1低温余热利用技术

 

1.1吸收式制冷技术

 

当热用户需要冷却时，也可以通过制冷技术回收余热。在余热制冷技术中，吸收制冷技术比传统的压缩制冷技术更环保，利用制冷工质的持续混合分离，在蒸发过程中吸收外部热量，产生制冷效果，无需消耗电能。制冷工质一般为天然氨水、溴化锂水溶液等。以氨水为工质的吸收制冷适用蒸发温度可低于–70℃，环境友好，但设备占地面积大，系统性能系数低。溴化锂吸收制冷适用于蒸发温度一般高于0℃，对热源温度要求不高，能有效利用低温余热，具有良好的节能经济效益。

 

1.2ORC低温技术

 

对于环冷器中后段温度小于300℃的中低温热源，传统的水蒸气循环发电系统由于蒸汽压力低，发电效率低，无法产生经济效益。随着技术的不断进步，更高效的ORC发电技术被应用于冶金行业。ORC发电利用有机工质低沸点的特点，在低温下产生高压有机工质蒸汽，促进汽轮机的工作。例如，日本君津500m2烧结机率先安装了一套利用F85低沸点有机介质循环的余热发电系统，透平机发电容量为14.8MW，发电量可达12.5MW。宝钢三烧ORC发电示范项目于2019年投产，成为中国钢铁行业烧结过程中第一个具有ORC发电应用示范案例和中国单机最大的ORC发电机组。年发电量可达1191万kWh，相当于标煤3811t，实现二氧化碳减排9528t。目前，ORC低温余热发电技术仍存在投资大、占地面积大的缺点，是今后相关研究需要克服的主要问题[1]。

 

1.3热泵技术

 

1.3.1表面式换热技术

 

在表面换热技术中，工业设备的排气不与热泵蒸发器直接接触，而是利用低温水或防冻液通过表面换热器提取工业设备排气中的热量。循环介质加热后进入热泵系统，蒸发器放热后继续返回换热器加热。研究人员提出了一种充分利用排气余热的装置，将表面换热器设置在排气井顶部的导风管内，换热管内为循环水，管外为矿井排气。循环水吸收排气中的热量后，温度升高，作为低温热源进入热泵机组。该装置从排气中回收的热量可用于矿井新风加热、冬季建筑加热和洗浴用水制备。在表面换热技术中，工业设备的排气不进入热泵机组，可以保证机组的平稳运行，延长热泵的使用寿命。但该技术只能回收排气中的湿热，因此换热效果有限，排气杂质堵塞换热器的问题依然存在。

 

1.3.2喷淋式换热技术

 

为了充分回收工业设备排气中的热量，喷淋换热技术可与水源热泵相结合。在这种系统中，循环水通过喷淋装置与排气直接接触，充分换热，同时回收排气中的显热和潜热。吸收排气热量的喷淋水作为水源热泵的低温热源送入热泵机组，放热冷却后通过管道返回喷淋装置。经喷淋处理后，温度低、粉尘少的排气通过挡水板排至室外大气。

 

1.4逆流直接换热技术

 

井筒防冻技术方案主要采用逆流直接换热技术，工业设备通过风道进入高效导热纳米金属合金材料的热直接换热器，与逆流进入换热器的新鲜空气进行高效热交换，达到余热加热新鲜空气的目的。加热后的新鲜空气通过风道进入井口，达到井口防冻效果。通过合理的逆流结构设计，采用纳米涂层高效热传导材料，实现逆流直接换热技术的高效热传导。根据工作过程，逆流直接换热技术可分为三部分，即回风对流换热、纳米涂层合金内部导热和新风对流换热。逆流直接换热技术的特点是通过高效的热传导实现热传递，工业设备进入逆流直接换热器，回风热直接传递到新鲜空气，新鲜空气进入换热器接触金属侧壁加热直接进入井口，由于进气井与回风井之间的距离有限，所以送风温度不高于回风温度。此外，还需要定期清洗回风侧换热器附着物，效率衰减控制在5%以内。逆流直接换热系统具有结构简单、运行成本低、维护方便、使用寿命长等特点

 

[2]。

 

1.5空气压缩机余热回收技术

 

洗浴热水加热是利用空气压缩机余热技术，通过热回收装置与循环水交换工业设备中空气压缩机油站的热量，达到加热洗浴水的目的。空气压缩机余热高效热能回收装置中的换热器材料为不锈钢板，换热管为弹簧盘管式。水流的冲刷使换热管自由膨胀膨胀，不易结垢。在长期使用过程中，换热管的膨胀可以自动脱垢，换热效率不变。空气压缩机余热技术的换热方式是压缩机油-中间循环水-洗浴热水。通过中间循环水与85℃的压缩机油进行换热，吸收压缩机油的热量，然后进入热水箱下部的加热器，产生45～50℃热水用于浴热水加热。中间循环水水质的控制直接影响系统内的换热效果，控制循环水水质，定期清洗水箱下部的换热器，效率无衰减。空气压缩机热回收技术的优点是运行成本极低，热水温度保证高，加热无运行部件，使用寿命长[3]。

 

低温余热利用发展方向

 

为了实现低温余热的有效利用，除了选择合适的余热利用技术外，还应考虑如何将余热利用技术与换热网络进行集成优化。夹点技术是目前最实用的过程集成方法，特别是在热回收换热网络的优化集成方面。但该方法对低温余热回收的换热网络系统有局限性。目前，学者们已经提出了不同的集成方法。相关人员对有机朗肯循环和换热网络进行了大量的集成方法研究。为了解决单独使用有机朗肯循环时余热匹配差的问题，提出了确定有机朗肯循环、热泵工作质量和集成系统最佳运行条件的系统方法。研究人员对含有压缩吸收复叠制冷系统的热交换网络进行了集成设计和优化，并提出了优化方法，同时确定热交换网络结构和制冷系统的运行条件。然而，在大量的集成优化方法中，低温余热利用技术并没有对特定案例进行严格的热力学模拟和优化。研究人员提出了将元启发性和确定性技术与过程模拟相结合的混合优化方法，使余热回收和换热网络系统的数据更加准确，并在考虑经济、环境和社会方面确定了综合系统的结构和操作参数。基于数学规划的集成优化方法比夹点技术复杂，在工业实践中应用较少。对于含有余热回收的换热网络系统，没有简明通用的方法。低温余热利用技术和换热网络开发类似夹点技术的集成优化方法[4]。

 

3结论：低温工业余热资源普遍可观，通过低温余热发电技术、中高温热泵技术实现低温工业余热资源综合利用是工业企业节能降耗的有效手段，也是实现“碳峰、碳中和”的重要途径，促进能源消费侧节能降碳具有典型的示范意义。