超級熱泵 讓低品位余能實現(xiàn)回收利用

　　劉思江 本報記者 王 春

　　把“命門”掌握在自己手中

　　“我國年工業(yè)用能約29.1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但其中150攝氏度以下余熱(低品位熱能)往往是‘廢熱’，其總量相當(dāng)于工業(yè)用能的14.2%。如果40%的余熱能得到有效利用，一年就能節(jié)約1.65億噸標(biāo)煤，意義巨大。”上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所所長王如竹說。

　　王如竹教授已經(jīng)和綠色能源“磕”了30余年，藏著20多項頂尖的綠色能源技術(shù)的中意綠色能源實驗室，是他多年技術(shù)攻堅的集成體現(xiàn)。在這里，基于數(shù)十載制冷、換熱技術(shù)的研發(fā)，王如竹帶領(lǐng)團(tuán)隊開展了“低品位余能回收技術(shù)及熱泵裝備研發(fā)與示范”項目，破解節(jié)能減排“痛點”。

　　熱泵作為一種節(jié)能技術(shù)，可將低溫廢熱變成有用的高品位熱能，例如替代常規(guī)煤鍋爐進(jìn)行供暖，可極大緩解北方集中供熱熱源緊張局面，同時實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能降耗，讓天更藍(lán)、地更綠。

　　超強(qiáng)熱泵背后的“引擎”

　　不同溫度的廢熱有不同的用武之地。如中高溫余熱通過熱機(jī)對外做功可發(fā)電，中低溫余熱通過回收可發(fā)電、制冷和供熱，低溫余熱可通過熱泵供應(yīng)生活熱水等。通過消耗少量的化石能源或電力，可以把回收的余熱轉(zhuǎn)化為有用的高品位熱能，再用于工業(yè)流程或供暖工程。

　　“溫度低、能量密度低且分散等原因是低溫余熱難以回收利用的大難題。”王如竹說。壓縮式熱泵、吸收式熱泵和化學(xué)熱泵是余熱品位提升的主要途徑。三種熱泵技術(shù)雖已有一定發(fā)展，但一直以來難以突破熱泵容量、能效比、溫升與可靠性兼得的瓶頸。項目不僅需要攻克技術(shù)難題，還要考慮經(jīng)濟(jì)效益。如果節(jié)能不節(jié)錢，這些技術(shù)與裝備也難以推廣應(yīng)用。

　　對此，王如竹帶領(lǐng)的項目組攻堅克難，通過單個技術(shù)的研發(fā)和對流程、工藝等方面的創(chuàng)新優(yōu)化，研制出效率高、容量大、熱負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)的“超級”熱泵，突破了低品位余能規(guī)模化應(yīng)用的技術(shù)壁壘，并促進(jìn)了新興熱泵裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　性能提升和系統(tǒng)優(yōu)化匹配是提高壓縮式熱泵能效的關(guān)鍵。“一般設(shè)備采用蒸發(fā)器和冷凝器各一個的單一系統(tǒng)。”王如竹說。項目組將壓縮式熱泵蒸發(fā)和冷凝溫度各分為兩段，采用獨立逆流雙系統(tǒng)進(jìn)行分段蒸發(fā)和分段冷凝，減少了蒸發(fā)和冷凝的換熱溫差，降低壓縮機(jī)壓比，從而提升能效。

　　“高性能吸收式熱泵示范機(jī)組容量特別大，只能實地組裝，任何返工或修改都要付出巨大代價。”項目組的潘權(quán)穩(wěn)博士說，由于機(jī)組體積大，還需根據(jù)運輸?shù)臉O限尺寸進(jìn)行分割設(shè)計與制造，并對每個部件進(jìn)行嚴(yán)格的測試和質(zhì)量把關(guān)，保證實地組裝一次成功。

　　相比而言，化學(xué)熱泵的技術(shù)成熟度遠(yuǎn)低于壓縮式和吸收式熱泵。項目團(tuán)隊研究的50千瓦級化學(xué)熱泵在國際上沒有先例可參考，研究人員的不懈努力，保證了示范工程的一次成功。

　　“沿途下蛋”，產(chǎn)業(yè)化溢出效應(yīng)顯著

　　研究的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用為項目團(tuán)隊研制的超級熱泵提供了廣闊天地。

　　用于鞍鋼靈山供暖改造工程的壓縮式熱泵示范機(jī)組，制熱能效比較技術(shù)突破前提升了15%