表3給出了3種常見類型熱泵的性能系數(shù),對于釜液節(jié)流式熱泵,壓縮后的工質(zhì)直接返回塔釜,與釜液混合,無具體熱負(fù)荷數(shù)值,暫按基本工況的再沸器熱負(fù)荷取值。從表2數(shù)據(jù)可以看出, 3種類型熱泵放出的熱量基本相近,但壓縮機的功率差別較大,故引起性能系數(shù)有較大的差異。

表3　3種類型熱泵性能系數(shù)

       從表3數(shù)據(jù)可知,對于塔頂氣相壓縮式熱泵,功率消耗只有釜液節(jié)流式的54.3%。操作費用也只有釜液節(jié)流式的65.3%。塔頂氣相壓縮式熱泵更為節(jié)能是毫無疑義的。

     效益比較以基本工況(無熱泵)作為基礎(chǔ),塔頂氣相壓縮式熱泵年凈增效益最大,達(dá)718.08萬元;釜液再壓縮式熱泵次之,為524.56萬元;閉式熱泵最小,只有149.14萬元。

能耗高低的原理分析

        塔頂壓縮式熱泵無工質(zhì)節(jié)流能量損耗，表4是各種類型熱泵壓縮機的壓縮比及功耗,可以看出塔頂氣相壓縮式熱泵壓縮比最小,該類型熱泵無循環(huán)工質(zhì)節(jié)流的能量損失,其余二者均要節(jié)流到低壓,以滿足冷凝器的溫度要求。閉式熱泵壓縮比系三者中最大的,其壓縮機功耗最大也不足為奇了。

表4　各種類型熱泵的壓縮比

循環(huán)工質(zhì)流量的影響

       釜液節(jié)流式、塔頂氣相壓縮式和閉式熱泵的工質(zhì)流量分別為1900,1888,1688kmol/h。三者差別不是很大,故各類型熱泵的循環(huán)工質(zhì)流量基本相同,對能耗影響也就較小。

水冷器對能耗的影響

       塔頂氣相壓縮流程有水冷器1臺,其熱負(fù)荷為1074.4kW。而釜液節(jié)流式熱泵無須水冷器。但該熱負(fù)荷對操作費用帶來的影響遠(yuǎn)不如壓縮機功率上升所增加的費用。故雖然多了1臺水冷器,但操作費用還是氣相壓縮式熱泵要低許多。閉式熱泵也有1臺水冷器,需要低溫水進(jìn)行冷卻,其熱負(fù)荷為2065.6 kW。本來其壓縮機功耗就大,若再加上低溫水的費用,能耗費用就更大了。

換熱器傳熱的不可逆損失

       對于釜液節(jié)流和塔頂氣相壓縮式熱泵系統(tǒng),都只有1臺工質(zhì)與塔物料的換熱器,故僅有1臺換熱器的傳熱溫差所引起的能量不可逆損失;而閉式熱泵系統(tǒng)有2臺這樣的換熱器,自然其傳熱的不可逆損失要大得多。

      本文對塔頂氣相壓縮式和閉式2類熱泵進(jìn)行了模擬,分別指出了它們的關(guān)鍵工藝參數(shù)及確定原則。根據(jù)模擬數(shù)據(jù)比較了3類熱泵的能耗。

      (1) 3類熱泵的能耗大小依次是:閉式熱泵>釜液節(jié)流式>塔頂氣相壓縮式。

     (2) 塔頂氣相壓縮式熱泵能耗最低的主要原因是不存在工質(zhì)的節(jié)流能量損失,其壓縮機的壓縮比最小,性能系數(shù)最大。