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工业余热回收利用空间广阔

发布时间:2018/9/17 11:42:54     来源:中国地热网

当前,我国能源利用仍然存在着利用效率低、经济效益差,生态环境压力大的主要问题,节能减排、降低能耗、提高能源综合利用率作为能源发展战略规划的重要内容,是解决我国能源问题的根本途径,处于优先发展的地位。

实现节能减排、提高能源利用率的目标主要依靠工业领域。处在工业化中后期阶段的中国,工业是主要的耗能领域,也是污染物的主要排放源。我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70%,主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30%左右。

除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外,工业余热利用率低,能源( 能量)没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因,我国能源利用率仅为 33% 左右,比发达国家低约10%,至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。因此从另一角度看,我国工业余热资源丰富,广泛存在于工业各行业生产过程中,余热资源约占其燃料消耗总量的17% ~67%,其中可回收率达60%,余热利用率提升空间大,节能潜力巨大,工业余热回收利用又被认为是一种“新能源”,近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容。

一、工业余热资源特点:

余热资源属于二次能源,是一次能源或可燃物料转换后的产物,或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。按照温度品位,工业余热一般分为 600℃ 以上的高温余热,300 ~600℃的中温余热和300℃以下的低温余热三种; 按照来源,工业余热又可被分为: 烟气余热,冷却介质余热,废汽废水余热,化学反应热,高温产品和炉渣余热,以及可燃废气、废料余热。

工业余热资源利用系统或设备运行环境相对恶劣,要求有宽且稳定的运行范围,能适应多变的生产工艺要求,设备部件可靠性高,初期投入成本高,从经济性出发,需要结合工艺生产进行系统整体的设计布置,综合利用能量,以提高余热利用系统设备的效率。

二、工业余热利用技术:

余热温度范围广、能量载体的形式多样,又由于所处环境和工艺流程不同及场地的固有条件的限制,生产生活的需求,设备型式多样,如有空气预热器,窑炉蓄热室,余热锅炉,低温汽轮机等。常见的工业余热回收利用方式,有多种分类方式,根据余热资源在利用过程中能量的传递或转换特点,可以将国内目前的工业余热利用技术分为热交换技术、热功转换技术、余热制冷制热技术。

目前国内各主要余热资源都有可选的回收利用技术或设备,这些技术在原理上和国外余热利用技术并无本质差别,基本上都是通过热交换技术、热功转换技术、制冷制热技术进行余热利用。但由于国外余热回收技术已基本成熟,其设备性能优良,应用广泛,极大地提高了能源利用率。而国内,高、中温余热利用技术设备未得到有效推广普及,低温余热由于相应的利用技术不成熟基本被废弃,造成余热整体利用率低。其中被废弃的 200℃甚至300℃以下的低温工业余热虽然品位低、利用技术难度高,但具有很大比例的余热能量,如在石化行业可达80%。对于此类低温工业余热,基于有机朗肯循环 ORC 的热力发电系统是有效、经济的利用工业低温热能的技术。

三、基于有机介质的低温工业余热发电技术:

低温有机朗肯循环:对于工业中大量废弃的200℃,甚至300℃以下的低温余热,目前无法利用蒸汽/热水闪蒸系统进行有效回收,更适宜采用经济可行的有机朗肯循环余热发电技术。

Kalina循环:纯工质有机朗肯循环,由于工质的等温蒸发吸热过程与实际的变温低温热源配合不紧密,换热平均温差大,不可逆损失较大。为了减小换热不可逆损失,对纯工质有机物朗肯循环提出了几种改进的方法,如混合工质循环、Kalina 循环等。Kalina 循环是以氨水混合物为工质的循环系统,最简单的热力循环是一级蒸馏循环,基本流程,即一定浓度的氨水溶液经过水泵加压、预热器升温之后,进入余热锅炉蒸发,形成过热氨水蒸汽进入透平膨胀做功,然后利用复杂的蒸馏冷却子系统解决氨水混合物冷凝问题,使透平乏汽重新形成一定浓度的工质溶液,再到达给水泵,完成一个循环。

专家认为,当前中高温余热利用技术普及率不高,低温余热未被利用是我国余热利用率低的原因之一。因此,推进工业节能减排工作,要进一步推广普及中高温余热利用技术,尤其是提高中小型企业余热利用率,要推进余热利用技术与工艺节能相结合,从整个工艺系统分析能源的供给需求,优化工艺系统及其相应的余热利用技术。

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