工業(yè)余熱中的余熱利用技術
據(jù)統(tǒng)計可回收利用的余熱資源占總余熱資源的60%,目前,余熱利用的方式主要可分為兩類,一類是轉(zhuǎn)換利用,另一類是熱利用。余熱利用的技術主要有如下幾種:
1.余熱鍋爐發(fā)電技術
這種利用方式是回收高品位余熱最常見的一種方式,屬于余熱轉(zhuǎn)換利用范疇,類似于火力電廠的發(fā)電原理。余熱鍋爐中的水吸收工業(yè)生產(chǎn)過程中的余熱,如水泥,鋼鐵等生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的高溫煙氣,產(chǎn)生溫度,壓力較高的水蒸汽,水蒸汽推動汽輪機做功,輸出機械能,進而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。目前,這種技術已經(jīng)非常成熟。
余熱鍋爐發(fā)電機組主要用于回收高品位余熱的,當驅(qū)動熱源為溫度>500℃的煙氣時,其發(fā)電效率較高。根據(jù)計算,當煙氣溫度為1000℃時,可產(chǎn)生10MPa的水蒸汽,發(fā)電效率約為30%
2.工業(yè)熱泵技術
熱泵技術屬于工業(yè)余熱的熱利用范疇,其用于回收工業(yè)余熱的技術已經(jīng)非常成熟。這種技術的主要特點是以相對少量的高品位能如電能、機械能等為代價使低品位的工業(yè)余熱提升為較高品位的熱量。其在回收利用低品位余熱方面有著得天獨厚的優(yōu)勢,目前比較常見的工業(yè)熱泵系統(tǒng)有如下兩類:
(1)壓縮式熱泵系統(tǒng);
(2)吸收式熱泵系統(tǒng)。
熱泵系統(tǒng)雖然在利用低溫余熱的方面優(yōu)勢明顯,但其產(chǎn)品單一,絕大多數(shù)熱泵輸出的是熱水,熱水品位雖然較低溫余熱有所提升,但提升幅度不大,應用受限,最常見的是用于冬季供暖,日常生活用水等,對于沒有供熱需求的季節(jié)和地區(qū),其可利用的途徑更加有限。
3.ORC低溫發(fā)電系統(tǒng)
ORC低溫發(fā)電系統(tǒng)屬于余熱轉(zhuǎn)換利用的范疇,回收利用余熱的方式與余熱鍋爐的方式相似,區(qū)別在于余熱鍋爐的循環(huán)工質(zhì)為水,一般稱為單循環(huán)系統(tǒng),ORC低溫發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)為低沸點的有機工質(zhì),一般稱為雙循環(huán)系統(tǒng),這就使得ORC機組對低品位的余熱回收具有巨大優(yōu)勢。由于產(chǎn)品是電能,所以運用范圍廣。
典型ORC低溫發(fā)電應用場景如下:
(1)低溫煙氣
熱源:各種加熱爐煙氣溫度:150-180°
技術:采用前置煙氣換熱器將煙氣中的熱值回收,產(chǎn)生高溫熱水或者蒸汽進去ORC機組進行發(fā)電,實現(xiàn)節(jié)能減排。
(2)地熱
熱源:常規(guī)地熱90-160℃,中高溫地熱>160℃
技術:熱水進入ORC機組,排水(50-70℃)供綜合利用,進行發(fā)電,實現(xiàn)節(jié)能減排。
4.工業(yè)余熱制冷技術
工業(yè)余熱制冷技術是指以工業(yè)余熱作為驅(qū)動熱源,利用吸收式制冷系統(tǒng)為用戶提供冷凍水。與傳統(tǒng)的壓縮式制冷機組相比,吸收式制冷系統(tǒng)利用低品位的工業(yè)余熱而不是高品位的電能或機械能;采用天然制冷劑如水或NH3,而不是對環(huán)境有破壞作用的,價格昂貴的氟利昂。所以具有相當?shù)沫h(huán)保和節(jié)能效果,同時具有結(jié)構(gòu)簡單、震動小、無噪音等優(yōu)點,在20世紀末得到了廣泛推廣。
但是與壓縮式制冷機組相比,吸收式制冷機組的COP較低,一般小于2。為了減少靜液高度對蒸發(fā)溫度的影響,需要采用噴淋式蒸發(fā)器,費用相對于普通管殼式換熱器高,而且其對防結(jié)晶、防腐蝕、防不凝性氣體要求非常高。
5.熱交換技術
熱交換技術是指利用換熱器使水或其他介質(zhì)與工業(yè)余熱換熱,換熱得到的熱水或其他介質(zhì)直接用于工藝生產(chǎn)或是其他方面。這種利用方式?jīng)]有改變余熱能的形式,屬于余熱資源熱利用的范疇,這是工業(yè)余熱回收方面最直接,效率較高的技術。換熱器技術是熱交換技術的核心,用于熱交換技術的換熱器常見的有間壁式換熱器、蓄熱式換熱器、熱管換熱器、余熱鍋爐等。
雖然熱交換技術系統(tǒng)簡單,效率較高,但是由于其產(chǎn)品單一,最常見的是熱水,而且經(jīng)過換熱器后,由于傳熱溫差的原因,得到的產(chǎn)品溫度較余熱溫度低,降低了余熱品位,應用范圍受限。
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