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工业余热的利用方法有哪些

2021-07-13

据统计可回收利用的余热资源占总余热资源的60%,目前,余热利用的方式主要可分为两类,一类是转换利用,另一类是热利用。余热利用的技术主要有如下几种:

1.余热锅炉发电技术

这种利用方式是回收高品位余热最常见的一种方式,属于余热转换利用范畴,类似于火力电厂的发电原理。余热锅炉中的水吸收工业生产过程中的余热,如水泥,钢铁等生产工艺产生的高温烟气,产生温度,压力较高的水蒸汽,水蒸汽推动汽轮机做功,输出机械能,进而转变为电能。目前,这种技术已经非常成熟。

余热锅炉

余热锅炉发电机组主要用于回收高品位余热的,当驱动热源为温度>500℃的烟气时,其发电效率较高。根据计算,当烟气温度为1000℃时,可产生10MPa的水蒸汽,发电效率约为30%

2.工业热泵技术

热泵技术属于工业余热的热利用范畴,其用于回收工业余热的技术已经非常成熟。这种技术的主要特点是以相对少量的高品位能如电能、机械能等为代价使低品位的工业余热提升为较高品位的热量。其在回收利用低品位余热方面有着得天独厚的优势,目前比较常见的工业热泵系统有如下两类:

(1)压缩式热泵系统;

(2)吸收式热泵系统。

热泵系统虽然在利用低温余热的方面优势明显,但其产品单一,绝大多数热泵输出的是热水,热水品位虽然较低温余热有所提升,但提升幅度不大,应用受限,最常见的是用于冬季供暖,日常生活用水等,对于没有供热需求的季节和地区,其可利用的途径更加有限。

3.ORC低温发电系统

ORC低温发电系统属于余热转换利用的范畴,回收利用余热的方式与余热锅炉的方式相似,区别在于余热锅炉的循环工质为水,一般称为单循环系统,ORC低温发电系统的循环工质为低沸点的有机工质,一般称为双循环系统,这就使得ORC机组对低品位的余热回收具有巨大优势。由于产品是电能,所以运用范围广。

典型ORC低温发电应用场景如下:

(1)低温烟气

热源:各种加热炉烟气温度:150-180°

技术:采用前置烟气换热器将烟气中的热值回收,产生高温热水或者蒸汽进去ORC机组进行发电,实现节能减排。

(2)地热

热源:常规地热90-160℃,中高温地热>160℃

技术:热水进入ORC机组,排水(50-70℃)供综合利用,进行发电,实现节能减排。

4.工业余热制冷技术

工业余热制冷技术是指以工业余热作为驱动热源,利用吸收式制冷系统为用户提供冷冻水。与传统的压缩式制冷机组相比,吸收式制冷系统利用低品位的工业余热而不是高品位的电能或机械能;采用天然制冷剂如水或NH3,而不是对环境有破坏作用的,价格昂贵的氟利昂。所以具有相当的环保和节能效果,同时具有结构简单、震动小、无噪音等优点,在20世纪末得到了广泛推广。

但是与压缩式制冷机组相比,吸收式制冷机组的COP较低,一般小于2。为了减少静液高度对蒸发温度的影响,需要采用喷淋式蒸发器,费用相对于普通管壳式换热器高,而且其对防结晶、防腐蚀、防不凝性气体要求非常高。

5.热交换技术

热交换技术是指利用换热器使水或其他介质与工业余热换热,换热得到的热水或其他介质直接用于工艺生产或是其他方面。这种利用方式没有改变余热能的形式,属于余热资源热利用的范畴,这是工业余热回收方面最直接,效率较高的技术。换热器技术是热交换技术的核心,用于热交换技术的换热器常见的有间壁式换热器、蓄热式换热器、热管换热器、余热锅炉等。

虽然热交换技术系统简单,效率较高,但是由于其产品单一,最常见的是热水,而且经过换热器后,由于传热温差的原因,得到的产品温度较余热温度低,降低了余热品位,应用范围受限。

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