低碳技术 第二类吸收式热泵与MVR热泵的适用范围

摘要：第二类吸收式热泵与MVR热泵都能够回收中温余热、产生高温可用热，但二者的工作方式和适用范围不同。合理利用两种设备，能够大幅度减小工艺流程的高温用热能耗，降低生产成本。

第二类吸收式热泵与MVR热泵是工业节能领域常用的两种设备，均可回收中温余热、产生高温可用热，降低工艺用热的成本。这两种设备在石化、冶金、化工、印染、食品加工等领域应用广泛，但有各自的适用领域。

第二类吸收式热泵

第二类吸收式热泵也叫升温型吸收式热泵，又称热变换器，能够利用中温热源驱动，一部分热量降温排放至低温热源，另一部分转化为高温热量输出，常用于制备工业热水和蒸汽。第二类吸收式热泵的能量转换关系如下图所示。

第二类吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器四大部件组成。中温余热分为两部分，一部分中温余热与发生器组成驱动热源系统，另一部分中温余热与蒸发器构成热源系统，在吸收器中制取高于中温余热的热水或蒸汽。为了实现内部循环，还需要将冷凝器中的低温热量排出。

应用时，将中温余热与发生器、蒸发器连接（有串联和并联两种方式），将冷凝器与冷却塔等散热设备连接，吸收器中即可产生高温热水或蒸发成高压蒸汽，用于工艺生产。

MVR热泵

MVR指的是蒸汽机械再压缩技术（Mechanical Vapor Recompression），核心设备是水蒸气压缩机。

水蒸气压缩机可以消耗电能，将水蒸气从低压状态压缩成高压，实现余热利用。这与压缩式热泵中压缩机的功能类似，但压缩式热泵的制冷剂分子量在100以上，而水蒸气的分子量仅为18，因此两种压缩机的结构不同。

MVR热泵在工业领域应用广泛，应用形式多种多样。下面举几个例子。

当余热介质是低压蒸汽时，可直接使用水蒸气压缩机产生高压蒸汽。如果需要产生高温热水，可在水蒸气压缩机后增加一个蒸汽加热器。

当余热介质是水时，可在水蒸气压缩机前设置闪蒸罐，让余热水降温闪蒸成水蒸气，再通过水蒸气压缩机加压成高压蒸汽。这种方式的余热水水质能够满足水蒸气要求即可。例如，余热介质是盐水，也可以闪蒸后加压，但要注意高压蒸汽可能携带盐分子，导致的腐蚀问题。

当余热介质是其他流体，或者余热水品质不能满足蒸汽要求时，可在水蒸气压缩机前设置蒸发罐，余热通过换热面加热纯水，产生水蒸气再加压利用。

上述采用换热器蒸发方式的水蒸气压缩流程，如果需要产生高温液态介质，需要在水蒸气压缩机后设置冷凝器。这种流程就与常规压缩式热泵相同，只是采用了水蒸气作为工作介质。水也是一种制冷剂，其国标编号为R718。

目前，采用制冷压缩机（大分子量工质）的高温热泵能够产生120℃的热水；以水为工质的MVR热泵能够产生8公斤的蒸汽，或160℃的热水。从原理上看，水蒸气压缩机还可以产生更高压力的蒸汽，但过高的压力和温度会使设备成本大幅度提高、余热利用率下降，经济性变差，实际应用很少。

MVR热泵的低温工况较差。温度低于100℃时，水蒸气是负压状态，水蒸气压缩机的机械密封结构有可能使空气渗透进去，影响高压蒸汽品质。余热温度越低，负压越大，泄露率越高，同时低压蒸汽的体积也越大，设备成本越高。一般情况下，80℃以上的余热较为合适，50℃-80℃的余热也可以应用，但高压蒸汽侧需要考虑不凝气体的影响。

适用范围

第二类吸收式热泵与MVR热泵的功能相似，在工业余热回收项目中如何选择呢？

第二类吸收式热泵使用余热驱动实现高温产热，基本不消耗电能，运行费用很低；缺点是余热利用比例低，输入1份余热，只能产生30%-49%的高温热量。

MVR热泵使用电能驱动，可以100%将热量转化为高温热，余热利用率高，但电能消耗量大，运行费用较高。

综合上述特点，二者的适用范围如下：

第二类吸收式热泵适合用在大工业场景，如石化、冶金、化工等领域。这些场景工艺流程长，总余热量很大，30-49%的转化率能够有效降低生产成本。同时，大工业使用的蒸汽多为自备电厂提供，外购电价高，用电能回收余热的成本高于电厂抽汽成本。

MVR热泵适合在中小工业场景中应用，如印染、纺织、食品加工等。这些场景的蒸汽多采用燃气等高价清洁能源生产，采用电能回收余热有很好的经济性；同时，生产活动相对灵活，可以尽量使用绿电或在谷电阶段回收余热，能够进一步降低成本。

总之，两种热泵有各自的特点，可以根据余热回收项目的现场条件选择合理的技术路线，或者两种相结合，以达到最佳的余热回收效果，降低生产成本。