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浅谈工业余热资源分类及利用途径

2015-02-05 15:00:57来源:网络浏览:评论:0

  在现代工业中,通过内燃机能量平衡可知,燃料通过燃烧所释放的能量中,对外输出的有用功在总功中的比重仅占25%~45%左右。其余部分未能得到充分利用,而是被冷却系统、发动机排气所带走。如能将排出的能量进行利用,不仅实现内燃机功率与热效率提升,还将极大的提高能源的利用率。

  目前我国高温余热利用技术已逐步趋于成熟,但是中低温余热的利用还很有限,正处于成长阶段。中低温余热在总余热量中的比例约为40%~50%左右,若能对这部分能量加以利用,不仅能为社会节约大量资源,同时还将减少二氧化碳的排放和降低热污染,促进生态环境的改善。

  在各种各样的新能源利用技术中,工业余热、地热热能、太阳能热能等低温热源的利用是研究重点,而利用这些中低温热源进行发电的有机朗肯循环是其中之一。

  一、概述余热利用

  余热是二次能源,是可燃物与一次能源转换过程后的产物,是工质燃烧过程所剩下的未加以利用的热量。余热不但取决于能量自身的品质,而且取决于生产技术和科学水平的发展。热水法、预热空气、余热锅炉、烟气-流体换热器、加工物料等都是目前常见的余热利用方法。

  由于生产方法、设备的不同和原料及燃料条件的不同及工艺上的千变万化,造成了余热利用的诸多不便。余热热源的特点大致分为以下几类:

  (1)热负荷不稳定。这是由工艺生产过程决定的。

  (2)热源的腐蚀性。余热烟气大多都是由二氧化硫等腐蚀性气体组成的气体,此外,烟尘或炉渣中的各种含有金属元素和非金属元素的物质,都可能对余热回收设备的受热面造成低温腐蚀或高温腐蚀。

  (3)受安装场所条件的限制。例如兑工艺设备连接的要求、一定范围内排烟温度的要求等。这些要求都有可能限制余热回收设备的利用,需要全面的研究和考虑。

  (4)余热烟气含尘量大。同时烟尘的化学性质和物理性质也非常恶劣,在炉烟温度高、含尘量大时,更容易积灰、粘结,进而造成余热回收设备的磨损甚至堵塞。

  目前,工业生产是能源消耗的主要源头,工业企业的能源消费量占能源消费总量的70%左右。也正因为这样,工业领域的节能工作受到越来越多的重视。我国政府在2007年10月28日修订通过了《中华人民共和国节约能源法》 ,工业节能是该法的第一项,这恰恰表明了工业领域节能工作在我国可持续发展战略中占据的重要地位。

  目前我国工业生产过程的余热利用潜力很大,但也不是一件一蹴而就的事,要同时满足工艺需要、经济合理、技术可行和生态文明的要求。最根本的问题不是余热的回收,而是尽可能的降低余热的排放量,比如降低排烟温度、减少热损失、热能梯级利用、减少冷却介质带走的热量和提高热工设备的热效率等。因此,在制定余热回收方案之前,需要以下几点:

  (1)检测装置本身的热效率是否能提高。提高装置本省的热效率既能减少余热数量、降低能量消耗,又比采用回收装置更为有效、经济。

  (2)考虑余热是否能回归装置本身,用于预热燃料或助燃空气等。这样能够节约高品质能源,直接降低装置能耗,比回收余热用于其他用途(例如产生蒸汽)更为节能。

  (3)制定回收方案。首先要了解余热的品质和数量及用户需求,尽力做到能级匹配,在经济技术原则允许的范围内,选择合适的系统和设备,尽可能的使余能达到最优利用,发挥最佳效果。

  二、余热资源分类

  余热利用作为当前节能工作的热点之一,广泛的分布于各种重工业企业和轻工业企业中;余热的存量非常丰富,大多数企业的这部分热量由于技术或是工艺的限制没有加以有效地利用,大量的排向大气,不仅造成了能源的白白浪费,还有可能对生态环境造成污染。

  余热资源的种类按照余热载体的不同,可分为固体载体余热资源、液体载体余热资源和气体载体余热资源;按照余热载体温度不同,可分为高温余热(500℃以上)、中温余热(200℃-500℃)及低温余热(200℃以下);按照余热资源来源的不同,可分为高温烟气余热、高温蒸汽余热、高温产品余热、高温炉渣余热、冷却介质余热、冷凝水余热、可燃废气余热、化学反应的余热等等。

  这些余热能源经过一定的技术手段加以利用,可进一步转换成其他机械能、电能、热能或冷能等。

  三、余热资源回收方式

  余热回收的方式有很多种,大体分为动力回收和热回收。动力回收就是利用余热能源生产电能或机械能。比如:在排气装置中加装朗肯循环回收余热设备,利用余热进行朗肯循环,使低品质的热能转化为高品质的电能或机械能。大多情况下用于生产电能这种适用性高且易于传输的高品质能源。现在我国的水泥厂已经拥有十分成熟的低温余热发电技术,即水泥窑纯低温余热发电技术,这种电站的生产线上一般设置2台热锅炉,分别称为窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉,利用窑头和窑尾在水泥生产过程排放出来或是被熟料带出的大量余热引入余热锅炉,通过热回收产生水蒸气,然后推动汽轮机做功发电。这种方法在减少工厂能源消耗量的同时,又减轻了对生态环境的污染,堪称一举两得。而热回收就是直接利用余热,比如:在汽车上利用发动机排气废热驱动制冷空调的运行,或是利用工厂的工艺循环水余热借助热泵技术来解决建筑采暖。这种利用余热资源直接产生热能或冷能供给使用的回收方式称为热回收。两种典型回收技术的比较见表1。

  四、余热回收的建议

  从技术方面讲,我国对高温余热的利用技术经过多年的努力已趋于成熟,而具有巨大潜力的中低温余热利用技术,由于信息传播渠道和资金缺乏等问题的限制,尚处于尝试和成长阶段。针对以上问题,提出几点建议:

  (1)大力发展余热处理技术,如新型干法水泥窑不带补燃锅炉的余热发电技术、热水发电技术、浮法玻璃线余热发电技术、转炉余热发电技术等,这些技术在钢铁、石油化工、建材、水泥、有色金属、制糖等领域都有广泛应用。只要这些热量达到一定的数量,就能够通过低温发电技术回收。

  (2)加强研究中低温余热的利用技术,促进余热利用技术的大力开发和应用。鼓励更多的高能耗企业利用节能技术、更好的认识节能技术、形成新的清洁发展机制。

  (3)目前,在余热处理技术应用方面比较好的多是一些中大型企业,例如:丰顺300KW地热试验电站,是中国第一座热水型地热发电试验电站,利用90℃左右的地热水发电,已经成功运行20多年,是低温余热发电技术的保证和示范;中国石油锦州石化分公司4MW余热发电站,该装置是国内第一套同时利用热水及低压蒸汽两股热源发电的电站,该电站于2005年10月一次性开机调试运行成功;济南钢铁集团总公司一炼钢转炉4.5MW余热发电站,是中国第一座转炉烟道饱和蒸汽余热发电站,利用转炉汽化冷却产生蒸汽发电。但是余热利用仍然存在技术难度较大、经济型不明显等问题,导致中小型企业利用中低温余热的积极性不高。因此建议政府或相关部门给予企业一定的补贴和支持。

 

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