余热回收技术在制药行业的应用探讨

摘要：余热回收技术能显著提升能源利用率，降低生产成本，既可以响应国家节能减排的政策，又可以带来环境与社会效益。本文对余热回收技术进行了简要的介绍，并讨论了余热回收技术在制药行业节能改造中的应用。根据本人多年的药厂设计经验，对江苏某药企中药提取车间的余热回收改造项目展开论述，以期为其他制药企业提供借鉴，并期望制药行业余热回收技术能够得到大力推广，实现可持续发展。

关键词：余热回收；热交换；药厂节能；蒸汽冷凝水回收

一、概述

鉴于当今全球能源形势日益紧张和环境压力不断增大，国家非常重视节能减排工作，陆续出台了《“十四五”循环经济发展规划》、《“十四五”规划纲要》、《“十四五”节能减排综合工作方案》等相关的产业政策。药厂作为耗能大户，要积极响应国家节能降耗政策。探索并实施余热回收技术，对于药厂的节能改造和可持续发展具有重要意义。

药厂要进行节能减排，余热回收利用是有效手段之一。药厂余热主要来源于蒸汽产生的蒸汽冷凝水。此外，制药过程如化学反应、发酵、干燥等，也会产生热量，这些热量同样可以被视为余热资源。企业对余热资源进行合理的回收利用，资源利用率提高，能源消耗降低，经济效益可以得到大幅提升，也迎合国家节能减排的政策要求，一举多得。

二、余热回收技术

余热回收主要基于热传递的三种方式：传导、对流和辐射。在余热回收系统中，这些热传递方式被巧妙地利用起来，通过热交换器、热泵等设备，将余热从低温物体传递给高温物体，或者将热能转化为其他形式的能源。余热回收系统的设计和优化还需要考虑能量平衡、热效率等因素，以确保回收过程的经济性和可行性。

实际应用中，余热回收技术种类繁多，常见的有热交换器技术、吸收式热泵、压缩式热泵及热电联产系统等。热交换器技术通过流体间的热量传递实现余热回收。吸收式热泵和压缩式热泵则利用热泵原理，将低温余热升级为高温热能。热电联产系统则将余热转化为电能和热能，实现能源梯级利用。这些技术的选择与应用需结合药厂实际情况及余热资源特性，进行优化配置，以达到最佳节能效果。

三、余热回收系统的设计

1.设计方案的确定

（1）对药厂的余热资源进行全面评估，主要是评估余热资源的数量、温度范围、稳定性以及可利用的潜力。通过收集和分析生产过程中的能耗数据、设备热损失等信息，可以明确余热资源的具体分布和特性。接着要明确余热回收的需求（热能需求、电力需求以及系统运行的稳定性和可靠性要求）。这些分析将为后续的系统设计提供重要依据。

（2）制定系统集成方案，确定余热回收系统的结构、工艺流程、设备选型以及控制策略等。系统集成方案应充分考虑余热资源的特性、利用方式以及系统运行的经济性。例如，对于高温余热，可以考虑采用热交换器直接回收热能；对于低温余热，则可能需要借助热泵等设备进行提升。此外，还需考虑系统的可扩展性和灵活性，以适应未来生产规模的变化和余热资源的波动。

（3）对不同的技术方案进行技术经济比较，评估各种方案的节能效果、投资成本、运行费用以及回收期等。通过比较不同方案的优劣，可以选择出最符合药厂实际情况和经济利益的余热回收系统。在选型过程中，还需考虑设备的可靠性、耐用性以及售后服务等因素，以确保系统的长期稳定运行。

2.关键设备的选择

（1）热交换器（换热器）是余热回收系统中的核心设备。热交换器的选型需要考虑余热资源的温度范围、流量以及所需的热能输出等因素，保证热量的传递效率和系统的整体性能。热交换器类型主要有板式热交换器、管壳式热交换器和螺旋板式热交换器等（如图1所示），根据其适用的场景和优缺点进行选型。依据热量守恒原理，并结合余热资源的温度、流量以及目标工质的温度等参数，计算出热交换器的换热面积。热交换器的压力损失、流体阻力以及材料选择等因素也要考虑，以确保其在实际运行中的稳定性和可靠性。

（2）热泵系统是实现低温余热资源高效利用的关键设备，具有环保、节能、低成本等优势。根据余热资源的温度、流量以及所需的热能输出等要求，确定热泵的类型、功率以及循环工质的种类等。热泵的类型包括吸收式热泵和压缩式热泵等，根据其应用场景和性能特点进行选型。在热泵系统的参数设定中，还需考虑系统的能效比、COP（性能系数）以及系统的稳定性和可靠性等因素。通过合理的参数设定和优化，可以实现热泵系统的高效运行和长期稳定性。

在工程实际中应用较多的是蒸汽压缩式热泵和吸收式热泵。蒸汽压缩式热泵，如图2所示，制热性能系数高，热泵工质多样，可满足热用户对不同制热温度的需要。机组规模大、中、小、微型均可，应用最广泛。吸收式热泵如图3所示，在工程实际中应用也较广泛，机组规模大、中、小型均可，但大中型机组的技术经济性较好。

（3）控制系统是确保余热回收系统稳定运行和高效管理的重要环节。根据系统的实际需求，确定控制系统的结构、功能以及控制策略等。常见的控制系统包括PLC（可编程逻辑控制器）控制系统和DCS（分布式控制系统）等，根据其适用的场景和优缺点进行选型。在控制系统的优化中，需考虑系统的自动化程度、数据采集与处理能力、故障诊断与报警功能以及与其他生产系统的兼容性等因素。通过引入先进的控制算法和智能监测技术，可以实现对余热回收系统的实时监测、智能调控和故障预警，进一步提高系统的稳定性和效率。

四、余热回收在药厂节能改造中的实际应用

1.设计案例

现状：随着集采和国家医保谈判的深入开展，企业的利润在进一步压缩，在合规保证质量的前提下降本增效，成为工厂全局规划的主旋律。中药提取车间的蒸汽使用量最大，成为实施降本增效的重点。

设计思路：江苏XX药厂中药提取车间蒸汽余热回收。对提取车间提取罐饮用水、CIP用水管道进行改造，利用蒸汽冷凝水中的热量对饮用水进行预加热（通过板式换热器），热水用于提取罐浸泡药材和CIP清洗，提高能源利用率，降低蒸汽消耗。降温之后的蒸汽冷凝水（≤40℃）给提取车间冷却塔补水，降低自来水消耗。

“冷凝水-冷水”板式换热器，使热量可以从一侧流体传递至另一侧流体而不接触，从而实现热能的有效交换。传热过程两种流体分隔开，避免流体间的相互污染，属于间接加热，使用高效且卫生。换热器控制示意流程如图4所示。

2.余热回收节能效果

通过分析全厂蒸汽用量，估算每天产生的蒸汽冷凝水量约为575.55t，目前所有冷凝水降温后均用于提取1车间冷却塔补水，提取1车间冷却塔每天耗水量约为100t，剩余冷凝水量约为475.55t/天，足够提取2车间使用，冷却塔补水费用每年可节约约20.17万元。低温冷凝水的热量无法就地利用，作为补水既节省冷却塔饮用水的消耗，又可以减少排污（注：蒸汽冷凝水属于企业排污废水），一举多得。

常温饮用水通过板式换热器与高温冷凝水进行热交换升温，变成热水后去向提取罐和CIP储罐，大大减少了蒸汽消耗量。该过程用水用能情况如表1所示。提取罐加水的峰值流量预计为150T/h（实际值120T/h），。CIP清洗时瞬时流量最高70T/h，温度从25℃到60℃（温度无上限，越高对于蒸汽节约越明显），每天实际用水量约120T。

结合表1数据，将冬季和夏季的热量值换算成蒸汽节约数据如表2所示。

按照该改造方案，若冷凝水能够充分利用，全年可节约蒸汽费用约120.86万元，冷却塔补水费用约20.17万元。通过设置冷凝水热回收系统，该提取车间每年可节约资源约141.03万元，收益客观，且符合国家节能环保的政策理念。

除了节能和经济效益外，余热回收技术还为药厂带来了显著的环境和社会效益。首先，通过减少能源的消耗和排放，药厂对环境的污染得到了有效控制，有助于改善空气质量、减少温室气体排放，从而推动可持续发展。其次，余热回收技术的应用也体现了药厂对社会责任的担当，展示了其在节能减排、环境保护方面的积极态度和实际行动。这不仅有助于提升药厂的社会形象，还能激发其他企业参与节能减排的积极性，共同推动社会的绿色发展。

五、小结

余热回收技术在药厂节能改造中展现出巨大的潜力和价值。通过科学合理的系统设计与实施，余热回收技术不仅能够有效提升药厂的能源利用效率，降低生产成本，还能带来显著的环境和社会效益。因此，药厂应积极采用余热回收技术，推动自身的绿色发展，为实现国家的节能减排目标和社会的可持续发展做出贡献。未来，随着技术的不断进步和政策的持续推动，余热回收技术在药厂节能改造中的应用前景将更加广阔。

参考文献：

[1]浅谈蒸汽冷凝水在制药企业的管理与回收利用[J]. 张胜.广东化工，2013.40（7）：126-127.

[2] 工业蒸汽冷凝水的回收与利用[J]. 杨昱.今日科苑，2007（16）：116-117.

作者简介：吴艳龙（1985-03）男，汉族，安徽省安庆市人，本科，目前职称：工程师，研究方向：化工与医药厂房工艺设计。