超级热泵 让低品位余能实现回收利用

刘思江 本报记者 王 春

把“命门”掌握在自己手中

“我国年工业用能约29.1亿吨标准煤，但其中150摄氏度以下余热(低品位热能)往往是‘废热’，其总量相当于工业用能的14.2%。如果40%的余热能得到有效利用，一年就能节约1.65亿吨标煤，意义巨大。”上海交通大学制冷与低温工程研究所所长王如竹说。

王如竹教授已经和绿色能源“磕”了30余年，藏着20多项顶尖的绿色能源技术的中意绿色能源实验室，是他多年技术攻坚的集成体现。在这里，基于数十载制冷、换热技术的研发，王如竹带领团队开展了“低品位余能回收技术及热泵装备研发与示范”项目，破解节能减排“痛点”。

热泵作为一种节能技术，可将低温废热变成有用的高品位热能，例如替代常规煤锅炉进行供暖，可极大缓解北方集中供热热源紧张局面，同时实现工业生产的节能降耗，让天更蓝、地更绿。

超强热泵背后的“引擎”

不同温度的废热有不同的用武之地。如中高温余热通过热机对外做功可发电，中低温余热通过回收可发电、制冷和供热，低温余热可通过热泵供应生活热水等。通过消耗少量的化石能源或电力，可以把回收的余热转化为有用的高品位热能，再用于工业流程或供暖工程。

“温度低、能量密度低且分散等原因是低温余热难以回收利用的大难题。”王如竹说。压缩式热泵、吸收式热泵和化学热泵是余热品位提升的主要途径。三种热泵技术虽已有一定发展，但一直以来难以突破热泵容量、能效比、温升与可靠性兼得的瓶颈。项目不仅需要攻克技术难题，还要考虑经济效益。如果节能不节钱，这些技术与装备也难以推广应用。

对此，王如竹带领的项目组攻坚克难，通过单个技术的研发和对流程、工艺等方面的创新优化，研制出效率高、容量大、热负荷适应性强的“超级”热泵，突破了低品位余能规模化应用的技术壁垒，并促进了新兴热泵装备产业发展。

性能提升和系统优化匹配是提高压缩式热泵能效的关键。“一般设备采用蒸发器和冷凝器各一个的单一系统。”王如竹说。项目组将压缩式热泵蒸发和冷凝温度各分为两段，采用独立逆流双系统进行分段蒸发和分段冷凝，减少了蒸发和冷凝的换热温差，降低压缩机压比，从而提升能效。

“高性能吸收式热泵示范机组容量特别大，只能实地组装，任何返工或修改都要付出巨大代价。”项目组的潘权稳博士说，由于机组体积大，还需根据运输的极限尺寸进行分割设计与制造，并对每个部件进行严格的测试和质量把关，保证实地组装一次成功。

相比而言，化学热泵的技术成熟度远低于压缩式和吸收式热泵。项目团队研究的50千瓦级化学热泵在国际上没有先例可参考，研究人员的不懈努力，保证了示范工程的一次成功。

“沿途下蛋”，产业化溢出效应显著

研究的产业化应用为项目团队研制的超级热泵提供了广阔天地。

用于鞍钢灵山供暖改造工程的压缩式热泵示范机组，制热能效比较技术突破前提升了15%