热回收冷水机组在半导体芯片工厂的应用介绍

热回收冷水机组在半导体芯片工厂的应用介绍

丁琪

恩智浦半导体（中国）有限公司 天津 300380

摘要：由于半导体芯片厂房生产工艺的特殊性，各种生产机台需要全年持续运行，热回收冷水机组在半导体厂房的应用能大量回收这些工艺机台废热并制成低温热水供工艺空调和舒适性空调的加热盘管，冬季使用以及洁净工艺空调的再热盘管夏季使用同时还可以供给纯水制备系统，将进入RO膜之前的水加热到25℃，保证稳定的纯水处理效果。这些废热的再利用特别是冬季的近乎100%的回收利用，降低了热水系统锅炉装机容量，并显著减少冬季锅炉燃气的消耗量，由于大部分热量被回收和利用，使冬季冷却塔和水泵的运行台数和负载大幅降低，有效地降低了冷却水系统运行成本。

关键词：热回收冷水机组；节能；水系统设计；经济性分析

引言

作为化工生产企业，我公司在生产过程中产生了大量废热，仅就三效系统而言，挥氨塔出气及富余废热重灰炉气可利用低品质热能达到１０ｔ标汽／ｈ以上，这部分废热未能充分回收利用，造成了资源浪费。生产废热中含有大量的水蒸汽和氨气，氨气可以通过新增流程经过系列反应后进行脱氨，既回收了氨气又净化了热源。通过分析，净化后的废热完全可以作为供热热源使用。

1热管工作原理

由于回收的热量大部分来自于用户端的冷负荷，所以当末端用户冷负荷需求减少时，热回收冷水机组负载开始降低，相应的热回收量也随之减少，如果要保证全年特别是冬季的稳定供热，就要求在冬季有一定数量且有稳定制冷需求的末端用户，冬季回收的热量越多，相应的节能和经济效应越明显。冷热负荷中有10614kW的冷负荷为冬季制冷负荷，且这部分热负荷持续稳定，不随着室外气温变化而变化。这为冬季利用热回收冷水机组供热提供了稳定持续的热源。通过选用合适类型的热回收冷水机组，可以有效将这部分数量可观且原本通过冷却塔排放到室外空气的废热进行回收再利用。

2热回收冷水机组构成

2.1低温余热回收技术

低温余热回收技术主要有热泵、余热发电、制冷和热管等技术。作为高效热能转换装置，利用少量高品位电能、机械能和热能，将热量由低温侧转移至高温侧。余热发电是利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术，如有机朗肯循环(organicRankinecycle，ORC)和Kalina循环热管工作原理是利用密闭管内工质的蒸发与冷凝进行热量传递，工质在加热段中汽化，吸收大量热量，并通过热管将热量迅速传递到热源外。

2.2冷却水系统

由于夏季热回收水用户端热负荷变得很小或者没有制热需求，使回收的冷凝热不能及时被末端用户端消耗掉，为保证热回收冷水机组的正常运行，我们的冷却塔回路的设计需满足无热回收工况下的散热量，在夏季末端热负荷需求较小或没有热需求时，足够带走热回收制冷机的全部冷凝热，保证制冷机组正常运行。本次设计冷却水为定频冷却水泵系统，为保证热回收系统不工作时冷水机组也能正常运行，冷却水泵设计台数与冷水机组设计台数相同且单台冷却水泵设计流量能够满足机组在无热回收工况下带走全部冷凝热量，给出了冷却水泵和冷水机组之间管道连接方式及控制阀门设置方式。单冷型冷水机组冷凝器出口设置开关型控制阀，热回收型冷水机组标准冷凝器出口设置调节型控制阀。

2.3烟气余热回收

从余热回收的工作原理来讲，热管技术能够通过冷凝段与蒸发段有效的实现对工作流体的逆转，这也就使得其在工作过程中能够有效的实现冷热调节与温差控制，其在使用过程体现出较好的节能效果。烟气余热回收装置在进行热量回收的过程中，其温度在30℃～1000℃之间，利用热管技术进行烟气余热回收能够有效的提升热能的回收效率，且与传统余热回收装置来讲，其使用过程中更加具有安全性。

3热回收冷水机组工程应用介绍

3.1制冷机组部分热回收

从压缩机排出的高温高压的制冷剂气体先通过热回收冷凝器，经一次换热后再进入常规的冷凝器。热回收冷凝器将部分热量传递给生活热水，其余的热量则由常规冷凝器传递给冷却水，再通过冷却塔释放到环境中。即在常规水冷冷水机组得冷凝器中串联加装一组热回收冷器。主要特点是热回收率不太高，一般在10%〜20%之间，有些厂家样本给出的热回收率可达30%，热水回收温度比较高、一般为5560℃；热回收对机组的性能有促进作用，但回收率及回收的热水温度过高同样会降低其性能系数(COP)；与常规机组相比，机器成本增加比较少。

3.2改造后的采暖工艺流程

在三效厂房北侧区域增设废热回收采暖系统，包括冷水桶、热水桶、新增波纹管换热器、高效热回收器、冷热水加压输送泵、热水分配器以及相应电气仪表设备。更新改造采暖主管网以及区域内部采暖设备管件，将蒸汽采暖区域系统改为水暖，分支管道、暖气片、管件更换，部分原水暖区域采暖设备及管件进行更新。废热回收采暖系统以软水为采暖循环水，冷水桶内５４℃左右的低温采暖回水经冷水泵输送至新增波纹管换热器，与三效挥氨塔８２℃高温出气换热，初次回收热量后进入高效热回收器，与原引风机输送来的三效系统富余高温重灰废热炉气直接接触，二次回收废热炉气热量，热水温度达到６７℃左右，回到热水桶经热水泵、热水分配器进入南北供暖管网，深冷季节如果上水温度不足，自高效热回收器混入０.３ＭＰａ低压蒸汽向采暖系统补充热量。

3.3热管技术

由上文可知，热管的传热性能主要是通过热管内部工作段之间的工作流体性质变化所实现的。热管在使用过程中疏于全封闭空间，因此在其使用过程中热阻较小，热能在传递的过程中所消耗的热量较少。热管使用过程中能够灵活选择热传递方式。热管技术能够有效的解决传热问题，同时在使用热管技术的过程中，热管技术具有较强的温度可控性，因此其在热能管理中具有较强的技术价值。

3.4水-水热泵机组

利用水-水螺杆式热泵机组能同时生产冷冻水与生活热水的特点，将水-水螺杆式热泵机组与制冷机组的回水总管连接。其主要特点是额外增加一套生产生活热水的热泵设备，其制热能效比能达到3.6，即消耗一份的电能，能产生3.6份的热量，同时其制冷端吸收常规冷源的高温冷冻水（约12度至15度左右），经过热泵循环后产生低温冷冻水（约7度至10度）。冷却侧出水温度为55~60℃，其供回水经过容积式热水板换进行换热，达到生活热水用水需求

结束语

近年来，国家对芯片组继承的兴趣越来越重要，这加强了支持，使集成电路成为战略性增长的行业之一。通过在全国范围内建造和制造许多新型半导体配置，半导体技术中的热冷却水装置不仅可以减少制冷设备的热污染，而且还可以利用大型稳定的半导体技术经济地利用所需的热源降低投资成本，同时降低系统的运营成本。半导体技术中应用冷水设备的经验应充分考虑到冷库召回在未来空调设计和改造中的重要性，再冷却技术将是空调的重要措施。

参考文献

[1]肖志民.浅析热回收技术在建筑环境与设备工程中的应用[J].四川水泥,2018(12):189.

[2]秦瑶.清洁型热回收炼焦技术的应用与发展趋势[J].山西化工,2018,38(06):52-54+64.

[3]王威,刘全稳,陈国民,陈琦,鲁瑜.热介质锅炉余热回收系统优化选型及矿场应用[J].广东石油化工学院学报,2018,28(06):90-92.

[4]吴超超,吴志成.热回收冷冻除湿在南方医药仓库的应用分析[C].福建省制冷学会.第十八届福建省科协年会分会场——福建省制冷学会2018年学术年会论文集.福建省制冷学会:福建省制冷学会,2018:221-226.

[5]崔佳佳.锅炉房余热回收技术应用解析[D].北京建筑大学,2018.