基于热泵原理的余热回收技术在蒸发浓缩工艺中的应用分析

一、现状及存在的问题

农产品果汁、等在加工过程中进行蒸发浓缩，提高浓度为下一步的生产或运输做准备。常规的做法是利用蒸汽在常压或负压下进行加热，蒸发出物料中的水蒸汽是物料浓缩，同时利用冷却水将蒸发出的水蒸汽冷凝以维持蒸发所需要的压力。

在此过程中，一端需要加热物料，一端需要冷却物料蒸发出的水，能耗巨大。每蒸发出1吨水，一效浓缩消耗蒸汽1.1吨蒸汽、二效浓缩消耗0.56吨蒸汽、三效浓缩消耗蒸汽0.4吨。加工费用高，且碳排放量大。

图1、常规蒸发浓缩工艺（二效）

二、本案例解决方法

在常规的多效蒸发浓缩系统中，之后一效的水蒸汽都是通过冷却水散热，废热资源没有得到利用。同时效的加热完全依靠锅炉制取的蒸汽（或者外购），能耗和供热费用都大。

热泵技术是一种新型的节能技术，可以回收低品位的废热制取高温热水或低压蒸汽用于生产工艺的加热，是国家目前大力提倡的节能技术。工农业生产中在进行加热的同时往往伴随着大量废热产生，热泵技术可以回收废热进行加热，以减少或替代对常规能源的消耗，从而达到节能减排增效的目的。

在本案例中，蒸发浓缩装置末效60℃左右的水蒸汽冷凝热作为低温热源被水源热泵吸收，同时制取90℃左右的制冷剂蒸汽进入一效蒸发器加热物料（替代水蒸汽加热）。热泵机组作为供热设备，加热能量主要是回收的废热（占比约70%），其次是自身消耗的电能（占比约30%）。

图2、热泵余热回收蒸发浓缩系统流程示意图

图3、设备安装现场

项目取得了如下效果：

1、运行效果：系统运行稳定可靠，蒸发量稳定。

2、费用节省：每蒸发1吨水，消耗电能60kWh左右（随物料不同略有区别），费用42元。相同情况下，消耗蒸汽约0.56吨，费用约185元。蒸发出每吨水可节约加热费用143元。节能收益明显。

3、节能效果：每蒸发吨水消耗电能60kWh，折标系数310gce/kW•h，折算标准煤18.6kg。常规双效蒸发系统消耗蒸汽0.56吨，折算标准煤48.2kg。热泵余热回收蒸发装置每蒸发1吨水可减少标准煤消耗29.6kg。

4、减排效果：按照上海市生态环境局发布的2022年数据，电力排放因子缺省值4.2tCO2/104kWh，热力排放因子缺省值0.06tCO2/GJ。热泵余热回收蒸发模块每蒸发1吨水消耗电能60kWh左右，碳排放量为25.2kg。常规双效蒸发系统消耗蒸汽0.56吨，碳排放量为84.67kg。热泵余热回收蒸发模块的碳排放数量只只为常规双效蒸发系统的30%。