甜菜制糖是典型高耗能食品工业，煮糖结晶工序长期依赖化石锅炉供给高温蒸汽。比利时蒂伦市蒂恩制糖厂（隶属于Südzucker南德糖业集团）落地的4MW高温工业热泵，是欧洲较早实现140℃等级蒸汽直接替代锅炉的食品工业示范项目，为食品加工行业高温用热脱碳提供可复制路径。
项目概况
这套4MW高温热泵系统于2025年2月正式投运，属于欧盟SPIRIT示范项目三大示范场景之一，目标验证135–160℃区间余热升级蒸汽技术，适配制糖、造纸、水产加工等高耗热工业场景CORDIS。整套设备由GEA提供，采用正戊烷R601天然工质+单螺杆压缩机方案，搭配管壳式不锈钢换热器、内置回热器、油冷却回路、泄漏监测系统，满足食品工厂稳定、洁净、可清洗的工况要求。
核心工艺逻辑：把废余热升级成煮糖蒸汽
制糖生产线多级蒸发工段会产生大量低品位真空乏汽，温度稳定在75–92℃，这部分余热以往很难直接用于结晶工序，大多直接放空浪费。热泵正是以此为热源，通过热泵循环将低品位余热提质升压，产出工艺蒸汽，供给糖液结晶工段。项目适配工厂两条生产周期，采用双工况设计：甜菜主榨季（9月—次年1月）：产出138–140℃蒸汽，满足甜菜汁结晶；浓汁加工季（3–5月）：切换工况，稳定输出114℃蒸汽，用于浓糖浆处理。工厂产能基准：每小时处理600吨本地甜菜，产出600立方米甜菜渗出汁，原汁含糖约18%；甜菜经清洗、切丝、渗出取糖，糖液逐级浓缩后精制为黄糖、白砂糖；甜菜渣副产物回收外销，作为牛饲料，形成循环利用链条。这套热泵供给全厂约6%的蒸汽热负荷，与原有锅炉并联运行，不打断原有生产流程，属于“增量改造”方案，对现有产线扰动小，也是工业热泵落地的关键思路。
关键技术指标与节能效益
热出力：4MW热源：75–92℃蒸发工段真空乏汽产出蒸汽：最高140℃工质：正戊烷（R601）天然碳氢制冷剂性能系数COP：3.0–5.0预期年减排CO₂：3000–3500吨，折合每年减少约3600台燃油小汽车碳排放水平，大幅降低天然气消耗测试要求：系统连续验证运行不少于2000小时，同步搭建数字孪生模型，持续采集变负荷、启停、油温、振动噪声数据，优化控制策略，为后续同类项目积累参数包
落地难点与工程经验
从现场实施反馈来看，该项目最大挑战集中在两点：第一是工艺深度集成。热泵不是独立设备，必须和原有九效蒸发系统、蒸汽管网、冷凝水系统联动匹配，兼顾不同榨季负荷波动、启停时序、清洗维护需求；换热器选型专门采用可清洗不锈钢管壳结构，适配糖厂易结垢工况。第二是审批合规与安全评估。食品工厂、天然工质螺杆热泵、高温蒸汽叠加，在安全分区、防爆、制冷剂管控、食品接触面合规上需要前置论证，必须由工艺、热泵、安全多方专家协同推进。SPIRIT项目依托欧盟地平线欧洲计划资助，周期2022.09–2026.02，总预算约1115.78万欧元，一共布局三个全尺度工业热泵示范线，目标验证模块化高温热泵方案、形成行业设计导则与统一测试标准，推动MW级高温热泵规模化落地。
