表3給出了3種常見類型熱泵的性能系數,對于釜液節流式熱泵,壓縮后的工質直接返回塔釜,與釜液混合,無具體熱負荷數值,暫按基本工況的再沸器熱負荷取值。從表2數據可以看出, 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,故引起性能系數有較大的差異。

表3　3種類型熱泵性能系數

       從表3數據可知,對于塔頂氣相壓縮式熱泵,功率消耗只有釜液節流式的54.3%。操作費用也只有釜液節流式的65.3%。塔頂氣相壓縮式熱泵更為節能是毫無疑義的。

     效益比較以基本工況(無熱泵)作為基礎,塔頂氣相壓縮式熱泵年凈增效益最大,達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節流能量損耗，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,該類型熱泵無循環工質節流的能量損失,其余二者均要節流到低壓,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

循環工質流量的影響

       釜液節流式、塔頂氣相壓縮式和閉式熱泵的工質流量分別為1900,1888,1688kmol/h。三者差別不是很大,故各類型熱泵的循環工質流量基本相同,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,其熱負荷為1074.4kW。而釜液節流式熱泵無須水冷器。但該熱負荷對操作費用帶來的影響遠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,需要低溫水進行冷卻,其熱負荷為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

       對于釜液節流和塔頂氣相壓縮式熱泵系統,都只有1臺工質與塔物料的換熱器,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類熱泵進行了模擬,分別指出了它們的關鍵工藝參數及確定原則。根據模擬數據比較了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的節流能量損失,其壓縮機的壓縮比最小,性能系數最大。