某锂电池厂采用热泵除湿机组，节能效果显著-热泵在线

本期分享优秀案例瀚润特环保设备（江苏）有限公司《超高温热泵在转轮除湿机中的节能应用项目》，该项目在“2022节能杯第七届热泵系统应用设计大赛”中荣获“热泵工农业最佳应用奖”。

在绿色经济和“双碳”愿景下，中国锂电池产业步入了高质量发展的新阶段，对生产过程中的能耗和碳排放提出了更高的要求。制备高性能的锂电池需要对环境湿度进行严格控制。使用热泵除湿机组，可大大提高热能利用率，达到节能减排效果。

项目简介

锂电池正极材料是构成锂离子电池的重要部分，直接影响锂离子电池的性能，在原材料保存和电池制备过程中，需严格控制环境湿度。正极材料包装生产车间受控环境通常露点要求为-30℃以下，因此需要低露点转轮除湿机进行除湿，使用高效除湿转轮对处理风进行吸湿的同时大量高温热对转轮进行脱湿再生，可实现转轮的循环除湿。目前，常用再生加热源采用电加热或蒸汽加热，热回收使用板式热交换，回收效率低，回收热能只能用于再生风预热，不可以直接用在一级转轮再生中，大大限制了热能的利用效率。

高温热泵将低温的再生排风热量高效回收，通过高温热泵系统转化为高温热能（120℃+），可直接用于转轮再生加热系统，而且热泵使用避免了板式交换泄露的问题，可大大提高热能利用率，达到节能减排的效果。

甲方要求

正极材料包装生产车间受控环境，包装房内洁净度三十万级，温度25±2℃，露点＜-30℃，相对湿度＜1%。

在保证设备常年稳定运行的前提下，尽可能降低机组运行能耗，达到节能提效目的。本次设备作为一个新兴技术的应用试点，希望比传统产品具有显著节能效果，传统节能方案最多节能10%，希望高温热泵技术节能达到20%。

设备配置

低露点转轮除湿机由除湿转轮、处理风机、再生加热、前后表冷器，以及超高温热泵系统等主要部件组成。

超高温热泵系统主要配置：型号ZW650HUH-TEP超高温工业专用压缩机，额定制热量64kW，具备喷气增焓功能；蒸发器和冷凝器为翅片管式换热器，尺寸（长和高）与再生侧风道尺寸一致。

低露点转轮除湿机的二级转轮再生加热使用常规电加热，一级再生加热使用热泵和电辅热，以保证设备稳定运行。从二级转轮再生后过来的热风，经高温冷凝器直接被加热到125℃+，烘干一级转轮，从而达到节省一级再生电加热的目的。

设计方案

夏季室外设计干球温度35℃，室外设计相对湿度80%，同时，一级再生温度125℃，二级再生温度130℃。新风量8,250m³/h，回风量6,000m³/h，再生风量2,850m³/h，设备送风量12,000m³/h。

超高温热泵系统位于一级转轮再生侧，蒸发器位于再生侧转轮的出风侧，冷凝器位于再生电加热的进风侧。启动阶段电加热满负载输出，待满足超高温热泵系统启动条件时，超高温热泵系统启动运行，电加热输出逐步减小，最终电加热补足热泵系统的热量缺口，同时以便精准控制再生温度。

再生加热负荷原设计计算：

一级转轮再生所需热量

采用超高温热泵系统：系统设计蒸发温度Te=31℃，设计冷凝温度Tc=130℃，热泵制热量44kW，消耗功率21kW，再生电加热功率为24kW。

二级转轮再生所需热量

系统全部再生电加热总功率为125kw（按照电加热效率95%核算，下同），如采用超高温热泵加热技术总功率为100kW，对比采用纯电加热方案，功率减少25kW，预计可降低25%左右能耗。

实际使用效果

节能

经过长期运行，得到如下监测数据：一级转轮再生进风在冷凝器前温度为59℃，经过冷凝器及再生电加热到129.1℃，温升70.1℃。

热负荷75℃温升需要热量为:

D = 2850×1.2×1.01×（129.1-59）/3600 = 67.3KW

一级转轮无热泵系统时，再生电加热功率为70.8kW，使用热泵系统时，热泵运行耗电功率为15.1kW，制热量为40.2kW，热泵COP达到2.66，再生电加热功率为28.5kW，节省能耗27.2kW。采用超高温热泵后，与一级转轮全部电加热方案相比，能耗降低38%，节能效果显著。

整套转轮设备采用超高温热泵技术后，比采用纯电加热方案节省22%的能耗，后续如能考虑在类似设备上二级转轮上采用超高温热泵技术，节能效果将进一步提高，节能预计将超过30%。

环保减排

一级转轮无热泵系统时，再生电加热碳排放量为36kgCO₂/h，使用热泵系统时后再生电加热及热泵的碳排放量为22kgCO₂/h，碳排放量减少了14kgCO₂/h，节省碳排放38%左右，减排效果显著。

之前再生排风是高湿空气，直接对外排放，会造成区域温湿度增高。现在再生湿空气中的水分在蒸发器侧就结露变成水，经冷凝水排水口排出，温度降低到22℃左右，排风常温，不会对环境造成温升和对湿度产生影响。