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利用工業余熱進行集中供熱的理論探討
2020-2-17 09:03 中國泵閥制造網 作者:佚名 點擊:1621
【中國泵閥制造網 行業論文】摘要:隨著節能減排淘汰落后產能政策在全國范圍內的實施,各級地方政府加快了拆除高耗能、高污染、低熱效率的區域小鍋爐的步伐。而熱電聯產機組及大噸位鍋爐具有節約燃料和減少環境污染的特點, 在未來將成為我國主要的集中供熱主體。目前熱電聯產熱源主要來源為電廠和尖峰鍋爐,而電廠余熱是主要供熱熱源。隨著城市化發展

摘要:隨著節能減排淘汰落后產能政策在全國范圍內的實施,各級地方政府加快了拆除高耗能、高污染、低熱效率的區域小鍋爐的步伐。而熱電聯產機組及大噸位鍋爐具有節約燃料和減少環境污染的特點, 在未來將成為我國主要的集中供熱主體。目前熱電聯產熱源主要來源為電廠和尖峰鍋爐,而電廠余熱是主要供熱熱源。隨著城市化發展進程的不斷加速,供熱規模越來越大,如果不擴大熱源的供給,熱電聯產式供熱發展規模會受到約束。拓寬熱能供給渠道,將高能耗工業,包括化工、鋼鐵、有色、建材、煉油產生的大量廢熱、余熱并入熱網,利用低品位熱源的潛熱,使供熱系統成為工業廢熱、余熱的終端利用者。

關鍵詞:工業余熱;集中供熱;理論

引言

我國是能源緊缺的國家,一次能源及各種余熱資源利用水平較低。在我國,大量的煤炭、石油、天然氣等資源被粗糙利用,直接燃燒成為此類化石能源的最主要利用方式。另一方面,我國工業能耗占全國能源消耗總量的 2/3 以上。盡管目前通過改進工藝、動力回收、熱泵技術等方式對工業余熱進行了部分回收,但工業的能源利用率依然低下,至少有 50%的工業能耗以各種形式的余熱被廢棄。統計顯示,我國能源利用率僅為 30%,各主要工業部門如鋼鐵、化工、造紙、紡織等行業的余熱資源占消耗能源比例平均達到了 7.3%,而余熱資源回收率僅為 34.9%,由此可見余熱利用潛力巨大。

1.工業余熱的分類及特點

相關數據顯示,工業余熱的利用程度確實不太高,這是急需去解決的問題。

1.1工業余熱的分類

工業余熱主要是在工業生產出沒有得到有效利用的資源。它的產生介質也是多種多樣的,不僅有固體,同時也包括液體和氣體等形式。由于熱能的利用很難有效把控,所以就會出現工業余熱,造成很大的浪費。

工業余熱大部分溫度不高,不好回收,所以基本上沒有得到過二次利用。工業余熱的排放,不僅浪費了資源,同時還對環境造成了很大程度的污染。通過余熱的溫度高低,對其進行分類,主要有中溫、低溫和高溫三種;旧细黝惞I生產上都有工業余熱的產生和浪費,通常情況下最常見的就包括煙氣、煤渣、半利用的燃料等。余熱最大的一些行業,如表 1 所示。

1.2 工業余熱的特點

由于我國目前對于工業余熱的處理技術還不夠成熟,對于工業余熱的利用程度也非常低。要想更好地提高利用率,就必須了解工業余熱的特點,從而有針對性的進行研究。工業余熱的特點大致可以分為以下幾點:①余熱量不穩定。余熱資源的數量不穩定,或稱熱負荷不穩定,一般是由工藝生產過程來決定的。

即便是同一個企業,不同時期所產生的余熱也存在著差異。余熱的產生受到各種因素的干擾,因此有必要對不同行業進行了解,從而更好的掌握余熱的特征;②余熱載體雜質較多。工業余熱當中常常會伴有一些粉塵和化學物質,這些粉塵和化學物質大多數都是高污染高危害的,所以在對余熱的利用過程中要充分考慮這些因素;③含有腐蝕性物質。由于工業余熱當中會帶有很多有害氣體,例如二氧化硫,長期排放在空氣當中會造成酸雨,腐蝕性特別強。還有很多包含著重金屬,這對于環境來說都是巨大的克星。同時對于工業企業的機器設備也具有很強的腐蝕性,會起到降低機器設備使用壽命的作用。

1.3常用的余熱回收設備

常用的余熱回收設備主要包括熱量轉化器,主要是通過設備對熱量進行回收,從而實現二次利用。常用的熱換器包括以下幾種:①高溫換熱器。它的工作原理主要就是對工業生產當中配出的煙氣的熱量進行回收,通過安裝特殊的余熱回收設備,對企業的煙氣進行二次利用,從而起到節能增效的作用;②蓄熱式換熱器。在熱氣與冷氣的中間需要一個介質來轉換,主要采用耐火材料制作而成;③翅管換熱器。通過增加翅片的個數來增加傳熱的面積,從而使得熱換的能力不斷地增強,使得換熱設備的結構更加合理。但是翅管換熱器有特殊的適用范圍,那就是主要針對 800℃左右的氣體;④緊湊式換熱器。它的結構大致是蜂窩結構的。主要的構成要素就是平板和翅片。它的傳熱面積非常大,可以高達 7000m 3 ;⑤熱管換熱器。從名稱上就可以看出,它的組成部門主要就是熱管。它的適用范圍是溫度適中的余熱的循環回收和利用。

2.利用工業余熱進行集中供熱的主要研究成果

有研究指出,工業余熱在供熱系統中應作為重要補充熱源,承擔末端熱用戶的基礎負荷。應針對不同的末端形式,配合相應的供熱系統結構。該研究認為,低溫輻射末端是適應低品位工業余熱供熱的一種理想末端形式。該研究從提高工業余熱利用率角度出發,提出北方地區土壤源蓄熱并用于采暖季供熱的設想,并通過實際案例說明了低品位工業余熱用于城鎮集中供熱的節能環保效益 。

有研究者以某 300 MW 調節抽汽式汽輪機及其供熱系統為例,建立了回收循環水余熱的熱泵供熱系統流程及各關鍵部件的數學模型,計算了熱泵供熱方式的工況性能,從系統整體角度對熱泵供熱方式進行了熱力性能評價,認為回收循環水余熱的熱泵供熱方式能較好地實現能量的梯級利用,并可減少循環水的蒸發損失以及對環境造成的熱污染,具有良好的熱力性能和社會效益,但其經濟性能還需進一步研究分析。

另有研究者建立了回收循環水余熱用于供熱的單效溴化鋰吸收式熱泵模型,模擬分析凝汽器循環水出水溫度與熱網循環水出水溫度對熱泵系統供熱系數的影響,結果表明,凝汽器循環水出水溫度升高或熱網循環水出水溫度降低都能提高熱泵系統的COP,提升供熱效率;同時以實例分析提高循環水出水溫度對 300 MW 汽輪機組和熱泵機組的綜合影響,結果表明,循環水出水溫度在 35 ℃附近存在一個最佳值,可實現系統集成的最優化 。

一項針對酒精廠余熱回收用于集中供熱的案例研究表明,自該系統正式投產運營以來,熱電廠供熱緊張的情況及時得到了緩解。既保證了酒精廠的正常生產,又滿足了供熱需求,取得了良好的社會效益。該項目每年節約 7 900 t 標準煤,可減少向大氣排放二氧化碳 20 500 t、二氧化硫 190 t、粉塵 80 t。該系統的應用帶來顯著的經濟、社會、環境效益,為城市提供了一個穩定、可靠的熱源,節能效果明顯,符合國家節能減排政策,是一個值得實施的好項目。

3.結束語

利用工業余熱拓寬供熱能源的供給渠道, 將余熱區域網絡化是各級政府應大力實施節能減排的有效措施。 一方面,從根源上解決大城市熱源緊張的局面, 有利于擴大熱電聯產式集中供熱的發展規模,有利于滿足熱源供給區域內熱用戶不同的用熱品質需求。熱源充足了,集中供熱企業發展也能變被動為主動,在迅速增長的供熱市場中,發揮主導作用;另一方面,充分利用工業低品位熱源供熱,成為余熱利用終端,很大程度減少熱能浪費,減少能源的消耗,降低有害水汽排放,既起到節能降耗的作用,又能達到改善環境的目的?傊,隨著先進技術和設備在供熱系統中的應用,將工業低品位余熱網絡化,并轉化為滿足供熱的熱源,是可行的。在熱能得到高效利用的同時,創造更高的社會和經濟效益。

原標題:利用工業余熱進行集中供熱的理論探討

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