Multi-module heat pump integration for fully electrified spray drying processes

Jierong Liang

doi:10.1016/j.applthermaleng.2026.132426

Multi-module heat pump integration for fully electrified spray drying processes

2026-07-01

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Jonas Lundsted Poulsen

DOI：10.1016/j.applthermaleng.2026.132426

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高温热泵（HTHPs）为全面实现喷雾干燥的电气化提供了变革性途径，但其部署仍受制于高昂的热成本、不切实际的CO2-HTHP运行压力以及过程集成效率低下等问题。为解决这些挑战，本研究提出了一种基于多个模块化HTHP的绿地集成概念，能够从15°C的 ambient air 中提供高达约240°C的工艺热，从而实现不同牛奶粉生产能力范围内的高效且可扩展的电气化。采用多阶段方法，包括：(1) 基于图表的热集成质量评估，用于初步HTHP布局；(2) 详细的过程模拟和㶲分析，用于识别和减少内部低效环节；(3) 技术经济评估以确认整体能源性能。建模了三种具有不同HTHP运行温度的换热器网络布局，实现了总COP值分别为2.20、2.29和2.14，对应的第二定律效率为45.1%、46.8%和43.8%。一个关键见解是，在多个HTHP集成时，最大化单个HTHP的COP并不确保最高整体过程效率。参数研究评估了工艺条件、辅助电锅炉容量和能源价格的影响。采用工艺改进而非依赖固定工艺参数，可将单位功耗降低15%，从0.415 kWh/kg降至0.354 kWh/kg。

Keyword:

Spray drying process

High temperature heat pump

Heat integration

Full electrification

Heat recovery

Techno-economic analysis

Multi-module heat pump integration for fully electrified spray drying processes

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