在全球“雙碳”目標深入推進、能源結(jié)構(gòu)加速優(yōu)化的背景下，工業(yè)領(lǐng)域“高耗能、低利用”的痛點日益凸顯，其中低溫余熱（通常指溫度低于200℃的煙氣及100℃以下液態(tài)介質(zhì)所含熱能）的回收利用成為破解能源浪費、提升能源利用效率的關(guān)鍵突破口。低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)作為一種高效的能量品位提升裝備，憑借“搬運熱能而非產(chǎn)生熱能”的核心優(yōu)勢，實現(xiàn)了低品位余熱向高品位可用能的轉(zhuǎn)化，為能源企業(yè)節(jié)能降本、綠色轉(zhuǎn)型提供了系統(tǒng)性解決方案，成為能源行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心支撐技術(shù)之一。

一、低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)核心原理與技術(shù)架構(gòu)

低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)的核心邏輯，基于熱力學(xué)第二定律，通過消耗少量高品位能源（如電能、少量蒸汽）作為驅(qū)動能，借助熱泵循環(huán)的蒸發(fā)、壓縮、冷凝、節(jié)流四大核心過程，將工業(yè)生產(chǎn)中閑置的低溫余熱（如鍋爐尾部煙氣、工藝冷卻水、廢汽廢水等）進行吸收、提升，轉(zhuǎn)化為可滿足生產(chǎn)工藝加熱、供暖、熱水供應(yīng)等需求的中高溫?zé)崮埽ㄍǔ?0-95℃），實現(xiàn)“低品位余熱回收—能量品位提升—高品位能再利用”的閉環(huán)循環(huán)，本質(zhì)是一種高效的“熱能搬運與升級系統(tǒng)”。

（一）核心工作原理

系統(tǒng)工作過程可分為四個關(guān)鍵階段，形成完整的熱力循環(huán)：一是蒸發(fā)階段，低溫余熱載體（如40℃左右的循環(huán)冷卻水、30-50℃的空調(diào)排熱）流經(jīng)蒸發(fā)器，將熱量傳遞給蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑，制冷劑吸熱后蒸發(fā)為低溫低壓的氣態(tài)；二是壓縮階段，氣態(tài)制冷劑經(jīng)壓縮機（離心式、螺桿式等）壓縮后，變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)，完成能量品位的提升；三是冷凝階段，高溫高壓的氣態(tài)制冷劑進入冷凝器，將自身熱量傳遞給被加熱介質(zhì)（如供暖水、工藝用水），制冷劑冷凝為高溫高壓的液態(tài)；四是節(jié)流階段，液態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫，變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)，重新進入蒸發(fā)器，開啟下一輪循環(huán)，實現(xiàn)熱量的持續(xù)搬運與利用。

相較于傳統(tǒng)余熱回收技術(shù)，低溫余熱熱泵系統(tǒng)的核心優(yōu)勢的在于能量轉(zhuǎn)化效率高，其性能系數(shù)（COP值，即制熱量與驅(qū)動熱量的比值）表現(xiàn)優(yōu)異：吸收式熱泵COP值可達1.7-1.8，即消耗1KW高溫驅(qū)動熱源，可制取1.7-1.8KW所需熱水熱量；壓縮式熱泵COP值維持在3-6.67，部分先進機組甚至超越世界領(lǐng)先水平，大幅降低了驅(qū)動能源的消耗。

（二）核心技術(shù)架構(gòu)與關(guān)鍵組件

一套完整的低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)，由余熱采集系統(tǒng)、熱泵主機系統(tǒng)、熱能輸出系統(tǒng)及智能控制系統(tǒng)四大模塊構(gòu)成，各模塊協(xié)同工作，確保系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、適配工業(yè)復(fù)雜工況：

1. 余熱采集系統(tǒng)：作為系統(tǒng)的“熱量入口”，核心作用是高效收集工業(yè)生產(chǎn)中的低溫余熱，關(guān)鍵設(shè)備包括余熱換熱器、余熱收集管道、過濾器等。針對不同形態(tài)的低溫余熱（氣態(tài)、液態(tài)），采用差異化采集方案：對于鍋爐尾部煙氣（55-200℃），采用耐腐蝕換熱器，將煙氣溫度降至30℃左右，回收水蒸氣凝結(jié)潛熱，同時實現(xiàn)“消白”效果；對于工藝冷卻水、廢汽廢水（13-70℃），采用殼管式或板式換熱器，減少熱量損耗，確保余熱高效提取。需重點解決低溫腐蝕問題，通過優(yōu)化換熱器材質(zhì)、提升最低壁溫至酸露點以上，保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

2. 熱泵主機系統(tǒng)：系統(tǒng)的“核心心臟”，決定能量轉(zhuǎn)化效率與運行穩(wěn)定性，主要分為吸收式與離心式（壓縮式）兩大類型，適配不同工業(yè)場景：        

吸收式溴化鋰熱泵：以蒸汽或燃氣為驅(qū)動熱源，由蒸發(fā)器、吸收器、冷凝器、發(fā)生器、熱交換器等組件構(gòu)成，可利用13-70℃的廢熱水，制取不高于95℃的高品位熱水，平均升溫達40℃左右，適配大型工業(yè)場景（如電廠、煉化廠）的大規(guī)模余熱回收，單機制熱量可超過200MW。
離心式熱泵：以電能為驅(qū)動，通過離心式壓縮機實現(xiàn)制冷劑的壓縮升級，工作分為蒸發(fā)、壓縮、冷凝三個階段，熱負荷適應(yīng)性強，經(jīng)分段蒸發(fā)、分段冷凝技術(shù)優(yōu)化后，能效比可提升15%-20%，適配中大型供熱及工藝用熱場景。

3. 熱能輸出系統(tǒng)：作為系統(tǒng)的“熱量出口”，負責(zé)將提升后的高品位熱能輸送至終端用能場景，關(guān)鍵設(shè)備包括保溫管道、儲能裝置、換熱機組等。可根據(jù)能源企業(yè)的實際需求，靈活輸出熱水、熱風(fēng)或蒸汽，適配生產(chǎn)工藝加熱、廠區(qū)供暖、生活熱水供應(yīng)等多場景用能，同時可與現(xiàn)有熱力系統(tǒng)無縫對接，提升能源綜合利用效率。

4. 智能控制系統(tǒng)：采用PLC控制系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化運行、參數(shù)實時監(jiān)測與智能調(diào)控。可實時采集余熱溫度、制冷劑壓力、輸出熱能溫度等關(guān)鍵參數(shù)，自動調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速、閥門開度等，確保系統(tǒng)在不同工況下始終處于最佳運行狀態(tài)，同時具備故障報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、遠程調(diào)控功能，降低人工運維成本，提升系統(tǒng)運行可靠性，保障全年可用率不低于95%。

二、低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)的行業(yè)適配性與典型應(yīng)用場景

能源行業(yè)（電力、煉化、冶金、化工等）是低溫余熱產(chǎn)生的核心領(lǐng)域，各類生產(chǎn)環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生大量可回收的低溫余熱，低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)憑借廣泛的適用性、靈活的配置方式，可精準適配不同能源企業(yè)的生產(chǎn)工況，實現(xiàn)余熱資源的規(guī)模化、高效化回收利用，以下為典型應(yīng)用場景解析：

（一）電力行業(yè)：熱電聯(lián)產(chǎn)機組余熱回收與靈活性改造

在火電、熱電聯(lián)產(chǎn)項目中，汽輪機低壓缸排汽、循環(huán)冷卻水（25-45℃）、鍋爐尾部煙氣（55-120℃）等環(huán)節(jié)會產(chǎn)生大量低溫余熱，傳統(tǒng)方式下多通過冷卻塔排放，造成能源浪費與熱污染。低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)可實現(xiàn)此類余熱的深度回收，核心應(yīng)用價值體現(xiàn)在兩個方面：一是回收循環(huán)水、煙氣余熱，加熱熱網(wǎng)回水，替代部分高品位蒸汽加熱，降低供熱煤耗，提升機組綜合能源利用效率，將熱電聯(lián)產(chǎn)綜合能效從80%左右提升至90%以上；二是助力熱電解耦，在維持供熱量不變的前提下，減少“以熱定電”約束，降低機組最小技術(shù)出力10%-20%，提升深度調(diào)峰能力，獲取調(diào)峰收益。

（二）煉化行業(yè)：工藝余熱回收與清潔供暖

煉化企業(yè)生產(chǎn)過程中，催化裂化、常減壓、加氫等工藝環(huán)節(jié)會產(chǎn)生大量低溫余熱（如循環(huán)水余熱、工藝廢水余熱，溫度30-80℃），此類余熱分散但總量巨大。低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)可針對性回收此類余熱，用于工藝伴熱、廠區(qū)供暖、員工生活熱水供應(yīng)等場景，替代傳統(tǒng)電加熱、燃氣加熱方式，大幅降低化石能源消耗與碳排放。

（三）冶金行業(yè)：生產(chǎn)廢水余熱回收與節(jié)能降耗

冶金企業(yè)（鋼鐵、有色金屬）的高爐冷卻、轉(zhuǎn)爐除塵、軋鋼等環(huán)節(jié)，會產(chǎn)生大量低溫生產(chǎn)廢水（溫度40-60℃），此類廢水中含有大量余熱，傳統(tǒng)處理方式為冷卻后排放，不僅浪費能源，還可能造成水體污染。低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)可回收此類廢水余熱，用于高爐熱風(fēng)爐預(yù)熱、廠區(qū)供暖、酸洗工藝加熱等，實現(xiàn)余熱資源化利用，降低生產(chǎn)能耗。

三、低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)的核心優(yōu)勢與綜合效益

對于能源企業(yè)而言，低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)不僅是一種余熱回收技術(shù)，更是一種“節(jié)能降本、綠色轉(zhuǎn)型、提質(zhì)增效”的綜合性解決方案，其核心優(yōu)勢與綜合效益主要體現(xiàn)在以下四個方面：

（一）能源利用效率高，節(jié)能效果顯著

系統(tǒng)核心優(yōu)勢在于“低投入、高產(chǎn)出”，通過消耗少量驅(qū)動能源，實現(xiàn)大量低溫余熱的回收利用，COP值遠高于傳統(tǒng)加熱設(shè)備（如電鍋爐COP≈0.9，燃氣鍋爐COP≈0.85，而熱泵系統(tǒng)COP可達1.7-6.67）。據(jù)統(tǒng)計，我國工業(yè)領(lǐng)域每年約有50%的中低溫余熱未被有效利用，相當于每年浪費近2億噸標準煤，若40%的余熱能通過熱泵系統(tǒng)回收利用，一年可節(jié)約1.65億噸標煤，節(jié)能潛力巨大。對于能源企業(yè)而言，可大幅降低生產(chǎn)過程中的能源消耗，提升能源綜合利用效率，破解“高耗能、低效益”的發(fā)展困境。

（二）降本增效明顯，投資回報可觀

能源企業(yè)的能源消耗成本占生產(chǎn)總成本的比重較高，低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)可替代傳統(tǒng)電、燃氣、蒸汽加熱方式，大幅降低能源采購成本；同時，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、運維成本低，無明火、無污染物排放，可減少環(huán)保治理成本與安全運維成本。從投資回報來看，系統(tǒng)投資回收期通常為3-6年，部分大型工業(yè)項目（如電廠、煉化廠）因余熱資源豐富，投資回收期可縮短至3年以內(nèi)，長期運行可為企業(yè)創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益。

（三）綠色低碳環(huán)保，助力雙碳目標

系統(tǒng)核心是回收利用閑置的低溫余熱，無需燃燒化石能源，可大幅減少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放，同時減少冷卻塔白霧排放與熱污染，改善周邊生態(tài)環(huán)境。以電廠應(yīng)用為例，一套大型吸收式熱泵系統(tǒng)每年可減排二氧化碳10萬噸以上，相當于種植近55萬棵成年樹木，既能幫助能源企業(yè)滿足環(huán)保排放要求，又能助力企業(yè)實現(xiàn)碳減排目標，提升企業(yè)綠色品牌形象。

（四）適配性強，靈活適配多場景需求

系統(tǒng)可根據(jù)能源企業(yè)的余熱類型（氣態(tài)、液態(tài)）、余熱溫度（13-200℃）、用能需求（供暖、工藝加熱、熱水供應(yīng)），靈活配置熱泵類型（吸收式、離心式）、機組容量與運行參數(shù)，可單獨運行，也可與現(xiàn)有熱力系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)無縫對接，適配電力、煉化、冶金等不同能源行業(yè)的生產(chǎn)工況。同時，熱泵機組可實現(xiàn)大型化、小型化靈活配置，單臺溴化鋰熱泵制熱量可超過200MW，滿足大型能源企業(yè)大規(guī)模余熱回收需求，也可配置小型機組，適配分布式余熱回收場景。

四、低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)的技術(shù)突破與行業(yè)發(fā)展趨勢

隨著能源行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的不斷推進，低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)持續(xù)突破，應(yīng)用場景不斷拓展，未來將朝著“高效化、大型化、智能化、多元化”的方向發(fā)展，逐步成為能源綜合利用體系的核心組成部分。

（一）技術(shù)突破方向

當前，行業(yè)技術(shù)突破主要聚焦于三個核心領(lǐng)域：一是高效熱泵工質(zhì)研發(fā)，開發(fā)適配低溫余熱場景的環(huán)保、高效工質(zhì)，提升系統(tǒng)COP值，降低驅(qū)動能源消耗，如新型復(fù)合工質(zhì)可使吸收式熱泵制熱溫度提升至130℃，COP值突破2.0；二是抗腐蝕、高效換熱技術(shù)優(yōu)化，針對煙氣、含硫廢水等腐蝕性余熱載體，研發(fā)新型耐腐蝕換熱材料，優(yōu)化換熱器結(jié)構(gòu)，提升余熱采集效率與系統(tǒng)使用壽命；三是系統(tǒng)耦合技術(shù)創(chuàng)新，推動低溫余熱熱泵與有機朗肯循環(huán)（ORC）、相變儲熱系統(tǒng)、碳捕集系統(tǒng)耦合，實現(xiàn)“余熱回收—儲能—發(fā)電—碳減排”一體化運行，提升能源綜合利用價值，如熱泵系統(tǒng)回收碳捕集系統(tǒng)再生塔低溫余熱，可降低碳捕集能耗。

（二）行業(yè)發(fā)展趨勢

1. 應(yīng)用場景多元化：從傳統(tǒng)電力、煉化、冶金行業(yè)，逐步拓展至新能源（光伏、風(fēng)電）配套儲能、區(qū)域綜合能源服務(wù)、建筑供暖等領(lǐng)域，實現(xiàn)低溫余熱資源的跨行業(yè)、跨區(qū)域利用，推動形成“余熱回收—梯級利用—綜合服務(wù)”的產(chǎn)業(yè)模式。

2. 設(shè)備大型化與標準化：隨著大型能源企業(yè)規(guī)模化余熱回收需求的提升，熱泵機組將朝著大型化方向發(fā)展，同時行業(yè)將逐步完善技術(shù)標準與規(guī)范，如《低品位余能網(wǎng)絡(luò)化利用導(dǎo)則》的編制，推動設(shè)備制造、系統(tǒng)設(shè)計、安裝運維的標準化，降低項目投資與運維成本。

3. 智能化水平提升：融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，打造智能監(jiān)控與調(diào)控平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)運行參數(shù)的實時監(jiān)測、故障預(yù)警、智能調(diào)控，優(yōu)化系統(tǒng)運行效率，降低人工運維成本，推動系統(tǒng)從“自動化運行”向“智能化優(yōu)化”轉(zhuǎn)型。

4. 政策驅(qū)動下規(guī)模化推廣：隨著“雙碳”目標推進，國家將出臺更多支持低溫余熱回收利用的政策，加大對熱泵技術(shù)研發(fā)與項目應(yīng)用的扶持力度，推動低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)在能源行業(yè)的規(guī)模化推廣，成為能源企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的標配裝備。

在能源短缺與環(huán)境壓力日益突出的今天，低溫余熱作為一種“放錯地方的能源”，其回收利用成為能源行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降本、綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵抓手。低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)憑借高效的能量轉(zhuǎn)化效率、廣泛的行業(yè)適配性、顯著的綜合效益，破解了低溫余熱“回收難、利用價值低”的行業(yè)痛點，為能源企業(yè)提供了可持續(xù)的低碳發(fā)展解決方案。

作為能源行業(yè)的核心技術(shù)裝備，低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)不僅能夠幫助企業(yè)挖掘余熱資源價值、降低生產(chǎn)成本，更能助力企業(yè)實現(xiàn)碳減排目標，提升核心競爭力。未來，隨著技術(shù)的持續(xù)突破與政策的大力扶持，低溫余熱熱泵利用系統(tǒng)將在能源綜合利用、區(qū)域低碳發(fā)展中發(fā)揮更重要的作用，推動能源行業(yè)向“高效、清潔、低碳、可持續(xù)”的方向高質(zhì)量發(fā)展，讓每一度熱量都創(chuàng)造價值——這正是現(xiàn)代能源管理的核心要義。