3种常见类型热泵能耗及经济效益分析

          表3给出了3种常见类型热泵的性能系数,对于釜液节流式热泵,压缩后的工质直接返回塔釜,与釜液混合,无具体热负荷数值,暂按基本工况的再沸器热负荷取值。从表2数据可以看出, 3种类型热泵放出的热量基本相近,但压缩机的功率差别较大,故引起性能系数有较大的差异。

表3　3种类型热泵性能系数

       从表3数据可知,对于塔顶气相压缩式热泵,功率消耗只有釜液节流式的54.3%。操作费用也只有釜液节流式的65.3%。塔顶气相压缩式热泵更为节能是毫无疑义的。

     效益比较以基本工况(无热泵)作为基础,塔顶气相压缩式热泵年净增效益最大,达718.08万元;釜液再压缩式热泵次之,为524.56万元;闭式热泵最小,只有149.14万元。

能耗高低的原理分析

        塔顶压缩式热泵无工质节流能量损耗，表4是各种类型热泵压缩机的压缩比及功耗,可以看出塔顶气相压缩式热泵压缩比最小,该类型热泵无循环工质节流的能量损失,其余二者均要节流到低压,以满足冷凝器的温度要求。闭式热泵压缩比系三者中最大的,其压缩机功耗最大也不足为奇了。

表4　各种类型热泵的压缩比

循环工质流量的影响

       釜液节流式、塔顶气相压缩式和闭式热泵的工质流量分别为1900,1888,1688kmol/h。三者差别不是很大,故各类型热泵的循环工质流量基本相同,对能耗影响也就较小。

水冷器对能耗的影响

       塔顶气相压缩流程有水冷器1台,其热负荷为1074.4kW。而釜液节流式热泵无须水冷器。但该热负荷对操作费用带来的影响远不如压缩机功率上升所增加的费用。故虽然多了1台水冷器,但操作费用还是气相压缩式热泵要低许多。闭式热泵也有1台水冷器,需要低温水进行冷却,其热负荷为2065.6 kW。本来其压缩机功耗就大,若再加上低温水的费用,能耗费用就更大了。

换热器传热的不可逆损失

       对于釜液节流和塔顶气相压缩式热泵系统,都只有1台工质与塔物料的换热器,故仅有1台换热器的传热温差所引起的能量不可逆损失;而闭式热泵系统有2台这样的换热器,自然其传热的不可逆损失要大得多。

      本文对塔顶气相压缩式和闭式2类热泵进行了模拟,分别指出了它们的关键工艺参数及确定原则。根据模拟数据比较了3类热泵的能耗。

      (1) 3类热泵的能耗大小依次是:闭式热泵>釜液节流式>塔顶气相压缩式。

     (2) 塔顶气相压缩式热泵能耗最低的主要原因是不存在工质的节流能量损失,其压缩机的压缩比最小,性能系数最大。