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【余热利用】工业余热基本利用方式,看完你就明白了

发布日期:2020-11-24 作者: 点击:

工业余热包括: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。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。


  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。


                            热交换技术

余热回收应优先用于本系统设备或本工艺流程,尽量减少能量转换次数。对余热的利用不改变余热能量的形式,只是通过换热设备将余热能量直接传递给自身工艺的耗能流程,降低一次能源消耗的技术设备,可统称为热交换技术,这是回收工业余热最直接、效率较高的经济方法,相对应的设备是各种换热器,既有传统的各种结构的换热器、热管换热器,也有余热蒸汽发生器(余热锅炉)等。
1、间壁式换热器
工业用的换热器按照换热原理基本分为间壁式换热器、混合式换热器和蓄热式换热器。其中间壁式和蓄热式是工业余热回收的常用设备,混合式换热器是依靠冷热流体直接接触或混合来实现传递热量,如工业生产中的冷却塔、洗涤塔、气压冷凝器等,在余热回收中并不常见。 
间壁式换热器主要有管式、板式及同流换热器等几类,管式换热器虽然热效率较低,平均仅26%~30%,紧凑性和金属耗材等方面也逊色于其他类型换热器,但它具有结构坚固、适用弹性大和材料范围广的特点,是工业余热回收中应用最广泛的热交换设备。冶金企业40%的换热器设备为管式换热器,允许入口烟气温度达1000以上,出口烟温约600,平均温差约300  
板式换热器有翅片板式、螺旋板式、板壳式换热器等,与管式换热器相比,其传热系数约为管壳式的二倍,传热效率高,结构紧凑,节省材料。冶金行业的联合、中小企业多采用板式换热器预热助燃空气,热回收率平均为28%~35%,入口烟气温度700左右,出口温度达360。但由于板式换热器的使用温度、压力比管式换热器的限制大,应用范围受到限制。  
对于各种工业炉窑的高温烟气回收,还常采用同流热交换器,主要有辐射式和对流式两类,应用较为广泛,多用在均热炉、加热炉等设备上回收烟气余热,预热助燃空气或燃料,降低排烟量和烟气排放温度。常见的辐射同流换热器入口烟气温度可达1100以上,出口烟气温度亦高达600,可将助燃空气加热到400,助燃效果好;温度效率可达40%以上,但热回收率较低,平均在26%~35%
2、蓄热式热交换器  
蓄热式热交换设备原理是冷热流体交替流过蓄热元件进行热量交换,属于间歇操作的换热设备,适宜回收间歇排放的余热资源,多用于高温气体介质间的热交换,如加热空气或物料等。  
根据蓄热介质和热能储存形式的不同,蓄热式热交换系统可分为显热储能和相变潜热储能。显热储能应用已久,简单换热设备如常见的回转式换热器,复杂设备如炼铁高炉的蓄热式热风炉。由于显热储能热交换设备储能密度低、体积庞大、蓄热不能恒温等缺点,在工业余热回收中有局限性。相变潜热储能换热设备利用蓄热材料固有热容和相变潜热储存传递能量,高出显热储能设备至少一个数量级的储能密度,因此在储存相同热量的情况下,相变潜热储能换热设备比传统蓄热设备体积减少30%~50%  
此外,热量输出稳定,换热介质温度基本恒定,换热系统运行状态稳定是相变潜热储能换热设备的另一优点。相变储能材料根据其相变温度大致分为高温相变材料和中低温相变材料,前者相变温度高、相变潜热大,主要是由一些无机盐及其混合物、碱、金属及合金等和陶瓷基体或金属基体复合制成,适合于450~1100及以上的高温余热回收,应用较为广泛;后者主要是结晶水合盐或有机物,适合用于低温余热回收。
3、基于热管的换热设备  
热管是一种高效的导热元件,通过全封闭真空管内工质的蒸发和凝结的相变过程以及二次间壁换热来传递热量,属于将储热和换热装置合二为一的相变储能换热装置。热管导热性优良,传热系数比传统金属换热器高近一个量级,还具有良好的等温性、可控制温度、热量输送能力强、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、无外加辅助动力设备等一系列优点。热管工作需要根据不同的使用温度选定相应的管材和工质。其中碳钢水重力热管的结构简单、价格低廉、制造方便、易于推广,使得此类热管得到了广泛的应用。实际应用中热管使用温度在50~400之间,用于干燥炉、同化炉和烘炉等的热回收或废蒸汽的回收,以及锅炉或炉窑的空气预热器。
4、余热锅炉  
采用蒸汽发生器,即余热锅炉回收余热是提高能源利用率的重要手段,冶金行业近80%的烟气余热是通过余热锅炉回收,节能效果显著。  
余热锅炉中不发生燃烧过程,而是利用高温烟气余热、化学反应余热、可燃气体余热以及高温产品余热等,生产蒸汽或热水,用于工艺流程或进入管网供热。同时,余热锅炉是低温汽轮机发电系统中的重要设备,为汽轮机等动力机械提供做功蒸汽工质。
实际应用中,利用350~1000高温烟气的余热锅炉居多,和燃煤锅炉的运行温度相比,属于低温炉,效率较低。由于余热烟气含尘量大,含有较多腐蚀性物质,更易造成锅炉积灰、腐蚀、磨损等问题,因此防积灰、磨损是设计余热锅炉的关键。直通式炉型、大容积的空腔辐射冷却室、设置的密封炉墙、除尘室、大量振打吹灰装置都是余热锅炉为解决积灰、磨损问题在结构上的考虑。另外由于受生产场地空间限制,余热锅炉把换热部件分散安装在工艺流程各部位,而不是像普通锅炉一样组装成一体。  
近十年随着节能减排工作的推进,国内主要余热锅炉设计制造企业加速发展,余热锅炉正朝着大型化、高参数方向发展,如有色冶金行业每小时蒸发量50 吨、工作压力4.2兆帕的余热锅炉,钢铁冶金行业每小时蒸发量100吨、工作压力12.5兆帕的干熄焦余热锅炉等。此外,进一步提高锅炉传热效果、热利用率,减轻积灰、磨损等问题,在锅炉循环方式、受热面结构、锅炉内烟气流道及清灰方式等方面进行改造、革新是余热锅炉技术进步的主要内容。

  热功转换技术


  利用热功转换技术可提高余热的品位,是回收工业余热的另一重要技术。

  按照工质分类,热功转换技术可分为传统的以水为工质的蒸汽透平发电技术和以低沸点工质的有机工质发电技术。

  目前主要的工业应用以水为工质,以余热锅炉+蒸汽透平或者膨胀机所组成的低温汽轮机发电系统。


一、过热蒸汽发电:
常规发电系统常采用抽汽回热系统。在余热发电系统中,汽轮机抽汽回热虽然提高给水温度、汽轮机效率,但会提高余热锅炉排烟温度,降低余热锅炉效率,相互作用的结果将降低发电系统的热效率,因此余热发电系统一般不设置回热系统。目前低温余热发电系统如下:单压系统、双压系统、闪蒸补汽系统以及带补燃系统。 
1、单压系统 
单压系统是采用单压余热锅炉和单级进汽汽轮机的发电系统(见图1)。该系统组成简单,除氧水经给水泵依次进入余热锅炉内的省煤器、蒸发器、过热器最后进入汽轮机做功发电。一般单压系统余热锅炉排烟温度在170℃。
 


 
2、双压系统 
双压系统是采用双压余热锅炉和单级补汽的汽轮机发电系统(见图2)。该系统按照能量梯级利用的原理,余热锅炉设置两个汽包,在受热面布置上顺着烟气流动同方向依次布置了高压过热段、高压蒸发段、高压省煤器、低压过热器、低压蒸发段、高压省煤器、低压省煤器,给水泵将除氧水分别升压到高、低压省煤器,进入两个压力不同的汽水循环在余热锅炉中生产两种不同压力的蒸汽:主蒸汽和低压蒸汽。低压蒸汽作为补汽进入汽轮机中部与主蒸汽一起推动汽轮机做功发电。由于采用这种双压结构,锅炉排烟温度能降到110℃左右。
 

 

3、闪蒸补汽系统 
闪蒸补汽系统是采用闪蒸补汽式汽轮机的发电系统(见图3)。闪蒸原理是将较高压力及温度的热水等热源,经减压扩容,释放出所需的较低压力饱和蒸汽。给水经给水泵进入余热锅炉后,一部分热水经废气换热后生成过热蒸汽,接入汽轮机的主进汽口;另一部分高温高压欠饱和热水进入闪蒸器,生产出一定量的低压饱和蒸汽,进入汽轮机的低压补汽口,主蒸汽与低压蒸汽在汽轮机内做功发电。闪蒸器分离产生的大量饱和水进入除氧器,与汽轮机排出的冷凝水一起经除氧后由给水泵供给锅炉,形成一个完整的热力循环。锅炉排烟温度可降低到90℃以下


 
4、补燃系统
在副产煤气富余的企业如钢厂,副产煤气资源丰富,出现了带补燃的余热利用系统。在常规单压、双压或复合闪蒸系统的基础上,通过在余热锅炉高温过热段补充燃烧部分富余煤气,将锅炉入口烟气温度(300~400℃)提高到中高温热风500600℃,使余热利用的热力系统蒸汽参数达到中温中压参数,进一步提高热力系统的余热利用效率和热电转换效率,同时对烟气、废气温度的波动起到一定的平衡调节作用,对整个厂网而言还能避免浪费,减少管网蒸汽、煤气放散量,获得很好的经济效益和环境效益。但该系统复杂,利用范围存在局限性。 
目前的几种系统中,单压系统由于废气余热得不到充分利用,影响了发电能力,在这几种系统中单压系统发电能力最低。双压系统的发电能力最大,比单压系统多发电10%左右。但同时锅炉金属耗量也最大,设备的初投资最大。复合闪蒸单级补汽系统发电能力较单压系统得到提高。但由于闪蒸器的出水未能转换为电能,与双压系统相比,系统的发电能力又有所降低。复合闪蒸补汽式发电系统发电能力介于单压和双压系统之间。而锅炉金属耗量与双压系统相比有所减少,设备的初投资较省。但闪蒸器产生的是饱和蒸汽,在进入汽轮机做功后,易使汽轮机排汽干度不能满足汽轮机的要求。双压系统和复合闪蒸补汽系统必要时能够解列,维持单压系统正常运行。因此在余热发电系统设计时,应根据不同用户的具体情况,在现场调研的基础上,做出最经济性的选择。




二、低压饱和蒸汽发电


1、螺杆膨胀动力机技术
螺杆膨胀动力机在上世纪七十年代被美国率先研制,并成功地用于地热汽水两相流的热能回收利用,机组功率60KW,我国八五计划将螺杆膨胀动力机技术列为重点攻关项目,1990年研制出实用样机,同年通过国家建材工业局组织的验收。目前,我国制造的螺杆膨胀机单机功率范围约50-800KW 
螺杆膨胀动力机作为一种新型节能技术设备,提供了回收低品级能源的一种选择。其优点是可以使用汽体、液体和汽水混合物作为工作介质;但是,当出口压力降低、膨胀比增加时,结构实现比较困难,因此排出压力比较高,效率比较低,能量不能得到最大限度的回收利用。 
2、高效整体齿轮箱式蒸汽透平余热发电及拖动的解决方案
高效整体齿轮箱式饱和蒸汽透平可应用于各种蒸汽减温减压及蒸汽冷凝回收等工艺,回收常规过热蒸汽汽轮机不能利用的饱和蒸汽能量,特别是能利用接近常压的低品位放空饱和蒸汽(一般2bar以上),单机功率范围100-5000kW,回收的能量既可以用于发电也可以用于驱动水泵、风机、压缩机等设备。
高效整体齿轮箱式饱和蒸汽透平可广泛应用于钢铁、冶金、建材、石化、化工、生物质、垃圾处理、太阳能光热等领域。
高效整体齿轮箱式饱和蒸汽透平,转速高、尺寸小、适应饱和蒸汽/湿蒸汽,技术含量高,一直被欧美垄断(图1,图2),国内完全依赖进口,自主产品处于空白。






我公司与国内知名企业领衔的涡轮机械德国专家团合作,引入德国先进高速透平技术和核心部件,提供高效整体齿轮箱式饱和蒸汽透平整体解决方案和产品,替代全进口。

(1)高速饱和蒸汽透平原理

采用单级喷嘴/动叶叶轮悬臂式结构,高转速,可获得很高的气流速度,实现大焓降;
机组采用高效冲动式型线设计,通流效率高,做功能力强。


高压蒸汽在喷嘴中扩压膨胀加速,在动叶通道内并不加速只发生偏转,反动度为0,推动叶轮做功。叶轮前后无压差,轴向推力小。【图3】





小液滴在叶片的内弧面集聚成膜并逐渐变厚,从出气边被气流撕裂带出进入排汽管道排出。


整体轮盘式设计,采用耐冲蚀材质( X22CRMOV12X5CRNICU17-04,或Titanium等),适应含湿气的工作流体,叶轮耐用可靠。【图4】





(2)高速饱和蒸汽透平特点


热源适应性广,既适用于过热蒸汽,也适用于饱和蒸汽。

每台为用户单独设计,根据用户热源参数定制,运行效率高。
结构简单、紧凑,整机装配出厂,安装方便,占地面积小,节省厂区内空间。

启停方便,冷态10分钟、热态1分钟内即可启动供电。不需要像常规汽轮机进行长时间的暖机。

维护简单,正常运行10年内无大修;机组检修技术和设备要求低,无需专业队伍及场地设备要求,检修工期短。

机组运转平稳,自动化程度高,振动小,噪音低。


(3)高速整体齿轮箱式高效蒸汽透平机型系列



3、高速整体齿轮箱式高效蒸汽透平解决方案

(1)饱和蒸汽减压能量回收应用(背压式)方案



某铜业有限公司生产工艺,产生45t/h流量、压力3.8MPa(G)的饱和蒸汽,原配套蒸汽热力系统过热炉需消耗大量燃油,以提高蒸汽过热度,而常规多级汽机仅能将过热炉中加入能量的约 54%转化为电能,过热炉中加入的其余部分热量,则转移到了汽轮机后的背压蒸汽中,造成 0.6MPa 管网热量富裕,实际发电量仅有1100-1600kW。经改造并联1台高速饱和汽轮机,无须运行过热炉,无燃油消耗,直接将饱和蒸汽引入高速饱和蒸汽透平,出口0.6MPa 背压蒸汽仍进入管网供用户使用,充分利用原来减压过程损失的技术功,发电功率高达2567kW,机组14个月即收回投资。

机组一年发电量 = 2567kW × 7000h= 1796.9万度电。

年发电节省购电费用 = 1796.9万度电 × 0.6/度电 =1078万元





(2)排空低压饱和蒸汽回收应用(凝汽式)



某化工有限公司有0.3MPa(g)、210的余热蒸汽30t/h。为充分回收利用该部分低品位热能,同时回收凝结水,采用一台装机容量3500kW饱和蒸汽透平发电机组,回收该部分余热蒸汽,做完功后的乏汽,压力10kpa(a),温度46,进入蒸发式冷凝器,凝结水回收循环利用,该机组额定输出电功率3025kW。
机组一年发电量=3025kW × 7000h= 2117.5万度电。
年发电节省购电费用= 2117.5万度电 × 0.6元/度电 =1270.5万元。




整体齿轮箱式低压饱和蒸汽发电


三、ORC有机朗肯热水发电


1、ORC发电装置的工作原理


工作原理和汽轮机发电机组相同,只是常规的汽轮机发电机组使用的介质是水,而ORC发电机组使用的是有机物质。有机介质的选定是由余热的温度水平决定的,不同的温度选用不同的介质,常用的介质有R134R245fa等。是目前国际通用的制冷剂,安全可靠、无毒不易燃,物理化学特性稳定。利用有机介质低沸点特性(35-65℃蒸发),当余热温度大于介质蒸发温度时,有机介质在蒸发器内汽化,相变为具有一定压力的气体,推动螺杆膨胀机做功,螺杆机拖动发电机发电。做功后气体的温度和压力降到效率最低点,为气液两相,经冷凝器冷凝为全液相,进入储液槽,工质泵将液态工质泵入蒸发器,完成一个做功循环。


2、工艺流程


热水、低压饱和蒸汽、热物液、烟气经蒸发器流出,有机工质在蒸发器内汽化,当温度达到70℃时,工质气体压力达到1.0-1.5MPa,推动螺杆膨胀机旋转拖动发电机,经冷凝器冷凝后进入集液槽,由工质泵泵入蒸发器,输出电力并入电网。


3、ORC发电装置效率


ORC发电装置效率比中、高温水平的汽轮机发电要低很多,ORC发电效率一般在10-15%左右,目前世界各国的技术水平都是这样,这是ORC发电机组的自身特性决定的。ORC发电装置对环境温度敏感,相同的余热和机组,在不同的地区使用,因为环境温度的高低,决定了介质的冷凝温度。当冷凝温度降低10-15℃时,发电量成倍增长,南方和北方发电量相差近一倍。北方平均环境温度低,发电量大。南方则发电量明显减小。


4、ORC发电装置的主要配置及功用


主要配置有蒸发器、螺杆膨胀机、发电机、冷凝器、工质泵、再热器、快速关断阀、系统自动控制和并联网设备。


1、蒸发器功用:蒸发器相当于汽轮机发电系统中的余热锅炉,有机工质在蒸发器内与余热源进行热交换,由液态变为具有相当压力的气态;
2、螺杆膨胀机功用:将有机介质气体的压力能和热能转换成机械能;
3、发电机功用:将螺杆膨胀机的机械能转换成电能;
4、冷凝器功用:将做功后气液两相介质全部冷凝为液体;
5、工质泵功用:将液态工质泵入蒸发器
6、快速关断阀功用:当发电装置出现故障时,快速切断进气和关机;
7、系统自动控制和并联网设备功用:自动控制全系统稳定可靠的工作,保证并网电力符合电网和使用要求。



热水发电—ORC(有机朗肯循环)发电(分布式)


热水发电—ORC(有机朗肯循环)发电(撬装式)



四、汽机拖动

汽机拖动与余热发电汽轮机的区别


1、两者之间最明显的区别是发电汽轮机在并网状态时,是定速运行,转速始终为3000rpm。而工业汽轮机往往是变速运行,转速很高,转速甚至可达到每分钟上万转。


2、由于工业汽轮机的转速高,汽轮机的尺寸、体积和重量均可减小,根据《运动学和动力学》中的公式,力矩功W=M×转角,就是力矩乘以转角,如果等式两边都除以时间,那么就变成了P=M×ω,就是力矩乘以角速度。对于同功率的工业汽轮机和发电汽轮机而言,如果工业汽轮机旋转的角速度ω要比发电汽轮机旋转的角速度ω大,以某年产30万吨合成氨厂驱动合成气压缩机的汽轮机为例:正常工作时转速大约在12000rpm左右甚至16000转,这个转速是发电汽轮机转速3000rpm4倍,那么合成气压缩机的汽轮机角速度ω也就是发电汽轮机角速度ω的4倍,所以此时工业汽轮机的力矩M只要发电汽轮机力矩M1/4即可,因为工业汽轮机的力矩小,所以汽轮机转子的回转半径就可以小很多,体积当然就小得多了。因此工业汽轮机的尺寸、体积和重量就比同功率的发电汽轮机小,也就是单位功率的重量可以减小,这不仅使制造成本大大降低,同时使汽轮机内效率得以一定的提高。日本国的发电汽轮机采用的是3600rpm,供电频率为60Hz,因为汽轮机转速提高后,单位功率的重量就可以减少,这样相同功率的汽轮机制造可以省材料,对于日本这样一个能源匮乏的国家,是符合日本国的国情的。因此应该有一种观念,工业汽轮机虽然体积不大,但不能从外观看就说功率就小,因为转速很高。 



3、对于并网运行的发电汽轮机而言,因为是定速3000rpm运行,所以主油泵就由汽轮机主轴驱动,主油泵出口油压稳定;而工业汽轮机由于是根据生产需要变速运行,如果主油泵由汽轮机主轴驱动,那么主油泵出口油压将不稳定,况且工业汽轮机转速又非常高,对主油泵不利,所以工业汽轮机及其驱动设备的供油系统的主油泵是单独由电动机驱动或小汽轮机驱动的。

 

4、发电汽轮机在机组正常运行时,因为是并网定速运行,所以调节时只调负荷。而工业汽轮机调节时,因为是变速运行,所以既要调转速,又要调负荷。 


5、汽轮发电机组无论在任何情况下,发电机也不会出现倒转的现象。而工业汽轮机则不同,正常运行时,汽轮机带动所驱动的设备正常运转,如果停机后,所驱动的设备出现倒转,例如水泵的水倒流回来,或压缩机出口的气体倒流回来,则有可能带动汽轮机也倒转。这样就对工业汽轮机及其所驱动设备的轴瓦提出了能够允许倒转的要求。


6、发电汽轮机都具有机械式的超速保护装置——飞环或飞锤式的危急遮断器,也就是撞击子;而工业汽轮机如果仅仅在一端连接所驱动的设备,可以设置撞击子,但是如果工业汽轮机放置在中间,两端均连接所驱动设备,也就是所谓的“一肩挑两头”,那么如果在工业汽轮机的一端设置撞击子,由于设置撞击子时需要在轴上钻孔,势必削弱汽轮机轴的抗扭转强度,这是不允许的,所以工业汽轮机如果“一肩挑两头”,是不设置撞击子的,那么机组的超速保护就由电子超速保护来完成,一般设置三个测转速探头,当三个测速探头中两个数值达到超速值时,超速保护动作。也就是所谓的“三取二”超速动作。


7、我国的发电汽轮机行业经过若干年的发展,规格型号已经基本形成了一个系列。相同功率等级的发电汽轮机参数基本一致,这就使得发电汽轮机的设计制造相对简单,而工业汽轮机为了满足其所拖动设备的使用要求,所以型号参数也是五花八门,为了提高其系列化、标准化、通用化,工业汽轮机设计制造企业常常采用“积木块”的原理设计制造,采用“积木块”原理和技术设计和制造工业汽轮机﹐是解决“不定型性”的有效方法。这也是我国学习国外先进技术所积累的经验,杭州汽轮机厂是我国最大的工业汽轮机生产厂家,该厂的技术就来源于德国西门子公司。 


8、由于工业汽轮机也是由锅炉生产蒸汽进行驱动,一般工业汽轮机距离锅炉都比较远,(相对于电站内锅炉与发电汽轮机的距离)。锅炉至发电汽轮机的主蒸汽管道的蒸汽流速一般为4060m/s,由于在电厂中锅炉与汽机的距离很近,所以流速按此设计,管道上不会有太大的阻力损失,不会产生太大的压降。但是如果热电站的锅炉产生的蒸汽送往工业汽轮机,由于管线很长,如果流速太大,必将产生较大的阻力损失,造成较大的压降,所以流速就尽可能的小一些,在相同的蒸汽流量下,管线就得粗一些,这就是工业汽轮机管线与电站汽轮机管线设计上有很大的不同点。


由于工业汽轮机的一些具体特点,所以在设计、使用工业汽轮机的过程中,要注重其与发电汽轮机的区别。让工业汽轮机更好的为我国的大工业服务。


汽机拖动案例图





  制冷制热技术



1、余热制冷技术
  
与传统压缩式制冷机组相比,吸收式或吸附式制冷系统可利用廉价能源和低品位热能而避免电耗,解决电力供应不足问题;采用天然制冷剂,不含对臭氧层有破坏的含氯氟类物质,具有显著的节电能力和环保效益,在20世纪末得到了广泛的推广应用。
  
吸收式和吸附式制冷技术的热力循环特性十分相近,均遵循发生(解析)冷凝蒸发吸收(吸附)的循环过程,但吸收式制冷的吸收物质为流动性良好的液体,制冷工质为氨水、溴化锂水溶液等,其发生和吸收过程通过发生器和吸收器实现;吸附式制冷吸附剂一般为固体介质,吸附方式分为物理吸附和化学吸附,常使用分子筛水、氯化钙氨等工质对,解析和吸附过程通过吸附器实现。
  
以溴化锂水溶液为工质的吸收式制冷系统应用最广泛,一般可利用80~250范围的低温热源,但由于用水做制冷剂,只能制取05以上的冷媒温度,多用于空气调节或工业用冷冻水,能效比因制冷工质对热物性和热力系统循环方式的不同而有很大变化,实际应用的机组能效比多不超过2,远低于压缩式制冷系统。但是此类机组可以利用低温工业余热、太阳能、地热等低品位热能,不消耗高品质电能,在工业余热利用方面有一定优势。吸收式余热制冷机组制冷效率高,适用于大规模热量的余热回收,制冷量小可到几十千瓦,高可达几兆瓦,在国内已获得大规模应用,技术成熟,产品的规格和种类齐全。
  
吸附式制冷机的制冷工质对种类很多,包括物理吸附工质对、化学吸附工质对和复合吸附工质对,适用的热源温度范围大,而且不需要溶液泵或精馏装置,也不存在制冷机污染、盐溶液结晶以及对金属的腐蚀等问题。吸附式制冷系统结构简单,无噪音,无污染,可用于颠簸震荡场合,如汽车、船舶,但制冷效率相对低,常用的制冷系统性能系数多在0.7以下,受限于制造工艺,制冷量小,一般在几百千瓦以下,更适合低热量余热回收利用,或用于冷热电联产系统。




2、热泵技术
  
工业生产中存在大量略高于环境温度的废热 (30~60),如工业冲渣水、油田废水等,温度很低,但余热量大,热泵技术常被用于回收此类余热资源。
  
热泵以消耗一部分高质能(电能、机械能或高温热能)作为补偿,通过制冷机热力循环,把低温余热源的热量泵送到高温热媒,如50以上的热水,可满足工农商业的蒸馏浓缩、干燥制热或建筑物采暖等对热水的需求。目前,热泵机组的供热系数在3~5之间,即消耗千瓦电能,可制得3~5千瓦热量,在一定条件环境下是利用略高于环境温度废水余热的经济可行的技术。
  
当前研制生产的大都是压缩式热泵,中型热泵正在开发,大型热泵尚属空白。压缩式热泵中以水源热泵技术应用最为广泛,可用于火电厂或核电厂循环水余热、印染、制药等行业的余热回收。例如,电厂以循环水作为热源水,通过热泵机组提升锅炉给水品位,使原有的锅炉给水由15提升到50,减少锅炉对燃煤的需求量,达到节能降耗的目的。
  
综上所述,余热利用的技术设备种类繁多,但都有一定的适用条件,应当根据工业余热温度、余热量,结合生产条件、工艺流程、内外能量需求,选择合适的余热利用方式。



地源热泵


水源热泵


空气源热泵


  小结


  综上所述,工业余热量大面广,利用技术、设备方式众多,但都有一定的适用条件,应根据不同企业余热种类、温度、余热量,结合生产条件、工艺流程、内外能量需求,企业应选择合适的余热利用方式,实现降低能耗、提高效益的目的。



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