1.1工藝優(yōu)化與節(jié)能減排

    按照科學(xué)發(fā)展觀，生活垃圾通過(guò)分類回收、綜合處理，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，是社會(huì)文明的重大進(jìn)步，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一。目前，生活垃圾通常是通過(guò)填埋、濕地處理、焚燒、工廠綜合處理等等，其中，填埋處理會(huì)污染地下水，如果采用濕地處理，城市周邊沒(méi)有自然條件，焚燒處理雖然可以發(fā)電，但利用率太低，對(duì)大多數(shù)可回收利用的資源一炬焚之，也是一種資源浪費(fèi)。最科學(xué)的處理方法是分類綜合處理，做到物盡其用、變廢為寶，最大限度的回收可再生資源。

    在生活垃圾綜合處理系統(tǒng)中，需要對(duì)垃圾進(jìn)行多次分選，同時(shí)，對(duì)分離后的垃圾廢液、廢渣進(jìn)行分別處理，如對(duì)于廢液，通過(guò)厭氧發(fā)酵、高溫有氧發(fā)酵、固液分離、液態(tài)料蒸發(fā)濃縮、固態(tài)料烘干等工藝，可制成優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥。其中，厭氧發(fā)酵、有氧發(fā)酵、蒸發(fā)濃縮、烘干等工序，都必須加熱，消耗大量的熱量，而蒸發(fā)濃縮環(huán)節(jié)又必須排出大量的冷凝潛熱，需要進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，烘干環(huán)節(jié)產(chǎn)生大量的濕熱氣體，鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生大量高溫?zé)煔�，整個(gè)垃圾處理工廠存在多處用熱和產(chǎn)熱點(diǎn)，如果合理的對(duì)產(chǎn)熱和用熱點(diǎn)進(jìn)行梳理，對(duì)供求熱量進(jìn)行量化分析，對(duì)產(chǎn)熱和用熱的熱品位進(jìn)行合理搭配，可發(fā)現(xiàn)熱能綜合回收利用的巨大潛力。而對(duì)于產(chǎn)熱點(diǎn)的熱品位低、用熱點(diǎn)的需求熱品位高，又為熱泵的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。

    1.2熱泵技術(shù)應(yīng)用與節(jié)能、

    熱泵是一種制熱裝置,該裝置以消耗少量高品位能源為代價(jià)，能將大量無(wú)用的低溫?zé)崮茏優(yōu)橛杏玫母邷責(zé)崮�，如同泵送“熱能”的“泵”一樣。熱泵的工作過(guò)程可與水泵類比。熱泵消耗少量高品位能源W，將低溫?zé)嵩粗刑N(yùn)含的大量免費(fèi)熱能或生產(chǎn)過(guò)程中的無(wú)用低溫廢熱QL，變?yōu)闈M足用戶要求的高溫?zé)崮躋H。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，QH、QL和W之間滿足如下關(guān)系式。

    QH=QL+W（1）

    式中QH--熱泵提供給用戶有用熱能，kW；

    QL--熱泵從低溫?zé)嵩粗形�取的免費(fèi)熱能（環(huán)境熱能或工業(yè)廢熱），kW；

    W--熱泵工作時(shí)消耗的高品位能源，kW。

    由式（1）可見(jiàn)，QH＞W(wǎng),即熱泵制取的有用熱能，總是大于所消耗的高品位能源，而用燃料加熱、電加熱等裝置制熱時(shí)，所獲得的熱能一般小于所消耗的電能或燃料能，這是熱泵與普通加熱裝置的根本區(qū)別，也是熱泵制熱最突出的優(yōu)點(diǎn)。

    熱泵發(fā)展到今天，制熱溫度（供給用戶的熱能溫度）低于50℃的熱泵已較成熟。由于部件和工質(zhì)基本與制冷設(shè)備通用，應(yīng)用也最廣泛。制熱溫度在50～100℃之間的熱泵，其工業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域正在逐步拓展，相關(guān)部件及工質(zhì)體系也正在完善。制熱溫度大于100℃的熱泵，其大規(guī)模應(yīng)用還有較多技術(shù)問(wèn)題需解決，應(yīng)用領(lǐng)域也有待開拓。

    只要是需要熱能的場(chǎng)合，就有熱泵的應(yīng)用機(jī)會(huì)，我們的衣食住行及身邊諸多產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，均和熱能有著密切的關(guān)系，從這一角度講，熱泵的發(fā)展空間是無(wú)限的�；仡櫉岜玫陌l(fā)展歷史，熱泵發(fā)展的速度主要取決于以下幾個(gè)因素。

    1）能源因素包括能源的價(jià)格（電能、煤、油、燃?xì)獾鹊谋葍r(jià)）和能源的豐富性。當(dāng)不同能源間比價(jià)合理或能源緊張時(shí)，熱泵就具有較好的發(fā)展大環(huán)境。

    2）環(huán)境因素當(dāng)出于環(huán)境保護(hù)的考慮，對(duì)其他制熱方式（如燃煤制取熱能）有嚴(yán)格限制時(shí)，熱泵就具有更大的應(yīng)用空間。

    3）技術(shù)因素包括通過(guò)熱泵循環(huán)、部件、工質(zhì)的改進(jìn)提高熱泵的效率，利用材料技術(shù)簡(jiǎn)化熱泵結(jié)構(gòu)、降低熱泵造價(jià)，利用測(cè)控技術(shù)提高熱泵的可靠性和操作維護(hù)的簡(jiǎn)易性等，可使熱泵比其他簡(jiǎn)單加熱方式具有更強(qiáng)的綜合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

    4）低溫?zé)嵩礋岜门c其他簡(jiǎn)單加熱方法的不同點(diǎn)之一是必須要有低溫?zé)嵩础�熱源的溫度越高，�?duì)提高熱泵的性能和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)越有利，有時(shí)能否有和使得低溫?zé)嵩�，甚至是決定熱泵應(yīng)用的關(guān)鍵因素，因此，利用相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，拓展熱泵的低溫?zé)嵩�，也是促進(jìn)熱泵應(yīng)用和發(fā)展的重要因素。

    5）引用領(lǐng)域開發(fā)目前熱泵已應(yīng)用于供暖、制取熱水、干燥（木材、食品、紙張、棉、毛、谷物、茶葉等）、濃縮（牛奶等）、娛樂(lè)健身（人工冰場(chǎng)、游泳池的同時(shí)供冷與供熱等）、種植、養(yǎng)殖、人工溫室等領(lǐng)域。進(jìn)一步了解不同產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中的熱希求。并將熱泵和工藝有機(jī)結(jié)合，可為熱泵拓展更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

    1.3生活垃圾處理工藝中余熱綜合利用策略

    在生活垃圾綜合處理工藝中，厭氧發(fā)酵、有氧發(fā)酵、蒸發(fā)濃縮、烘干等工序都必須加熱，消耗大量的熱量，而蒸發(fā)濃縮環(huán)節(jié)又必須排出大量的冷凝潛熱，需要進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，烘干環(huán)節(jié)產(chǎn)生大量的濕熱氣體，鍋爐煙氣產(chǎn)生大量的熱，垃圾處理廠的綜合樓、展示廳及車間辦公室等都需要中央空調(diào)，冬季供熱、夏季供冷，大棚冬季需要供熱，工廠多處需要全天供應(yīng)生活熱水，整個(gè)垃圾處理工廠存在多處用熱和產(chǎn)熱點(diǎn)。

    從整個(gè)系統(tǒng)能源的綜合利用考慮，制定出該處理工藝余熱綜合利用的策略：

    1）將蒸發(fā)濃縮環(huán)節(jié)產(chǎn)生的熱量提供給有氧發(fā)酵、園區(qū)生活熱水及園區(qū)空調(diào)冬季采暖。

    2）將鍋爐煙氣熱量一部分提供給干燥機(jī)組，其余部分冬季提供給大棚采暖，其它季節(jié)用來(lái)產(chǎn)生生活熱水出售。

    本文僅介紹蒸發(fā)濃縮環(huán)節(jié)的余熱綜合利用。

    二、產(chǎn)熱點(diǎn)及耗熱點(diǎn)分析

    在生產(chǎn)濃縮工藝中，蒸發(fā)機(jī)冷凝冷卻水、物料冷凝水、蒸汽凝結(jié)水、真空泵冷卻水為產(chǎn)熱點(diǎn)。發(fā)酵液預(yù)熱、生活熱水、空調(diào)系統(tǒng)為耗熱點(diǎn)。

    三、熱量供求分析

    3.1產(chǎn)熱量特性

    3.1.1蒸發(fā)機(jī)冷卻熱

    蒸發(fā)機(jī)冷卻水產(chǎn)熱量相對(duì)穩(wěn)定，是重點(diǎn)熱回收對(duì)象,且蒸發(fā)機(jī)冷卻水是必須冷卻的項(xiàng)目。

    3.1.2蒸汽凝水

    鍋爐蒸汽凝水的余熱如果不回收，也會(huì)在鍋爐補(bǔ)水中得到回收利用，補(bǔ)水溫度高，鍋爐燃料消耗將降低，若加以回收，則鍋爐的能源消耗將增加，鍋爐蒸汽凝水可以讓鍋爐自然回收。

    3.1.3物料冷凝水余熱

    由于物料冷凝水為循環(huán)使用，從蒸發(fā)機(jī)中冷凝后，再回到制漿池，制漿后送到發(fā)酵罐加熱、發(fā)酵，如果熱量回收后，物料的溫度降低，在發(fā)酵階段要多消耗同樣的加熱熱量。所以，物料冷凝水的熱量不宜回收。

    3.1.4真空泵冷卻水

    由于真空泵冷卻水在冷卻機(jī)械摩擦發(fā)熱的同時(shí)，溶入了物料凝結(jié)水，且真空泵冷卻水的熱量非常小。所以，真空泵冷卻水的熱量不宜回收，但真空泵冷卻水是必須冷卻的項(xiàng)目。

    3.2熱平衡分析

    由分析可知，冬夏季熱量供需均嚴(yán)重失衡，夏天必須采取散熱措施，冬天必須采取供熱措施。

    四、熱量供需特性分析

    4.1產(chǎn)熱性質(zhì)

    蒸發(fā)機(jī)為間歇式工作，有上料、升溫、蒸發(fā)、出料等過(guò)程，其中只有蒸發(fā)階段產(chǎn)生冷凝熱，其余階段均不產(chǎn)熱。如果用熱量與蒸發(fā)機(jī)產(chǎn)熱量不同步，將會(huì)造成熱量瞬時(shí)失衡。鍋爐煙氣的換熱量也隨鍋爐產(chǎn)熱量的變化而變化。解決瞬時(shí)失衡的措施詳見(jiàn)下文。

    4.2需熱性質(zhì)

    4.2.1空調(diào)

    上班期間辦公樓空調(diào)負(fù)荷大，下班時(shí)負(fù)荷小或沒(méi)有負(fù)荷。綜合樓主要是員工住宿，空調(diào)負(fù)荷與辦公樓反向互補(bǔ)。展示廳白天負(fù)荷大，夜間沒(méi)有負(fù)荷。

    4.2.2生活熱水

    生活熱水負(fù)荷為不均衡間歇性負(fù)荷，采用開式蓄熱水箱來(lái)均衡熱水負(fù)荷，設(shè)備對(duì)熱水箱持續(xù)加熱。

    4.2.3發(fā)酵液預(yù)熱

    需熱時(shí)間不連續(xù)，每間隔30分鐘耗水15m3，預(yù)熱量基本恒定。

    總之，系統(tǒng)為間歇性產(chǎn)熱，連續(xù)性耗熱。

    4.3供需匹配性分析與解決措施

    從上述分析可知，產(chǎn)熱是間歇性的，耗熱是持續(xù)性的，供需有斷檔間隙，匹配好熱量的產(chǎn)需，設(shè)計(jì)采取如下解決辦法：

    解決辦法：

    蒸發(fā)機(jī)的工作時(shí)間為9：30～22：00，而生活熱水及園區(qū)空調(diào)采暖需要24小時(shí)不間斷，解決此問(wèn)題的辦法是建一個(gè)200m3調(diào)節(jié)水池，白天將蒸發(fā)機(jī)32℃的冷卻水儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)夜間蒸發(fā)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，熱泵機(jī)組從調(diào)節(jié)水池中取熱產(chǎn)生生活熱水供園區(qū)使用。園區(qū)空調(diào)采暖由熱泵機(jī)組從32℃的蓄熱水池中取熱供空調(diào)房間采暖，熱泵機(jī)組熱源側(cè)出水仍排向調(diào)節(jié)水池。

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