第四課重視工業節能提升企業競爭力

一、企業重視工業節能是大勢所趨：

若干年以后，地球上所有生物毀滅，人類主導的地球時

代象恐龍時代一樣消亡。上億年后，新的地球主宰生物出現

并進入新的文明，考古研究很長時間以后，終于發現人類滅

亡的原因：起源于十八世紀英國的“工業革命”，讓人類短

暫繁榮后卻最終導致了人類的滅亡……

在英國“工業革命”以前，地球上化學能源的總貯量一

直是增長的。隨著對能源的永無竭止的開采使用，在帶給人

類高度文明高度發達和繁榮的同時，也使得地球上億萬年積

累下來的化學能源的資源在短短幾百年就面臨枯竭的局面，

并伴隨著環境的快速惡化。

為了人類的可持續發展，為了人類還能保有一個賴以生

存的空間，全人類必須齊心協力和艱苦奮斗，開展永無止境

的節能降耗共同行動。

在信息技術高度發達的今天，大部分企業很難擁有一個

能夠讓自己長期獨占的先進技術。企業之間的競爭大部分是

管理和成本的競爭。現在已經處于能源價格相對較高的時

代，能耗水平已經成為評價企業綜合技術水平的一個重要和

關鍵的指標，也是企業成本競爭的關鍵所在。所以說，一個

企業節能水平的好壞是關乎企業生存的大事情。

企業節能涵蓋方方面面，最重要的是管理節能，其次是

技術節能和全員參與。管理節能是戰略，只有領導重視并制

訂規劃和目標，節能工作才能順利開展。技術節能是戰術，

優秀的戰術又經常能夠影響戰略的提升，好的節能技術可以

為企業節能帶來奇效。全員參與是節能落實實施的基礎，提

高全員節能意識，節能才能得到長期堅持和發展：搞節能改

造可以節能，每個人都做好本職工作提高工作效率也可以節

能；搞好工藝可以節能，搞好自控和電氣也可以節能，崗位

操作工精心操作也可以節能。

目前煤炭是我國比重最大的能源物資（出力占85%左

右），以現在的價格水平（標煤700元/噸左右），擁有自備電

廠且實現了熱電聯產的工業企業顯然占據能源成本的優勢。

但這種優勢維持的時間不會太長了，理由一是我國的煤炭資

源面臨快速枯竭的危險，二是目前環境污染的主要因素就是

煤炭消費量過大。我國煤炭價格從2013年開始回落，到2014

年已經比2012年的高峰價格跌落了一半，這給很多人造成了

一個假象，認為中國的煤炭資源還很充足，我們還可以等很

多年以后再去考慮煤炭不足的問題。但事實是，如果以2012

年的開采速度，中國20年后就會進入無煤可采的困境。這兩

年的煤炭價格下跌，完全是因為經濟調整，煤炭消費總量下

滑，產煤（采煤）能力過剩造成的，絕對不是煤炭資源過剩

造成的，也不是采煤成本下降造成的。產煤能力過剩和煤炭

資源過剩是完全不同的兩個概念。

快則三年，慢則五年，中國將再次出現煤炭供應的緊張

局面，而且這次的緊張將是不可逆和無反復的。煤炭價格突

破2000元/噸甚至更高是大概率事件，而且環保征稅是大勢

所趨（燃煤環保稅肯定要高于其它更清潔能源的繳稅比例）。

到時我們的燃煤熱電聯產將會喪失失成本優勢。

國家高層對中國煤炭資源的狀況非常清楚，早就開始謀

劃未來的能源結構布局，其中最可行的非核電莫屬。核電雖

然理論上有核泄漏核核污染的風險，但核電提供單位能源對

環境的污染遠低于火電。未來大規模取代煤炭（煤炭資源所

限的必然舉措），核電是主要部分，水電、風電和太陽能等

是輔助。中國現在核電運行裝機約3萬MW,在建3萬MW,

新規劃3萬MW,五?六年后核電運行裝機將會是現在的三

倍。如果不是日本的福島核電站事故，這個進程還會更快。

將來主流工業企業的能源供給將會是外購核電加潔凈

環保的天然氣鍋爐所產蒸汽，就像現在的日本一樣。已有熱

電聯產的企業，要抓好能源管理，利用好這段黃金時間為企

業充分創造經濟效益。如因擴產而產生新增蒸汽需求，千萬

不要再考慮新上熱電聯產項目（當然，現在發改委也不批），

可行的辦法是通過節汽改造降低蒸汽消耗，在不增加熱電的

基礎上增加工業產能。沒有熱電聯產的企業需要上新項目，

則一定要充分應用節汽技術，把鍋爐配置得盡可能小。企業

不應該考慮依靠自己來完全解決電力需求，雖然現在自備電

廠發電成本遠低于外購電。

二、如何找到企業的節能潛力點：

節能的主要手段是開源和節流，但我國國情，開源屬于

國家主導的事情，或者是中核電、水電公司、國家電網和中

節能等大型能源企業的事。所以對于大部分工業企業來說，

節能無需考慮開源，只需要考慮節流，即在生產產量和質量

不受影響的前提下通過加強管理和提高技術水平來達到節

流節能的目的。

大部分工業企業的生產工藝用能都是電和蒸汽，所以節

流節能主要就是節約蒸汽和電。而大部分企業在生產過程中

使用蒸汽熱能的原因是因為溫度所需而不是真需要把能量

充入產品中，最后又通過冷卻塔和干燥尾風將這些能量無休

止地排入了大氣中。所以蒸汽熱能的節能潛力一般要大于電

能，企業做節能要把重點放在節汽上，比較容易取得成效。

企業之所以會有節能潛力，是因為企業用能上存在不合

理的結構或裝備。我們做數學題，做好以后怎么才能知道做

對沒有？當然是反過來驗算！節能籌劃有一句經典俗話，叫

“少管吃的啥，多看拉的啥”。意思就是多關注企業的能源

排放點在哪，排的少了，能自然節約下來了。目前工業企業

的排能大頭是冷卻塔和熱氣（尾風），其次是工藝設計過度。

任何一個發酵（生物工程）企業，其冷卻塔越大則節能肯定

做的越差。

三、發酵（生物工程）工業常用節能技術：

1、體系節能：

體系節能與管理節能的職能略有交叉，但具備獨特的技

術性，是從技術的角度利用管理體系行政規定的方法加以實

施。體系節能包括加強節能技術知識培訓、加強節能技術研

發、實施節能獎懲機制、加強車間之間的能源協同和協調、

抬高循環冷卻水運行溫度、降低企業總管網管阻等等。

企業可以成立專門的節能管理部分，負責搜集整理工

業節能技術，然后在企業大范圍搞節能技術知識培訓；有條

件的企業也可以搞一些節能技術研發工作，生產企業的水電

汽和配套設備齊全，其實是最有條件和最方便開展節能技術

研發工作的，往往可以通過投入少量研發資金取得不錯的成

果；企業很有必要建立節能考核獎懲制度，讓每個員工都能

將節能的意識潛移默化到頭腦中，只有全員努力才能獲得最

大的節能效果；大型企業一般都有很多個生產車間，在實施

節能的行動中不能各自為戰，各車間之間應該加強溝通和協

調，互通有無，很多時候不同單位或部門之間的聯合節能行

動往往是投入較小但是收效卻比較大的。

很多南方企業夏季都受到30°C循環冷卻水依靠冷卻塔

溫度降不到30℃的困擾，往循環水里無限度地補充新鮮冷水

是很糟糕的辦法。最好的辦法是整體提高30℃循環冷卻水的

運行溫度到35℃,即改使用30℃循環冷卻水為使用35℃循

環冷卻水。這樣不可避免會有個別地方冷卻水溫達不到工藝

要求，我們只需要去改造這些局部的地方（一般是加大換熱

器面積）就好了。

很多企業的管網管道口徑都偏小，主要包括水、汽、物

料和壓縮空氣等的能源是非常巨大的。以某廠輸送淀粉乳

的管道為例，淀粉乳流量為28m3/h,輸送距離為500m。如

果使用DN100的管道輸送，32m揚程的泵就可以了，泵裝機

5.5KW,每小時耗電4.4度，年（7200小時計）耗電31680

度；而如果使用DN65的管道輸送，則需配備80m揚程的泵,

泵裝機15KW,每小時耗電12度，年耗電86400度。用DN65

的管道輸送比用DN65的管道輸送每年多耗電54720度，合

人民幣38000元左右，浪費是非常嚴重的。管損太大，或者

消耗過多的電能，或者降低蒸汽的品味。當一個企業管網的

管道口徑太小造成管損太大時，應該考慮重新敷設新管道以

替代舊管道或與舊管道并聯使用。

2、設計節能:

項目設計過程節能做得好不好，直接影響到生產線建成

后的能耗水平和生存能力。項目設計時必須做物料衡算和能

源衡算，而這兩個衡算實際上又相互影響。物料衡算計算得

準確可以使每個工序設備能力的配置也準確適宜，本身就是

設計節能的一個措施。做能源衡算時一定要注意能源的梯次

使用，不同品味能源的合理調配使用也是設計節能的一個重

要措施。設計節能做得好，不一定會增加工程總造價，甚至

有時還降低工程造價。

優化設計節能的一個有效手段是做整個生產線的能流

圖，當然標準的能流圖做起來很費事。我們可以做單線條能

流圖，只要把所有能源進出點和量標示清楚即可。能流圖最

大的好處就是可以讓我們看清楚能源的留出或流失方向，相

當于做數學題的驗算過程。當你從節約消耗去做節能無從下

手時，從減少流失去尋找節能的辦法，很可能就會豁然開朗

了。流失減少了，消耗自然會隨著降低。

大部分工業企業生產用能都依靠蒸汽和電，也就是說蒸

汽和電是工業企業的主要能源載體。所以我們考慮工業節能

時，主要考慮節約蒸汽和電。玉米深加工企業的用汽點有很

多，但按照用途不外乎包括：動力用汽（含排渣用汽和抽真

空用汽）、工藝反應用汽（包括液化用汽、玉米芯水解用汽）、

滅菌用汽、物料或水升溫用汽、蒸發濃縮用汽、干燥烘干用

汽、制冷用汽、采暖保溫用汽和清潔用汽等。對于動力用汽,

主要用來驅動汽輪發電機發電，熱電聯產時要盡可能降低體

系的蒸汽壓力需求，這樣氣輪機背壓可以調得更低發更多的

電。切忌為了局部需要高壓力蒸汽而提高整體蒸汽壓力，有

時局部的高壓力蒸汽需求可以使用壓縮機增壓來獲取。至于

排渣用汽（比如木糖水解排渣）和抽真空用汽（比如氫化釜放

料抽真空），則設計時應盡可能采用替代方法（如改用壓縮

空氣排渣）或盡可能減少其需求；對于工藝反應用汽，節汽

辦法一要盡可能使用低品味能源預熱物料，二要盡可能回收

反應后排放的尾氣；滅菌用汽的節汽要盡可能使用UHT連

消滅菌，罐類滅菌要盡可能減少放空排放量；物料或水升溫

用汽的節汽要盡可能使用低品味能源（優選通過料料換熱解

決）來升溫或預升溫；對于蒸發液縮用汽，首先要優先采用

廢熱蒸發器，其次考慮MVR或超多效，還應重視蒸前物料

使用低品味能源來預熱，最后其進冷凝器的廢汽還可以用來

預熱冷水或冷空氣等；干燥烘干用汽，要優先選擇間壁換熱

干燥設備，選用熱風烘干要盡量選用逆流型干燥設備，要盡

可能利用低品味能源預熱冷空氣，有可能的話要考慮尾風能

量的回收；制冷用汽的節汽，對于穩定制冷負荷，要盡可能

選用氟利昂機組制冷或制冷供熱一體熱泵機組，只有針對波

動較大而頻繁的制冷負荷（如空氣冷凍除濕和空調）才選用

需要消耗蒸汽的淡化鋰蒸汽吸收式制冷機組；對于采暖保溫

用汽和清潔用汽，則能不用盡量不用，非用不可時盡量少用，

能用熱水替代就不使用蒸汽。

玉米深加工企業常用的節電措施有：儲罐的攪拌要盡量

采用偏心螺旋槳推進攪拌，因為攪拌的目的是混合而不是旋

轉，一定要根據工藝的最低需求來確定，比如100立方的糖

化罐，配置1.5KW的攪拌足夠了，而且除進料和出料后期在

糖化過程只要間歇開啟就可以了；真空轉鼓生產商配的真空

泵普遍偏大，最好運行真空泵與掛土真空泵配一小一大；上

懸式離心機一定要加裝剎車饋電系統；泵的流量與揚程要選

配適中且輸送管道口徑適當放大；負荷經常變化的動力設備

一定要配變頻器等；要盡可能選用能效更高的大型設備；要

充分重視勢能，比如冷卻塔要放在屋頂，30℃循環水罐要放

在屋頂或最高層，這樣循環水泵耗電最少；電氣設計時要合

理選配變壓器、選用線徑足夠的電纜并重視無功損耗補償。

3、工藝節能

目前關于淀粉乳的液化，有采用一次噴射液化還是兩次

噴射液化的工藝爭論。兩次噴射液化肯定比一次噴射液化蒸

汽消耗高，薯類淀粉乳采用兩次噴射液化完全沒有必要，玉

米淀粉乳則要看產品是什么。玉米淀粉乳采用兩次噴射與一

次噴射的主要差別一是糖化DX平均約高0.2?0.3,二是糖

化液和成品的過濾速度明顯較快。所以對生產結晶糖、F55

果葡糖漿，以采用兩次噴射為宜，特別是生產藥用葡萄糖，

兩次噴射是必須的；對于生產轉化糖漿、麥芽糖漿、F42果

葡糖漿和發酵用糖漿等則只需要一次噴射就可以了。液化和

糖化的濃度也是影響能耗的一個因素，在不影響液化和糖化

效果的前提下應盡可能提高料液濃度。

結晶工藝對節能效果的影響也很大，如降溫結晶終了溫

度能夠盡量調高，則低溫循環冷卻水的消耗可以下降從而達

到節能的目的；很多企業的結晶采用多段或多級結晶，比如

煉糖企業采用五段或六段煮糖。有時過多的結晶段數不但無

助于提高產品質量，反而增加了能源的消耗。一般情況下，

只要選擇合理的結晶注罐純度，結晶最多分成兩段就可以

了，一段用來保證產品的高品質，另一段用來把可提取物充

分提取出來。將多段結晶優化成兩段結晶，不但可以達到節

能的目的，由于結晶時間縮短，還可以減少結晶過程化學轉

化副反應，提升產品質量。

在精制蔗糖的生產過程中，糖液先經脫色和離子交換精

制，在結晶提取后有一部分母液必須回套到脫色前脫除煮糖

過程產生的色素。如果采用先脫色后離交的精制工藝，回套

母液則也同時需要再次進入離交；而如果采用先離交后脫色

的精制工藝，回套母液套到脫色前則無需再次進入離交。回

套母液再次離交不但增加交換負荷，而且因離交有濃度要求

而稀釋母液也會造成蒸發負擔增大。所以采用采用先離交后

脫色的精制工藝要節能的多。

葡萄糖生產過程采用低溫脫色工藝也可以節能，即糖化

液不加熱即到真空轉鼓過濾，這樣濾液溫度為53?56℃之

間，不升溫直接加入粉末活性炭進行脫色。很多書籍都有介

紹說活性炭在75?80℃之間比較合適，活性炭吸附色素能力

較高。但是筆者的看法是活性炭在75?80℃之間脫色只是吸

附速度較快，采用53?56℃之間的低溫脫色工藝，只需加長

活性炭與糖液之間的混合接觸時間即可，活性炭照樣可以充

分吸收色素，并不會增加活性炭消耗。如果采用75?80℃的

高溫脫色工藝，不但需要對轉鼓濾液升溫，還需對脫色液充

分降溫才能去離子交換，這一來一回之間，浪費能源很多。

在結晶產品的生產過程中，強化離心分離使烘干前晶體

含水更低；在淀粉生產中將蛋白壓濾脫水的水分控制得更

低；在糊精的生產中適當提高溫度盡可能提高噴霧干燥前入

料濃度。這些工藝改進都可以達到很不錯的節能效果。因為

所有干燥設備蒸發水分的效率都比較低，管束干燥烘干蛋白

蒸發IKg水需耗汽1.2-1.3Kg蒸汽；逆流流化床干燥烘干晶

體蒸發IKg水需耗汽1.5?1.8Kg蒸汽，氣流干燥燥烘干晶體

蒸發IKg水則需耗汽2.5?3.0Kg蒸汽；噴霧干燥蒸發IKg

水需耗汽1.5?1.8Kg蒸汽，，因噴霧干燥原料含水較多，總

體能耗很大。

在保證所生產的產品質量和產能的前提下，通過調整和

優化工藝來節能，因無需增加設備，因而往往收到事半功倍

的效果。

4、采用新型節能設備

在當今全社會都關注節能的形勢下，必然會有很多的社

會資源投入到節能設備的研發上，隨時都可能會有新型高效

的節能設備出現。作為企業的技術主管，要經常關注節能設

備的發展，特別是要跨行業去發現機會。企業中很少的設備

是行業專用的，大部分都是通用設備，只要充分論證物料的

特性，跨行業引用節能技術的風險不會很大。企業只有不斷

采用新型高效節能設備去更新替換老式高能耗設備，才能獲

得或維持企業在行業中的技術領先地位。

玉米深加工行業采用新型節能設備的范例有很多：比如

新型的快速烘炒管束干燥機，因采用機內存料較少的結構和

較高的烘干溫度的提高了傳熱效率，可以節約蒸汽消耗10?

15%和電耗50%以上；蒸發濃縮采用MVR蒸發器替代多效

蒸發器和采用MVR蒸發結晶罐替代單效蒸發結晶罐可以取

得非常不錯的節能效果；采用逆流固定流化床干燥機和逆流

固定流化床冷卻機可以分別節約蒸汽和冷源；玉米浸泡時循

環浸泡液改用間壁換熱器利用管束烘干機汽凝水加熱取代

直接蒸汽加熱；玉米漿濃縮采用廢熱蒸發器利用管束烘干機

廢汽作為熱源；冷卻水循環泵采用三元流葉輪的離心泵可以

節電15%左右；穩定的制冷負荷采用氟利昂壓縮制冷機組，

而波動的制冷負荷則采用淡化鋰吸收式制冷機組；選用溫降

相對較高的冷卻塔有利于減少冷卻水循環量。

幾乎所有的工序，只要你去研究探討，都可以發現節能

的潛力。發現節能潛力后，因及時做經濟評估，有的節能改

造項目，在某一段時期經濟上不一定合算，但時過境遷后有

可能變得合算。企業應該對兩三年內可以收回投資的節能改

造項目快速決策施行，一般企業都有很多這樣的機會。

5、煙氣含氧量自動控制技術

在鍋爐的燃燒過程中，通過變頻控制鼓風機的鼓風量

來調節燃料與空氣的適當比例，不但可以降低鼓風機的電

耗，還能使鍋爐處于最佳燃燒狀態，煤的燃燒非常充分并且

煙氣溫度相對較低，鍋爐整體熱效率獲得提升，達到節煤的

目的。通常用過剩空氣系數來衡量鍋爐燃燒效果的好壞，一

般結論認為過剩空氣系數在1.2?1.3之間為最佳，系數過大,

多余空氣會增加排煙損失，系數過低會造成燃燒不充分同樣

降低鍋爐效率，還有可能造成未燃燒燃料進入爐灰或煙氣。

鍋爐的控制系統主要包括四個控制回路：1、爐膛微負

壓控制，通過變頻控制引風機來實現；2、鍋爐水位控制，

通過控制給水管道上的節流調節閥來實現；3、蒸汽壓力控

制，通過控制燃煤供應量來實現；4、空氣與燃料比例控制，

通過變頻控制鼓風機的鼓風量來實現。前三個控制都比較好

實現，空氣與燃料比例控制則在很多企業都控制得不好或者

沒有實現自控，本文主要討論空氣與燃料比例控制。

由于過剩空氣系數的在線檢測比較困難，所以我們采用

控制煙氣含氧量來間接控制空氣與燃料比例。煙氣的含氧量

和過剩空氣系數有比較強的關聯性，也就是和空氣與燃料比

例有比較強的關聯性。煙氣的含氧量可以通過氧化錯氧量計

(OT)來在線檢測并轉換成4?20mA模擬信號。氧化錯氧

量計是利用氧化錯材料在氧壓差推動下的氧傳導過程產生

電動勢的原理，通過空氣與煙氣之間的氧壓差來產生電位

差，再將電位差信號放大轉換成氧含量模擬信號。氧化錯氧

量計的使用壽命與煙氣的二氧化硫含量有關，二氧化硫含量

越高，氧量計的使用壽命越低。

鼓風機的負荷與電機轉速的三次方成比例，通過弱化比

例響應，強化積分響應并且啟用微分響應的模糊自動控制手

段，可以采用單回路控制通過鼓風機電機變頻調速來實現煙

氣含氧量的自動控制。當煙氣含氧量偏高時，降低鼓風機的

轉速；煙氣含氧量偏低時，升高鼓風機的轉速。

因為在鍋爐壓火時需要非常低的鼓風量，鼓風機需要在

20Hz以下的頻率運行，所以要給鼓風機配備專用變頻電機，

即冷卻風扇與電機主軸脫開獨立的變頻電機。為了讓鍋爐在

不同負荷下都能獲得最佳的空氣與燃料比例，還需要對煙氣

含氧量自控回路的設定值做自動修正，修正的辦法是引鍋爐

的產汽流量信號作為修正變量參數，使煙氣含氧量隨鍋爐的

產汽負荷在一定的范圍內自動調整。比如讓氧含量設定值在

6.0?8.0%之間調整，產汽負荷越低，設定值越靠近6.0%;產

汽負荷越低，設定值越靠近8.0%。

又由于煙氣含氧量自控回路的PID參數整定時整體采用

響應偏低的設定，而且煙氣氧含量隨鼓風量而變化的滯后較

大，所以有必要利用煙氣含氧量的高位報警來修正控制回路

的輸出值，即當含氧量高位報警時，對鼓風機的運行頻率做

一次跳躍性的降低(比如降低3Hz)。

6、煙氣脫硫節能

鍋爐煙氣的脫硫一般采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，利

用價廉易得的石灰乳作為脫硫吸收劑。石灰乳經泵打入吸收

塔與煙氣充分接觸，使煙氣中的二氧化硫與乳液中的石灰進

行反應生成亞硫酸鈣，再從吸收塔下部漿池鼓入氧化空氣使

亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定過飽和度后，結晶

形成二水石膏。從吸收塔底排出的石膏漿液經濃縮、脫水，

使其含水量小于10%,然后用輸送機送至石膏堆放庫堆放。

脫硫后的煙氣經過除霧器除去霧滴后，由煙囪排入大氣。

目前大部分鍋爐使用的脫硫（吸收）塔采用噴淋的辦法，

將石灰乳通過噴嘴形成液膜，煙氣向上穿過液膜完成對二氧

化硫的吸收。對于進入脫硫塔SO2濃度在1500mg/m3的煙

氣，需要三層噴淋，排煙SO2濃度才能降到200mg/m3以下，

要降到50mg/m3以下，達到深度脫硫的效果，則需要四層

甚至五層噴淋。每層噴淋將會給煙氣通過脫硫塔增加150?

180Pa的阻力。

一種新型的節能高效深度脫硫裝置很值得推廣，該裝置

采用氣流噴霧的方式在脫硫塔內形成石灰乳霧化區，煙氣通

過霧化區時的脫硫率可以高達85%以上。對于進入脫硫塔

SO2濃度在1500mg/m3的煙氣，在三層噴淋排煙SO2濃度

降到200mg/m3以下的基礎上加設氣流噴霧，排煙SO2濃度

可以降到30mg/m3以下，達到深度脫硫的效果。

氣流噴霧是將壓縮空氣用＞300m/s的速度從噴嘴噴出，

靠氣液兩者間的速度差產生的摩擦力，使石灰乳分離成細小

的霧滴。氣流噴霧形成的霧滴粒徑小（50-80國11）,脫硫反應

速度快。因霧層較厚，反應時間充足，反應比較徹底。所以

噴霧脫硫效率較高。為了防止堵塞噴嘴，石灰乳必須先經旋

流除石和管道過濾器過濾。

氣流噴霧脫硫所需脫硫劑循環量遠小于噴淋脫硫單層

所需量，循環泵動力消耗不到噴淋脫硫單層消耗的一半，雖

然噴霧用壓縮空氣消耗一部分動力，但總的動力消耗仍然比

噴淋脫硫單層消耗低很多。加上煙氣通過脫硫塔內氣流噴霧

區只增加40?50Pa的阻力，不到噴淋脫硫單層阻力的三分之

一，可以明顯減少鍋爐引風機的動力消耗。

采用氣流噴霧脫硫來改造噴淋脫硫塔，無論是在三層噴

淋的基礎上增加氣流噴霧脫硫（無需更換脫硫塔或加大鍋爐

引風機）以達到深度脫硫的目的，還用氣流噴霧脫硫來替代

掉一至二層噴淋脫硫來節能增效，都可以獲得不錯的效果。

7、能量遷移（低溫定向熱泵）

能量遷移又稱熱泵技術，指通過熱泵將能量從低溫物料

遷移到高溫物料中從而達到節能的目的。

熱泵實際上應該叫能量泵或能量泵機組，即推動能量轉

移的裝備或機組。熱泵的概念比較抽象，為了便于理解，我

們可以通過熱泵與離心水泵的特性對照來了解熱泵。

我們知道，在自然狀態下，水往低處流。如果我們需要

水往高處流，則可以通過離心水泵來實現。

同樣，在自然狀態下，能量總是從高溫物體向低溫物體

傳導。如果我們要實現能量從低溫物體向高溫物體傳導，則

可以通過能量泵即熱泵來實現。

離心水泵是通過電能來驅動泵的葉輪，將機械能轉化成

動能和勢能，從而實現水從低位到高位的輸送。

而熱泵則包括三部分：低溫蒸發吸熱器（換熱器）、氣

體壓縮機和高溫冷凝放熱器。而且熱泵在運行過程中還必須

添加導熱載體（或稱導熱劑）。導熱劑在低溫蒸發吸熱器的

低溫環境下，因低壓或高真空仍然發生蒸發，由液態變為氣

態，從而通過換熱器從低溫物體將能量吸入導熱劑中；氣態

導熱劑通過氣體壓縮機壓縮到高溫冷凝放熱器后，壓力升高

或真空度減小，雖然處于高溫環境下，仍然能因高壓或真空

度減小而發生冷凝，由氣態變成液態從而使導熱劑中能量通

過換熱器向高溫物體釋放；釋放能量冷凝后的導熱劑經由減

壓閥流回到低溫蒸發吸熱器中完成一個工作循環。通過導熱

劑的連續循環工作，熱泵實現了將能量從低溫物體傳導到高

溫物體的功能。

離心水泵在消耗電能完成水從低處往高處輸送的過程

并不改變水的數量，所以耗電過程并不伴生水數量的變化。

同樣，熱泵在消耗電能（氣體壓縮機需耗電）完成能量

從低溫物體傳導到高溫物體的過程中也不是為了改變所輸

送的能量的數量（雖然實際上多少會有些增加），所以耗電

量與所輸送能量的數量變化基本無關。熱泵節能的道理是將

無用或低經濟價值的低溫能量，通過熱泵輸入到更高溫的物

體中，從而替代或減少通過使用有價值或高價值高溫能源以

達到節能的目的。

當處于低位的水源廉價易獲取時，評判用離心水泵將水

從低位送到高位是否經濟的依據是，比較將水揚升的花費是

否比用其它方法在高處獲取水源更經濟，而不是說離心泵運

行過程可以產生水。

同樣，當低溫的能源是廉價（比如空氣中含有的能量目

前都還是免費的）或容易獲取的，評判用熱泵將能量從低溫

物體輸送到高溫物體是否經濟的依據是，比較輸送能量的花

費是否比用其它方法（比如用鍋爐燒蒸汽）獲得能量更經濟,

而不是說熱泵將電能轉化成了多少熱能給高溫物體使用。

離心水泵在同等揚升高度或揚程下，其電耗與輸送水量

成正比。

熱泵在同等的逆溫差或溫升下，其電耗與輸送能量數量

成正比。

離心水泵在用于將水從高位輸送到低位的過程中可以

加快水的輸送速度，利用水能自動從高位流到低位可以實現

水力發電。

熱泵在用于將能量從高溫物體輸送到低溫物體的過程

中可以加快能量的輸送速度，利用能量能自動從高溫物體傳

導到低溫物體可以實現溫差發電。

在輸送同等數量的水時，離心水泵的電耗與揚程成正比

例。

在輸送同等數量的能量時，熱泵的電耗與溫升成正比

例。這一點對于我們優化熱泵節能技術非常重要。

離心水泵在輸送水的過程中由于管道的阻滯會造成一

定的揚程（壓頭）損失，管道越粗，揚程損失越小。在選用

離心水泵時考慮到揚程損失，應選取比實際需求略大揚程的

離心水泵。

熱泵在輸送能量的過程中由于換熱器對熱傳導的阻滯

會造成一定的溫升損失，熱泵的換熱器換熱面積越大，溫升

損失越小。在選用熱泵時考慮到溫升損失，應選取比實際需

求略大溫升的熱泵。

熱泵的特性除上述與離心水泵相似之處外，也有些不同

之處：一是離心水泵的電耗只與進出口壓差（揚程）成正比

例關系，而與進口或出口的實際壓力關系不大。熱泵則不但

與溫升成正比例，還與冷熱物體的具體溫度有一定的關系，

冷熱物體的具體溫度在某些特定的情況下對電耗的影響甚

至超過了溫升變化對電耗的影響幅度；二是離心水泵輸送的

是看得見摸得著的水，而熱泵輸送的則是看不到經常也是摸

不著的能量，這也是為什么很多人對熱泵技術不能完全理解

的主要障礙。熱泵輸送的能量雖然看不見摸不著，但是可以

感覺和檢測出來，所以并不影響它的推廣應用；再有一個不

同之處是熱泵工作時需要導熱劑，熱泵的電耗還與采用何種

導熱劑有直接的關系。

最常用的熱泵是有幾十年歷史而且已經進入千家萬戶

的空調機，空調機運行時將能量從溫度較低的室內輸送到溫

度較高的室外，從而實現室內維持在較低溫度的涼爽狀態。

通過空調這個常例的熱泵，從理解了空調的工作原理上

升到理解熱泵的工作原理后，將大大拓寬熱泵的使用范圍，

并且反過來推動空調技術的進步。現如今的空調由單冷進步

到冷暖，由冷暖進步到空氣能熱水器和制冷與供熱水一體

機，實際上已經把單純的空調朝向熱泵機組轉變。相信不久

的將來，居民生活用空調一定是整個小區的冷暖浴一體中央

空調（熱泵機組）：即夏季由于制冷從居民家中推送出來的

能量不是直接散入大氣中，而是推送到冷水中用于產生可供

洗浴用的熱水；在冬季時則將空氣中的能量推送到熱風中給

居民采暖，或推送到冷水中加熱成熱水供給居民洗浴使用。

工業熱泵技術的根本目的就是為了節能，其在玉米深加

工產業具有非常廣闊的應用前景。我們知道，常溫的玉米進

入深加工車間，加工生產得到常溫的淀粉糖產品或發酵制

品，而生產過程又并不需要能量或者說需要能量很小（60小

時糖化過程基本不降溫就是證據），為什么我們的產線還要

消耗大量的外來蒸汽作為能源呢？答案就是為了滿足生產

線各工序的溫度要求，雖然我們已經做了大量的廢熱回收工

作，我們仍然需要不停地往生產線充填能量，而充填的這些

能量不是進入到了產品中，而是通過冷卻塔和干燥尾風又將

這些能量無休止地排入了大氣中。熱泵技術為我們玉米深加

工生產提供了這樣一種可能：將生產中“使用新鮮能源同時

冷卻塔和干燥尾風又不停排放能量”的模式，轉變為“各個

生產環節能源全部循環利用，生產線完全不使用外來蒸汽，

同時取消冷卻塔，干燥尾風降到常溫”的新模式。這樣我們

的企業將獲得經濟效益和環境友好的雙豐收。

8、MVR蒸發（低壓比低溫升循環熱泵）

MVR蒸發器是指機械式蒸汽壓縮循環蒸發器，是國際上

二十世紀九十年代末開發出來的新型高效節能蒸發設備。其

工作原理是蒸發器產生的二次蒸汽經蒸汽壓縮機作用后，溫

度提升8?9℃,返回用于蒸發器的加熱熱源，替代去絕大部

分的生蒸汽，生蒸汽僅用于補充熱損失和補充進出料溫差所

需熱始，從而大幅度減低蒸發器的生蒸汽消耗，達到節能的

目的。

下圖是典型MVR蒸發器的工作原理圖：

MVR蒸發器（一般為單效蒸發）是熱泵的一個特例，也

是眼下比較熱門的節能蒸發設備：o其作為熱泵的一個特例

是因為它直接使用蒸發器連續產生的二次水蒸汽作為導熱

劑，導熱劑經壓縮冷凝后直接排出而不回流到低溫蒸發吸熱

器中，所以可以將低溫蒸發吸熱器的換熱器與高溫冷凝放熱

器的換熱器合并成一臺換熱器，并且借用蒸發設備的加熱器

來兼作這臺合并后的換熱器。這樣MVR蒸發器就相當于一

個“工作介質和傳熱介質合二為一，以水作為導熱劑、由蒸

發器的換熱器兼作低溫蒸發吸熱器與高溫冷凝放熱器共同

合并使用的換熱器”的熱泵機組。蒸發器蒸發過程本身并不

消耗能量，加熱蒸汽在使物料蒸發出二次蒸汽后，其中大量

的能量即通過自然傳導進入二次蒸汽中。普通的蒸發器由于

無法再利用二次蒸汽中的能量（潛熱），而被迫向加熱室連

續補入外來蒸汽作為維持蒸發運行的能源。MVR蒸發器由于

形成了一個熱泵系統，則可以將二次蒸汽中的能量輸送回到

蒸發器中作為物料蒸發出二次蒸汽所需能源，從而無需再添

加外來蒸汽即可維持蒸發的連續運行。這就是MVR蒸發器

為什么節能，為什么不消耗外來蒸汽的根本道理。

MVR蒸發器的蒸汽消耗非常低，蒸發噸水耗汽量約0.02

噸汽（20Kg汽，主要用于密封壓縮機），遠比帶熱泵四效降

膜最低汽耗0.23噸要低得多。在制糖工業生產上的許多場合,

很容易通過廢熱或料與料之間的換熱將蒸發進料溫度升至

比蒸發溫度略高，這樣MVR蒸發器的物料預熱也會無需耗

汽。

MVR的電能消耗是用來提升二次蒸汽的品位，通過壓縮

升溫將本來已經沒有使用價值的廢棄二次蒸汽變得可以再

利用，而不是將電能作為驅動蒸發的能源，也不是用電來加

熱蒸汽。

MVR蒸發器的蒸發溫度較低，因MVR蒸發器采用單效

真空蒸發，蒸發溫度相當于多效降膜蒸發器的末效蒸發溫

度。蒸發溫度低對糖液的濃縮非常有好處，糖液在濃縮過程

顏色基本不加深。

MVR蒸發器的循環冷卻水的消耗量非常低。30℃循環冷

卻水循環量＜2噸/蒸發噸水。

MVR蒸發器的電耗相對較高，蒸汽壓縮機的裝機功率約

為22KW/T蒸發量/h,由于蒸汽壓縮機電耗較大導致蒸發每

噸水的電耗比帶熱泵四效降膜蒸發器高16?20度。

生產0.21噸蒸汽約需消耗42.0Kg標煤，電廠發電15度

約需消耗5.6Kg標煤，用MVR蒸發器替代多效降膜蒸發器，

蒸發每噸水可節約36.4Kg標煤，節煤率高達86.7%。

在當今能源價格上漲造成蒸汽價格上升的前提下，

MVR蒸發器的推廣應用變得越來越合適。

MVR蒸發器的造價較高，造價高的主要原因在蒸汽壓縮

機。MVR蒸發一般選用溫升8℃左右的蒸汽壓縮機（若采用

更高溫升，蒸發器造價可以下降電耗會成比例增加，需從經

濟上核算后決策），低于四效降膜蒸發器每效的傳熱溫差，

所以MVR蒸發器的傳熱面積約為四效降膜蒸發器總換熱面

積的1.5?1.8倍，較高的換熱面積造成MVR蒸發器扣除蒸汽

壓縮機造價后仍然比帶熱泵四效降膜蒸發器高25?30%。不

過采用MVR蒸發器后，是可以同時節省塊鍋爐房的投資和

30℃循環冷卻水的投資，所以對自產蒸汽的企業，MVR蒸發

器扣除蒸汽壓縮機造價后的投資額與帶熱泵四效降膜蒸發

器的投資額基本持平。

氣體被壓縮后溫度的上升量我們稱之為壓縮溫升。一般

氣體壓縮機的壓縮溫升都不會成為像MVR這樣重要的關注

因素，因為MVR的壓縮溫升是建立蒸發濃縮的能量循環使

用系統最重要的驅動力，也就是傳熱溫差。但是，由于機械

能的轉化，飽和蒸汽通過MVR壓縮后得到的被壓縮蒸汽是

過熱蒸汽，其過熱度是與壓縮機的壓縮比成正比例的。我們

都知道，過熱蒸汽的熱焰中，其潛熱是主要部分，顯熱與潛

熱相比微不足道。雖然MVR壓縮后的蒸汽過熱對蒸發濃縮

傳熱效率的影響不是很大，但是蒸汽的過熱對我們評判MVR

和蒸發液縮設備的工作效率和狀況卻會帶來極大的誤導。所

以我們MVR制造和應用行業形成了一個共識，評判MVR的

壓縮溫升時不用溫度計實際測量的溫度，而是用壓力計測壓

縮機進出口的壓力，根據壓力查對應的水蒸氣飽和溫度，飽

和溫度之差才作為MVR的壓縮溫升。這一點很重要，如果

你用溫度計實測的進出口溫差來衡量MVR，你會得出不可思

議的錯誤結論。

MVR的密封采用多道破環密封，無論進口還是國產都無

法做到零泄漏，所謂蒸汽密封是指添加微量蒸汽以替代空氣

漏向MVR,因為蒸汽漏入MVR后既不影響壓縮機的運行性

能，又不影響蒸發器的真空度。還有一種解決MVR泄漏的

辦法是采用平衡氣腔式碳環密封，此次不詳細介紹。

MVR蒸發器用于濃縮糖液時，出料濃度是一個需要在設

計蒸發器時重點考慮的問題。因為糖液濃度越高，糖液沸點

升高越大，同樣壓縮溫升下蒸發的有效傳熱溫差越小，或者

同樣的有效傳熱溫差下需要配備壓縮溫升更高，壓縮機耗電

也更大。

飽和蒸汽的密度隨著溫度的升高而增大（82°C蒸汽比重

0.31Kg/m3約為空氣的1/4）,所以MVR的進口溫度對MVR

的造價影響不小，而且蒸發溫度的提高對于減少蒸