摘 要：利用空气源热泵吸收空气中的热能对锅炉给水进行预加热，不仅可以节约燃料、节约电能，而且可以减少烟尘及CO2、SO2的排放量，保护环境，企业从而达到节能减排的目的，并获得良好的经济效益与社会效益。本方案在锅炉原有给水系统的给水泵和除氧器之间增设一套空气源热泵系统装置，该系统可实现对锅炉给水的连续预加热，以满足打叶复烤生产工艺的需要。

关键词：空气源热泵；预加热；锅炉给水；节能减排

引言

空气源熱泵技术是近年来在全世界备受关注的新能源技术，是一种能从自然界的空气中获取低品位热能，通过介质传递，提供可利用高品位热能的装置，其节能效果显著，已成为热水器行业发展趋势之一。因为空气源热泵（能效比超过4.3）能效比比较高，与传统的热水器（能效比小于1）相比较它最大的优势就是节能，所以，采用空气源热泵对锅炉给水进行预加热，可以得到事半功倍的节能减排效果。

复烤厂由于打叶复烤车间生产需要用蒸汽，一般配有蒸汽锅炉供生产用，锅炉额定蒸发量在10～15t/h。根据《GBT 1576-2008 工业锅炉水质》要求，锅炉额定蒸发量在10t/h以上的锅炉给水应进行除氧，由于热力除氧器运行可靠，除氧效果好，一般蒸汽锅炉都配热力除氧器进行给水除氧，以保证锅炉安全运行。

1 热力除氧器的工作原理及现阶段存在的问题

1.1 热力除氧器的工作原理是：将锅炉给水加热至沸点，使氧的溶解度减小，水中氧不断逸出，而后，再将水面上产生的氧气连同水蒸汽排除，这样能除掉水中各种气体（包括游离志CO2、N2）。除氧后的水不会增加含盐量，也不会增加其他气体溶解量，操作控制相对容易，而且运行稳定、可靠。热力除氧是目前应用最多的一种除氧方法。

1.2 热力除氧器现阶段存在的问题

热力除氧器加热时耗用的蒸汽一般是锅炉蒸发量的15～16%左右，这部分蒸汽没有直接用于生产，它直接降低了锅炉蒸汽的有效利用率，企业为了保证生产正常运行就必须加大锅炉额定蒸发量，购买更大蒸发量的锅炉，燃烧更多的燃料，导致的问题是增加了企业锅炉采购成本和生产成本，同时也增加了锅炉烟气及废渣的排放量。

2 改进措施

本方案在锅炉原有给水系统的给水泵和除氧器之间增设一套空气源热泵系统装置（见图1），将空气中的低温热能通过有机介质吸收，经过压缩机压缩后转化为高温热能对锅炉给水进行预加热至55℃左右后，再利用部分锅炉蒸汽将水温从55℃提高至104℃，这样就减少了锅炉蒸汽的自耗量，从而提高蒸汽利用效率，降低蒸汽生产成本。该系统可实现对锅炉给水的连续预加热，以满足工艺生产需要，不仅可以降低锅炉的燃料消耗量（以每年生产9个月计算，每年可节约燃料费90.44万元），而且可以减少烟尘及CO2、SO2的排放量，保护环境，企业从而达到节能减排的目的，并获得良好的经济效益与社会效益。新增的空气源热泵系统可放置在热力除氧器所在的屋面上或者锅炉房内空气温度较高的地方，以提高空气源热泵的热效率，热水箱靠近软水箱布置。空气源热泵占地面积约100m2。

3 改进效果

3.1 预期达到的技术经济指标（以1台15t/h燃煤工业锅炉为例）

3.1.1 将给水从20℃加热至55℃的蒸汽消耗量计算

额定蒸发量Gzq=15t/h

额定工作压力 P=1.25Mpa

蒸汽温度t=194℃

锅炉给水流量Ggs=18t/h（按100%新水计算）

20℃水热焓[1]：hgs=84kJ/kg

饱和蒸汽温度194℃热焓[1]：hzq=2795kJ/kg

55℃水热焓：hgs=230kJ/kg

除氧器加热效率按98%计；15t/h燃煤工业锅炉按每天连续生产24小时、每年生产9个月（270天）考虑；将18t/h给水从20℃加热至55℃的热量Q为：

Q=（Hgs-hgs）×Ggs=（230-84）×18000

=2628000kJ/h；

每小时需要消耗194℃的饱和蒸汽量为：

Gz=Q/（hzq×1000×0.98）

=2628000/（2795000×0.98）

=0.96t/h

每年加热热水所需蒸汽量：

Gj=Gz×24×270

=0.96×24×270

=6221t/a

每年消耗的蒸汽费用（按每吨蒸汽费用250元/t计算，本数据由大理复烤厂锅炉运行实测费用得出）：

6221×250=155.50万元/年

3.1.2 将给水从20℃加热至55℃的空气源热泵耗电量计算

（1）空气源热泵数量的确定

将18t/h给水从20℃加热至55℃的热量Q为2628000kJ/h；空气源热泵能效比按4.3选取（按设备厂家技术参数选取）；每台空气源热泵功率按5.77kW计：

1kW=860×4.1868=3596kJ

则空气源热泵选用数量N为：

N=Q/3596×4.3×5.77=29台；

根据计算选用功率为5.77kW，出水量520kg/h，出水水温55℃，空气源热泵32台（3台备用）。

（2）空气源热泵加热系统自耗电费用

29台空气源热泵加热系统自耗电总功率：

29×5.77=167.33kW

29台空气源热泵每天自耗电费用（工业用电价格按市价0.6元/kW.h暂定）：

167.33×24×0.6=2409.55元

每年自耗电费用为：2409.55×270=65.06万元/年

3.1.3 蒸汽加热和空气源热泵加热系统费用对比

蒸汽加热每年消耗的蒸汽费用（按每吨蒸汽费用250元计算）：155.50万元/年。

空气源热泵加热系统每年自耗电费用为：65.06万元/年。

蒸汽加热和空气源热泵加热系统每年费用差为：155.50-65.06=90.44万元。

3.1.4 空气源热泵加热系统投资

32台空气源热泵系统总投资预算为284.00万元，系统设备包括空气源热泵、热水箱、加压泵、控制系统、管道等。

投资回收期为：284.00/90.44=3.14年。

4 结束语

综上所述，利用空气源热泵吸收空气中的热能对锅炉给水进行预加热，可以得到事半功倍的节能减排效果。以1台15t/h燃煤工业锅炉为例（每天生产24小时、每年生产270天），将锅炉给水从20℃加热至55℃，如果使用蒸汽加热法，每年的运行费用是155.50万元/年，如果使用空气源热泵加热法，每年的运行费用是65.06万元/年，二者相差90.44万元，亦即每年可节约燃煤费用90.44万元。其次，使用空气源热泵加热锅炉给水系统3.14年即可收回投资成本，投资回报率高，不仅可以节约燃料、节约电能，而且可以减少烟尘及CO2、SO2的排放量，保护环境，企业从而达到节能减排的目的，并获得良好的经济效益与社会效益。

参考文献

[1]水和水蒸汽性质图表[M].北京科学技术出版社，2-4.