一、概述
1.1工藝優(yōu)化與節(jié)能減排
按照科學(xué)發(fā)展觀，生活垃圾通過分類回收、綜合處理，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，是社會文明的重大進(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填埋、濕地處理、焚燒、工廠綜合處理等等，其中，填埋處理會污染地下水，如果采用濕地處理，城市周邊沒有自然條件，焚燒處理雖然可以發(fā)電，但利用率太低，對大多數(shù)可回收利用的資源一炬焚之，也是一種資源浪費(fèi)。zui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，zui大限度的回收可再生資源。
在生活垃圾綜合處理系統(tǒng)中，需要對垃圾進(jìn)行多次分選，同時，對分離后的垃圾廢液、廢渣進(jìn)行分別處理，如對于廢液，通過厭氧發(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)煔猓麄€垃圾處理工廠存在多處用熱和產(chǎn)熱點(diǎn)，如果合理的對產(chǎn)熱和用熱點(diǎn)進(jìn)行梳理，對供求熱量進(jìn)行量化分析，對產(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，能將大量無用的低溫?zé)崮茏優(yōu)橛杏玫母邷責(zé)崮?，如同泵?ldquo;熱能”的“泵”一樣。熱泵的工作過程可與水泵類比。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)過程中的無用低溫廢熱ql，變?yōu)闈M足用戶要求的高溫?zé)崮躴h。根據(jù)熱力學(xué)*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〉拿赓M(fèi)熱能（環(huán)境熱能或工業(yè)廢熱），kw；
w——熱泵工作時消耗的高品位能源，kw。
由式（1）可見，qh＞w,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，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zui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zui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)問題需解決，應(yīng)用領(lǐng)域也有待開拓。
只要是需要熱能的場合，就有熱泵的應(yīng)用機(jī)會，我們的衣食住行及身邊諸多產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，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因素。
1）能源因素包括能源的價格（電能、煤、油、燃?xì)獾鹊谋葍r）和能源的豐富性。當(dāng)不同能源間比價合理或能源緊張時，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，對其他制熱方式（如燃煤制取熱能）有嚴(yán)格限制時，熱泵就具有更大的應(yīng)用空間。
3）技術(shù)因素包括通過熱泵循環(huán)、部件、工質(zhì)的改進(jìn)提高熱泵的效率，利用材料技術(shù)簡化熱泵結(jié)構(gòu)、降低熱泵造價，利用測控技術(shù)提高熱泵的可靠性和操作維護(hù)的簡易性等，可使熱泵比其他簡單加熱方式具有更強(qiáng)的綜合競爭優(yōu)勢。
4）低溫?zé)嵩礋岜门c其他簡單加熱方法的不同點(diǎn)之一是必須要有低溫?zé)嵩?。熱源的溫度越高，對提高熱泵的性能和?yīng)用優(yōu)勢越有利，有時能否有和使得低溫?zé)嵩矗踔潦菦Q定熱泵應(yīng)用的關(guān)鍵因素，因此，利用相關(guān)領(lǐng)域的*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）、娛樂健身（人工冰場、游泳池的同時供冷與供熱等）、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，整個垃圾處理工廠存在多處用熱和產(chǎn)熱點(diǎn)。
從整個系統(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)熱量相對穩(wěn)定，是重點(diǎn)熱回收對象,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。