussed，withaviewtoitswideapplicationinmorefields.

KeyWords：AbsorptionHeatPumptechnology;Industrialwasteheatrecovery;Applicationandprospect

随着能源问题的日益严重，节能减排成为我国社会经济发展的重要课题。工业领域能源消耗巨大，余热资源丰富，据统计，我国工业领域的余热资源约占总能耗的30%左右。因此，充分利用工业余热，对提高能源利用效率、减少能源浪费具有重要意义。吸收式热泵技术作为一种有效的余热回收方法，已在我国得到了广泛的应用。本文将主要探讨吸收式热泵技术在工业余热回收中的应用及其优势。

1吸收式热泵技术原理及特点

1.1工作原理

吸收式热泵系统的工作原理主要基于溶液的吸收-解吸特性，以及热力学中的朗肯循环。系统通常由发生器、吸收器、热交换器和节流装置组成，并伴随着工质状态的变化和热量的转移。在发生器中，工质（通常是低沸点的工作fluid）在吸收器返回的低温溶液的作用下被加热，发生蒸发。此时，工质的温度和压力上升，吸收器中的低温溶液则被加热并转化为蒸汽。高温高压的蒸汽随后进入热交换器，将热量传递给冷媒，蒸汽的温度和压力下降，变为低温低压的蒸汽。这一过程中，冷媒吸收热量，温度上升。低温低压的蒸汽进入吸收器，在这里它与吸收剂（通常是一种特殊的溶液，如氨水溶液）发生热交换，释放出热量并被吸收剂吸收，重新变成液体状态。吸收剂因此被浓缩，温度上升。富液（浓缩的吸收剂）经过节流装置节流后，压力骤降，温度也随之降低，然后重新进入发生器，完成整个循环。在这个过程中，发生器和吸收器之间的工质转移是循环进行的，而热交换器和吸收器之间的热量转移则是单向进行的。这样，吸收式热泵系统能够在低温热源和高温热负荷之间建立有效的热能转移通道，实现低温余热的高效回收和利用[1]。

通过上述循环，吸收式热泵能够将低温热源的热能提升到高于环境温度的水平，从而驱动热泵做功，实现热能的跨温度级转移。这种热泵技术特别适合于工业余热回收，因为它可以处理相对较低温度的余热，并且不需要外部能源输入，具有很好的节能和环保效果。

1.2特点

吸收式热泵具有以下几个显著的特点，使其在工业余热回收领域具有独特的优势。

1.2.1高效节能，绿色环保

吸收式热泵利用溶液的吸收-解吸特性，实现热能的跨温度级转移，具有较高的能量利用效率。在低温余热回收中，吸收式热泵的性能系数通常较高，这意味着它可以更有效地将低温余热转化为有用的热能。吸收式热泵使用的工质对通常对环境友好，不会产生污染物排放。例如：氨水溶液是一种常用的工质对，它在大气中迅速分解为氮气和水，不会对环境造成长期影响[2]。

1.2.2稳定性好，可靠性高

吸收式热泵系统在较大温度和压力范围内都能稳定运行，对环境条件的波动具有较高的适应性。即使在工况波动较大的情况下，吸收式热泵也能保持稳定的热能转移效率。吸收式热泵可以回收不同温度范围的余热，对余热温度的要求不像其他热泵技术那样严格。这使得吸收式热泵能够在多种工业过程中应用，特别是在那些余热温度较低的场合。吸收式热泵系统采用相对简单的机械结构，避免了压缩机等高速运转部件，从而降低了故障率和维护成本。此外，溶液的循环使用也减少了材料的消耗。

1.2.3经济性和可再生性

虽然吸收式热泵的初期投资相对较高，但由于其高效的能源利用和长期的运行稳定，使得其在整个使用周期内的经济性越来越好。特别是随着能源价格的上涨，吸收式热泵的经济效益更加显著。吸收式热泵使用的溶液可以循环再生，只需定期补充少量的新鲜溶液即可。这使得吸收式热泵具有良好的可持续性，符合当前节能减排和绿色发展的要求[3]。

综上所述，吸收式热泵技术在工业余热回收中的应用具有多方面的优势，特别是在提高能源效率和减少环境污染方面，显示出巨大的潜力和发展空间。

2吸收式热泵技术在不同行业中的有效应用

2.1化工行业

化工生产过程中产生的低温余热较多，如合成氨、氯碱等行业。利用吸收式热泵技术可以有效地回收这些低温余热，实现热能的高效利用。以合成氨为例，采用吸收式热泵回收低温余热，可以提高热能利用效率约30%。吸收式热泵技术在化工行业中的应用非常广泛，主要集中在余热回收、工艺过程加热、制冷和空调等方面。在余热回收方面，化工生产过程中会产生大量的废热，这些废热如果直接排放，不仅浪费能源，还可能对环境造成污染。吸收式热泵技术可以有效地回收这些废热，用于工艺过程加热或其他能源需求，从而节约能源并减少排放；在工艺过程加热方面，一些化工过程中，需要对物料进行加热，以达到特定的温度要求。吸收式热泵可以提供可靠的热源，既可以满足加热需求，又能实现能源的循环利用；在制冷方面，吸收式热泵技术不仅可以用于加热，还可以用于制冷。在化工生产中，有时需要对物料进行冷却，以保持其稳定性或进行下一步处理。吸收式热泵可以提供高效的制冷解决方案；在蒸汽生成方面，吸收式热泵技术可以用来生成蒸汽，满足化工生产中的蒸汽需求，同时实现能源的高效利用[4]。

总之，吸收式热泵技术在化工行业中的应用非常广泛，可以有效地解决余热回收、工艺过程加热、制冷、空调等问题，实现能源的高效利用，降低生产成本，减轻环境污染。

2.2钢铁行业

造纸及新材料行业作为我区的重要行业，其高温余热较多，但低温余热也较为丰富。吸收式热泵可以用于回收高炉、转炉等工序产生的低温余热，用于供暖、制冷等用途。据统计，采用吸收式热泵回收该行业低温余热，可以节约能源约20%。

2.3实例分析

吸收式热泵技术在工业领域的应用非常广泛，尤其是在处理低温余热方面具有显著的优势。以下是以吸收式热泵技术在铸造砂的加工行业中的应用为例，具体说明其应用情况。铸造砂的加工过程中，砂粒在经过混合、烘干、冷却等工艺环节后，会产生大量的余热。这些余热如果不能得到有效利用，不仅会浪费能源，还会对环境造成污染。而吸收式热泵技术恰好可以解决这一问题。

以潍坊北方兰科资源再生利用有限公司为例，该企业在铸造砂的烘干过程中，会产生大量的热风，这些热风的温度约为80℃。企业采用了吸收式热泵技术，将这些热风中的余热回收，用于厂区的供暖和热水供应。吸收式热泵系统的工作原理是：将热风中的热量传递给冷却水，使冷却水温度升高，然后将高温的冷却水泵送到热交换器中，将热量传递给低温的铸造砂。这样，铸造砂的温度升高，而冷却水的温度降低。冷却水经过冷却后，再次循环回吸收式热泵系统中，继续吸收热风中的热量。通过这种吸收式热泵系统，企业实现了节能减排，利用吸收式热泵技术回收余热，可以大大降低企业的能源消耗。据企业统计，采用吸收式热泵技术后，年节约能源约1.5×10^7kJ，年节约经济效益约80万元。

通过回收和再利用余热，企业减少了热风排放，减轻了对环境的污染；提高了生产效率，利用回收的热能，企业可以提供厂区供暖和热水供应，提高了员工的工作环境，提高了生产效率；产生了良好的经济和社会效益，虽然吸收式热泵技术的初期投资较高，但由于其长期的节能减排效果，使得企业在整个使用周期内具有良好的经济和社会效益。综上所述，吸收式热泵技术在铸造砂加工行业中的应用，充分体现了其在工业余热回收中的优势，为企业提供了高效、环保、经济的解决方案。

3吸收式热泵技术现状与发展展望

3.1吸收式热泵技术现状

吸收式热泵技术虽然具有很多优势，但在实际应用过程中仍然面临着一些问题和挑战。首先，吸收式热泵技术的制冷剂和吸收剂的选择和优化是一个挑战。制冷剂和吸收剂的性能直接影响热泵的效率和可靠性；其次，吸收式热泵技术的循环热效率相对较低。吸收式热泵技术的循环热效率受到多种因素的影响，如吸收剂的性质、工作温度、工作压力等；第三，吸收式热泵技术的系统稳定性和可靠性需要提高。吸收式热泵系统中的吸收剂循环和溶液的浓度控制相对复杂，这会影响系统的稳定性和可靠性。最后，吸收式热泵技术的投资成本和运行成本相对较高。吸收式热泵技术需要特殊的吸收剂和材料，这会增加投资成本。

3.2吸收式热泵技术发展与展望

吸收式热泵技术作为一项重要的热能转换技术，在未来有着广阔的发展前景。首先，随着全球能源危机的加剧和可再生能源的重视，吸收式热泵技术将成为连接低温热源与高温热负荷之间的桥梁，促进能源的高效利用。特别是在太阳能、地热能等可再生能源的利用方面，吸收式热泵技术将发挥其独特优势，进一步拓宽可再生能源的应用领域。其次，吸收式热泵技术在余热回收领域的应用也将得到更深入的探索。通过吸收式热泵技术，可以高效回收工业生产过程中的余热，实现能源的循环利用，降低生产成本，提高能源利用效率。特别是在高温余热回收方面，吸收式热泵技术有望解决现有压缩式热泵技术的能效瓶颈问题。此外，吸收式热泵技术在环保方面的优势也将吸引更多的关注。与压缩式热泵技术相比，吸收式热泵技术不使用氟利昂等对环境有害的制冷剂，具有更好的环保性能[5]。随着环保法规的日趋严格，吸收式热泵技术将成为节能减排的重要选择。

4结语

吸收式热泵技术在工业余热回收中的应用具有显著的优势，可以有效地提高能源利用效率、减少能源浪费。虽然目前该技术在工业领域的应用仍面临一定的挑战，但随着技术的不断发展和创新，相信在不久的将来，吸收式热泵技术将在工业余热回收领域得到更广泛的应用。

参考文献

[1]杜文智，郭小虎，朱晓龙，等.吸收式热泵技术及其研究发展介绍[J].山东化工，2020，49（16）：132，34.

[2]吕佳芮.燃气锅炉房吸收式热泵回收烟气余热改造研究[J].能源技术与管理，2024，49（1）：150，152.

[3]叶露阳，董梁.热泵技术在化工生产低位热能回收中的研究应用[J].化工设计通讯，2024，50（2）：99-100，06.

[4]张虎，巩志强.两种热泵回收循环水热量的经济性分析[J].山东电力技术，2022，49（3）：71-75.

[5]石宏岩，李艳来.基于知识图谱对吸收式热泵的研究概况与趋势预测[J].内蒙古电力技术，2023，41（4）：32-40.