工藝流程中低溫余熱回收利用技術(shù)研究

1、工藝流程中低溫余熱回收利用技術(shù)研究上海理工大學(xué) 劉洋 郁鴻凌 管晨希 楊東偉 肖博鈞摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 能源需求緊張的問(wèn)題日益突出節(jié)約能源'降低能耗愈顯重要 針對(duì)當(dāng)前低溫余 熱回收利用率較低.幵發(fā)低溫余熱回收技術(shù)拓展低溫余熱的領(lǐng)域是當(dāng)前節(jié)能減排工作中亟待解決的問(wèn)題來(lái) 文主要介紹余熱的分類及回收利用過(guò)程中存在的難點(diǎn).并通過(guò)實(shí)例介紹低溫余熱應(yīng)用的實(shí)例，提出余熱利用中 應(yīng)遵循的原則，以提高余熱的利用效率。關(guān)鍵詞：余熱；利用率；漠化鋰research on applications of waste heatliu yang yu hong ling guan chen xi. yang

2、dong wei. xiao bo junabstract: with economic development and energy shortage,save energy and reduce energy consumption become more important. with the low utilization of waste heat especially low-temperature waste heat,developme nt low-temperature waste heat recovery tech no logy and expand the fiel

3、d of low temperature waste heat are eager to be solved .this paper introduce the classification and the difficulties of using waste heat, then introduce examples of low temperature waste heat applications, a nd propose the principles of using waste heat in order to improve the efficient use of waste

4、 heat.keywords: twaste heat； utilization； lithium bromide在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程屮，各種熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備、用能設(shè) 備和化學(xué)反應(yīng)設(shè)備產(chǎn)生人量未被充分利用的余熱余 能。我國(guó)工業(yè)企業(yè)屮余熱余能資源占整個(gè)輸入能源的 7.3%,而余熱余能資源回收率僅34.9%叫由此對(duì)見(jiàn): 余熱余能冋收利用潛力巨大,余熱冋收利用等同寸 對(duì)另一種新資源的開(kāi)采。充分利用余熱資源，全面擴(kuò) 高能源利用效率，使國(guó)家的壞境保護(hù)和資源整合龍 成良性的循壞，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源戰(zhàn)略具冇重雯 的意義。1余熱資源的分類1.1按余熱載體形態(tài)分按余熱的載熱體形態(tài)將余熱資源分為三類： 固態(tài)載體余熱資源:

5、包括固態(tài)產(chǎn)品和固態(tài)屮間產(chǎn) 品的余熱資源、排渣的余熱資源及可燃性固態(tài)廢料； 液態(tài)載體余熱資源:包括液態(tài)產(chǎn)品和液態(tài)中間產(chǎn)品 的余熱資源、冷凝水和冷卻水的余熱資源、可 燃性廢液；氣態(tài)載體余熱資源：包括煙氣的余熱 資源、放散蒸汽的余熱資源及可燃性廢氣。1.2按余熱溫席分按余熱的溫度可劃分為耳高 溫余熱，即溫度高于500°c的余熱資源；屮溫余熱，即溫度在200-上海節(jié)能ishanghai energy conservation 332012年第1期ii© 1904-2013 china academic journal electronic publishing house all

6、rights reserved, 500°c的余熱資源;低溫余熱，即溫度低于200°c fit 煙氣及低于100”c的液體。在余熱資源屮，占其總量2/3的為低溫余熱 資源，但由于其岬值低而還未被利用。雖然冋收低 溫 余熱的初投資較人，但隨著能源的h益短缺, 對(duì)低溫余熱的冋收利用技術(shù)開(kāi)發(fā)越發(fā)重要。2低溫余熱利用方式及原則2.1低溫余熱的利用方式低溫余熱的利用有同級(jí)利用和升級(jí)利用兩種 方式叫同級(jí)利用是根據(jù)低溫余熱的溫位，選擇適宜的 用八利用低溫余熱，直接或間接的代替高、中位熱 源，可以避免使用高、中位熱源所造成的過(guò)大溫差， 節(jié)約了大量高品位能源，達(dá)到節(jié)能降耗的冃的，這 是低溫余

7、熱利用中最具有吸引力的方案。升級(jí)利用是指通過(guò)熱泵、制冷或發(fā)電機(jī)組等能 量轉(zhuǎn)換技術(shù)，將低品位的低溫余熱提升為較高品位 的電、冷水或其他形式能源再進(jìn)行利用。目前，低溫余熱的主要利用方式為同級(jí)利用， 只是常規(guī)的熱暈的交換使用，但這種利用方式的節(jié) 能效果最顯著，初期投入成本較低，并且在今后相 當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，將仍是該種利用方式，不過(guò)其也受 到利用對(duì)彖的限制，制約了余熱利用。余熱升級(jí)利用方法是能質(zhì)提升利用，提高了余 熱回收利用率，拓展了余熱利用范圍，是今后研究 發(fā)展方向。2.2低溫余熱的冋收利用原則和難點(diǎn)對(duì)余熱資源豐富的企業(yè)來(lái)說(shuō)，慎重考慮冋收方案的順序是非常必要的。余熱回收的難易程度及英 冋收價(jià)值的大小，

8、與其攜帶能量的大小及溫度水平 有關(guān)，同時(shí)還要考慮其物質(zhì)形態(tài)。應(yīng)該根據(jù)先易后 難、效益大的優(yōu)先利用的順序來(lái)制定。1）低溫余熱回收應(yīng)遵循的原則：（1）改進(jìn)工藝降低能耗,優(yōu)化工藝裝置換熱流 程，盡量少的產(chǎn)生低溫余熱；（2）在不影響生產(chǎn)工序的情況下，首先考慮低 溫余熱的冋收和利用的經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行可靠性。在確 定低溫余熱利用方案時(shí)，低溫余熱回收利用的運(yùn)行 成本要合理；還需考慮回收利用的設(shè)備裝置初投 資；（3）低溫余熱的利用應(yīng)優(yōu)先考慮長(zhǎng)周期運(yùn)行ik 同級(jí)利用（低溫?zé)崃恐苯哟媪嗽褂玫亩文?源），其次考慮全年中部分時(shí)間利用的同級(jí)利用，最 后才考慮升級(jí)利用。往往低溫余熱資源比較豐富白勺 區(qū)域，其同級(jí)利用的對(duì)

9、彖很少，所以要考慮低溫余 熱資源的升級(jí)利用。工藝流程產(chǎn)生的低溫余熱由于生產(chǎn)工藝、生產(chǎn) 設(shè)備以及燃料和燃燒條件的不同，余熱的參數(shù)也是 千變?nèi)f化的，從而給低溫余熱的冋收利用帶來(lái)了很 多困難。2）通常低溫余熱冋收中存在的技術(shù)難點(diǎn)：（1）熱負(fù)荷不穩(wěn)定眄 熱負(fù)荷的不穩(wěn)定是由生 產(chǎn)工藝過(guò)程所決定的。例如:有的生產(chǎn)過(guò)程是周期 性的，造成了余熱的排放也是間斷性的；（2）余熱載體有腐蝕性。余熱煙氣屮常常含有 二氧化硫等腐蝕性的氣體，煙塵或礦渣中含有各種 金屬和非金屬元素，這些物質(zhì)都可能對(duì)余熱回收設(shè) 備造成受熱面的高溫腐蝕或低溫腐蝕；（3）受安裝場(chǎng)所固有條件的限制。如有的場(chǎng)合 對(duì)前后工藝設(shè)備的聯(lián)接有一定的要求，有

10、的要求余 熱的排放溫度保持在一定的范i韋i內(nèi)。這些要求與余 熱回收設(shè)備經(jīng)常發(fā)生一定的矛盾。因此，在低溫余熱的回收利用時(shí)，要綜合考慮 以上各方面的因素，針對(duì)不同特點(diǎn)低溫余熱，在環(huán) 影響生產(chǎn)的前提下，低溫余熱利用設(shè)備與全廠能量 系統(tǒng)優(yōu)化必須統(tǒng)籌安排和規(guī)劃，避免孤立、零散、陡 機(jī)的低溫余熱利用措施，從而得到低溫余熱回收系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。3低溫余熱升級(jí)回收利用實(shí)例冃前，低溫余熱的升級(jí)利用方式主要有：利用 有機(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)進(jìn)行余熱發(fā)電、用于漠化鋰吸 收式制冷、用于笫二類吸收式熱泵、用作海水淡化34上浴節(jié)能shanghai energy conservation 2012年第1期熱源等。3.1低溫余熱冋

11、收實(shí)例 某啤酒廠現(xiàn)有的工藝流程是 將煮沸鍋產(chǎn)生的飽和蒸汽引入到汽水換熱器加熱預(yù)熱水，經(jīng)過(guò)汽水挨 熱器出來(lái)的蒸汽進(jìn)入開(kāi)式蒸發(fā)水箱，其屮有50%於 蒸汽放出潛熱變成凝結(jié)水并回收，另外50%矗 ioo°c蒸汽直接排放到空氣中。其流程簡(jiǎn)圖如圖1 所示。圖1某啤酒廠的生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖低溫余熱冋收的主要是煮沸工藝壞節(jié)的大量 的低溫余熱，低溫余熱利用方案主要涉及排空的 100 °c蒸汽的低溫余熱回收。根據(jù)該廠啤酒生產(chǎn)工藝的要求，需對(duì)100°c 的熱麥汁用從制冷站過(guò)來(lái)的4°c的冷水進(jìn)行冷 卻，有制冷需求?，F(xiàn)可以利用排空的蒸汽作為漠化鋰制冷機(jī)的 驅(qū)動(dòng)熱源，作為一次制冷生產(chǎn)

12、7°c的冷水，二次制冷 采用壓縮式制冷方式產(chǎn)生4°c的冷水，這樣既充分 利用了排空的蒸汽的能量，節(jié)約能源，又能達(dá)到生 產(chǎn)工藝流程的要求。為了制取4°c的冷水，需采用分 級(jí)制冷。一次制冷采用漠化鋰制冷制取7°c的冷水, 二次制冷方案采用串聯(lián)電壓縮制冷產(chǎn)生4c的冷凍 水。采用該方案的系統(tǒng)流程如圖2所示。3.2節(jié)能分析目前,制冷行業(yè)多為以電能為動(dòng)力的蒸汽壓縮式制冷機(jī)和熱能為動(dòng)力的吸收式制冷機(jī)。吸收式制冷和壓縮式制冷的主要差別在于吸 收式制冷用蒸汽發(fā)生一吸收裝置代替了壓縮式制圖2余熱利用方案簡(jiǎn)圖冷的壓縮機(jī)。蒸汽發(fā)生器的動(dòng)力為熱能，而壓縮機(jī) 則要消耗電能。吸收式制

13、冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性通常用熱 力系數(shù)c來(lái)表示：式（1）中qo和q分別為制冷量和發(fā)生器所消 耗的加熱量,加熱量可由低溫余熱提供。常用漠化鋰 晞|&才生il酒址晉陽(yáng)壯玄米"久1% n cn * n 仝柚 源溫度100*120郵。以下把以余熱蒸汽為動(dòng)力的澳化鋰吸收式冷 水機(jī)組（壓力為0 6mpa）與電動(dòng)型冷水機(jī)做一簡(jiǎn)単 比較：表1以制冷量為5820kw的蒸汽雙效型湊 化 鋰吸收式冷水機(jī)與相同制冷量的電動(dòng)型冷水機(jī) （離心機(jī)）為例，対兩種機(jī)型的費(fèi)用列表比較。表1兩種機(jī)型的費(fèi)用比較費(fèi)用滉化鋰吸收式制冷機(jī)壓縮式制冷設(shè)備費(fèi)（萬(wàn)元）400300安裝費(fèi)（萬(wàn)元3427耗電量（kw）181000維護(hù)管理費(fèi)

14、用（萬(wàn)元/年）1>6注設(shè)備的價(jià)格由設(shè)備廠商處獲得從表中可看出，漠化鋰吸收式制冷機(jī)與相同制 冷量的電動(dòng)型制冷機(jī)相比，耗電量相差很大，原因 在于吸收式制冷機(jī)消耗電力的部件只有溶液泵，電上海節(jié)能ishanghai energy conservation 35 2012 年第 1 fflli耗較壓縮式制冷低很多。若年運(yùn)行時(shí)間7200小 時(shí)，每年可節(jié)省400余萬(wàn)元（電費(fèi)按0.6元/kwh計(jì)）， 一年即可收回初投資，可以把更多的電能用于擴(kuò) 大生 產(chǎn)，因此采用吸收式制冷機(jī)對(duì)低溫蒸汽進(jìn)行 冋收具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。需要說(shuō)明的是，吸收式制冷機(jī)只有在使用余熱、 過(guò)程熱等情況下才具有節(jié)能意義。因此，漠化鋰吸收 式

15、制冷機(jī)是否節(jié)能，首先要看其耗用能源的來(lái)源。該 廠吸收式制冷機(jī)的能量來(lái)源為低溫余熱蒸汽，利用 的同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的熱污染，滿足了生產(chǎn)工藝的 要求，達(dá)到了低溫余熱利用的目的。該余熱利用方案 不僅冋收了余熱資源還消除了余熱蒸汽向環(huán)境排放 所造成的熱污染,具有環(huán)境保護(hù)價(jià)值。在電力供應(yīng)緊張的今天，低溫余熱蒸汽應(yīng)用于制 冷意義深遠(yuǎn)。無(wú)需另設(shè)熱源,系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性大大提高。充 分利用了低溫余熱資源,達(dá)到節(jié)能減排降耗的目的。4結(jié)束語(yǔ)回收余熱資源時(shí)，首先應(yīng)尋找合適用戶。余熱 用戶情況差異很大，要因地制宜。余熱用量很大時(shí), 回收的熱量在用熱高峰期仍滿足不了用戶需要;相 反，低溫余熱多，而用戶少，這就要開(kāi)發(fā)升級(jí)利用途 徑

16、。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)力的提高，能源的需求 越來(lái)越大，在能源有限的情況下，應(yīng)加大對(duì)余熱尤 其是低溫余熱的利用，盡可能的提高能源的有效冠 用度,達(dá)到充分利用能源的目的。參考文獻(xiàn)1 孟嘉.工業(yè)煙氣余熱回收利用方案優(yōu)化研究 d.武漢：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院.2008.2 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb t1o28- 2000 i業(yè)余熱術(shù)語(yǔ)、分類、等級(jí)及余熱資源量計(jì)算 方法.國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.2000 1. 5.3 康丹鳳王占中，王克.鋼鐵企業(yè)余能資源 的利用j冶金能源.2002 9.4 陳春需.鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程余熱資源的回收與利 用d.遼寧：東北大學(xué).2008.5 侯祥松等.鋼鐵企業(yè)余熱蒸汽利用狀況的研 究j.鋼鐵技術(shù).2010. 2.6 boyen j l , thermal energy recovery , john wiley and sons lnc.1980.松江區(qū)積極部署年度節(jié)能降耗指標(biāo)核算工作松江區(qū)統(tǒng)計(jì)局于近日召開(kāi)了 2011年度節(jié)能降 耗指標(biāo)核算情況通報(bào)會(huì)。會(huì)議通報(bào)了松江區(qū)節(jié)能潟 排工作目標(biāo)責(zé)任考核辦法以及前3季度各街鎮(zhèn)工業(yè) 產(chǎn)值能耗完成情況，并就下階段工作重點(diǎn)進(jìn)行了晉 署。會(huì)議達(dá)成三方面的共識(shí):一要加強(qiáng)