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余熱利用能源效率和節(jié)能是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)最有效、晟經(jīng)濟(jì)的途徑，"堅(jiān)持開(kāi)發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位"是我國(guó)能源戰(zhàn)略的基本方針．為了謀求能源的合理利用，首先必須努力使為完成目的而投入的能源最少．然而，由{二技術(shù)的限制，仍然殘留有末起有效作用的熱及起有效作用完成任務(wù)后剩余的熱，將其再利用就是余熱的回收利用．在各種節(jié)能途徑中，回收利用余熱是最后實(shí)施的、也是廣泛采用的重要措旋，是節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效措施．從1980年起，我國(guó)工業(yè)余熱利用已經(jīng)歷三個(gè)"五年"計(jì)劃，水平逐步提高．"六五"期間，余熱量多，利用水平起點(diǎn)低，采用一般余熱利用技術(shù)也取得了良好的效益．投資約356元／tce．"七五"期間，回收利用難度增大，通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、提高．形成了自己的技術(shù)，使我國(guó)余熱利用技術(shù)水平有了較大提高．"八五"期間，在推廣已成熟技術(shù)的同時(shí)，研究開(kāi)發(fā)引進(jìn)中規(guī)模與難度較大的余熱利用技術(shù)，縮小了余熱利用技術(shù)水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的：差距．為了組織好"九五"余熱利用項(xiàng)日，開(kāi)展r"工業(yè)余熱節(jié)能潛力和途徑研究"，1996年底通過(guò)了國(guó)家經(jīng)貿(mào)委資源節(jié)約綜合利用司組織的評(píng)審，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)：研究了主要耗能工業(yè)的余熱利用，提出了我國(guó)工業(yè)余熱利用節(jié)能潛力和"九五"期間建議安排的工業(yè)余熱利用技術(shù)改造示范項(xiàng)目，為編制"九五"期間節(jié)能技術(shù)改造年度示范項(xiàng)目計(jì)劃提供依據(jù)[1]．為了推進(jìn)我國(guó)工業(yè)余熱利用，同時(shí)開(kāi)展了"國(guó)內(nèi)外工業(yè)余熱利用技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展前景"的專題研究，本文報(bào)告有關(guān)結(jié)果[21．二、換熱器1．高溫?fù)Q熱器650。|C以上的高溫余熱，來(lái)自各種工業(yè)窯爐，品位高而且集中，如何盡量少貶值地加以·6·利用，是余熱川收的重要課題，大力發(fā)展高溫高性能換熱器是關(guān)鍵．同內(nèi)高溫爐窯的空氣預(yù)熱溫度達(dá)50u(的鰻占12'K定有，高溫固體'i熔渣余熱利塒水平亟待提高，節(jié)能潛力很大．(1)陶瓷換熱器對(duì)1000(、級(jí)的高溫?zé)煔猓邷靥沾刹牧显谛阅芸āг炫畏矫娉尸F(xiàn)出優(yōu)勢(shì)．用上業(yè)陶瓷制成傳熱管(光管或肋片管，以取代耐熱鋼管，既能承受更高的溫度．經(jīng)久耐用．傳熱性能良好，還可大幅度地降低造價(jià)．陶瓷換熱器豐要用于工業(yè)窯爐的氣體余熱回收，用來(lái)加熱新鮮空氣，節(jié)約燃料。其?。鹤鳒囟瓤筛哌_(dá)1500c，比金屬換熱器高日{(diào)500c左右．陶瓷板翅換熱器，叮經(jīng)受1000c的高溫．美吲陶瓷換熱管發(fā)展較快，并實(shí)現(xiàn)廠陶瓷管的小口徑化．國(guó)內(nèi)使用的碳化硅管換熱器，效果很好．饑械行業(yè)有關(guān)單位J}：在積極開(kāi)發(fā)和完善陶瓷換熱器和碳f|二硅管換熱器，以適應(yīng)1000C以上的高溫?zé)煔?a href="http://www,ytebara.com.cn">余熱利用的需要．(2)蓄熱型換熱器蓄熱犁換熱器借助r高溫氣體JJⅡ熱熱介質(zhì)．利用其顯熱和伴有相變的潛熱來(lái)加熱低溫氣體，主要有固定床、移動(dòng)床和流化r蕞．在固定床中，高溫氣體和低溫氣體依靠換向閥的切換，交替地流過(guò)蓄熱型換熱器中的同定型熱介質(zhì)，如蓄熱室、熱風(fēng)爐和卵石加熱器等．在移動(dòng)床中，兩種氣體分別流過(guò)不同的通道，熱介質(zhì)連續(xù)地移功并進(jìn)行換熱，如回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、多級(jí)流動(dòng)層式換熱囂等．n：流化床中．經(jīng)豎慣道上P的高溫嫻氣首先加熱逆向流動(dòng)的中間載熱體．這些炙熱的顆粒絕1、溜槽，落進(jìn)熱交換器，被鼓入的冷風(fēng)"提升"到分離器，經(jīng)上溜槽叉同到豎煙道中重復(fù)征用．荏熱交換器中，以圭c力輸送形式進(jìn)行卒氣和載熱體同的熱交換．從而使空氣獲得高溫．高溫流化床換熱器電有采用多流化『術(shù)系統(tǒng)的．顆粒型蓄熱換熱器的使用溫度t口在l3t)O[以』：，其總傳熱系數(shù)【L一般憊渴換熱器和陶瓷換熱器高達(dá)10倍，破|j、為是新一代高溫高陛能換熱器．(3)噴流式換熱器等Ⅱ套流式換熱器是根據(jù)沖擊對(duì)流傳熱原理設(shè)計(jì)的．由于氣流垂卣沖向熱交換面，與一般預(yù)熱器氣流順器壁流動(dòng)形式相比．熱交換強(qiáng)度很大，具育結(jié)構(gòu)緊湊、垌料節(jié)省及傳熱效率高的優(yōu)點(diǎn)．其缺點(diǎn)是空氣側(cè)平I】士塒氣的阻力都較大，必須強(qiáng)制排悃．如求爐子投有引風(fēng)設(shè)備，其能采刖窄't側(cè)噴流。其煙氣側(cè)常輻射，雖傳熱系數(shù)降低．但仍能收到良好教果．2，管殼式換熱器在余熱梯級(jí)利用中，通用范圍廣日耐用的管殼式換熱器列f'高溫?fù)Q熱器之后．主耍類型有普墑鋼管換熱器、小Ii徑光管換熱器、多種折流板式換熱囂、折流汗式換熱器、鈦制或鋯制耐蝕換熱器、擴(kuò)面管(々{『低翅管．內(nèi)翅管)換熱器、導(dǎo)型管(包括環(huán)槽管、繩紋管、旋渦管等)換熱器、表面微細(xì)管式(如沸嘴管，冷凝管)換熱器等．除表向-微到管式換熱器部分產(chǎn)品外，對(duì)以上各種殼式換熱器饑餓行業(yè)的有關(guān)單應(yīng)均育成：碘的技術(shù)，仃。定的批量生產(chǎn)能力?？蓾M足各行業(yè)的需要．1刊內(nèi)開(kāi)發(fā)』'多種表面徽細(xì)管．有的性能達(dá)到國(guó)外水平．已經(jīng)過(guò)試J訂．3．板式換熱器板式換熱器主要有平板式、板翅式和螺旋式．平板式換熱器可通過(guò)改變平板的數(shù)目來(lái)增減換劫摘積，傳熱系數(shù)高、重量輕，具有換熱器內(nèi)滯留液少和容易清掃等優(yōu)點(diǎn)．板翅式換熱器用于低品位余熱的回收．螺旋板式換熱器采甩兩股螺旋流道，可布置成純逆流，有自清洗功能，容易制造，在小型低壓領(lǐng)域可取代管殼式．其缺點(diǎn)是工作壓力有限(-<、2MPa)·承受溫度不高．4．其他換熱器熱管換熱器由熱管組成．熱管的』二質(zhì)從氮、氨直至液態(tài)金屬；深玲時(shí)，采用氦和氨作工質(zhì)；普冷時(shí)用氟里昂、烷、醇等；50～250c采用水；％0～400c用道氏A有機(jī)工質(zhì)；更高的溫度用低熔點(diǎn)金屬(如鈉)；陶瓷熱管可住1000c』：作．導(dǎo)熱油循環(huán)載熱管束實(shí)際上為熱管的簡(jiǎn)化，可靠、高效、成本低、易大型化，國(guó)內(nèi)已使用，400c以下使用導(dǎo)熱油和碳鋼管束，500c時(shí)用導(dǎo)熱熔鹽和鐵素體不銹鋼管束．另外，還有無(wú)換熱面的直接接觸式換熱器，實(shí)現(xiàn)顯熱和潛熱同時(shí)交換的壘熱換熱器等．三、余熱鍋爐余熱鍋爐是設(shè)置在子糞工藝流程中．回收余熱以提高整個(gè)裝置熱效率，從而減少一次能源消耗的一種節(jié)能設(shè)備．它不但節(jié)約能源，而且對(duì)提高流程的質(zhì)量．減輕公害和滿足某些工藝要求，起著P分重要的作用．余熱鍋爐熱同收對(duì)象，最普通的是工藝氣體、煙道氣體等的顯熱，以及固體余熱交換后的排氣顯熱、固體輻射熱等．按工藝原有設(shè)備的性質(zhì)，余熱鍋爐可分兩類：一類主要是對(duì)_[廠生產(chǎn)過(guò)程中的氣體進(jìn)行冷卻，滿足_[藝要求；另一類主要是為節(jié)能進(jìn)行的熱回收．余熱鍋爐按水循環(huán)方式可分為自然循環(huán)與強(qiáng)制循環(huán)．從聯(lián)臺(tái)循環(huán)應(yīng)用趨勢(shì)看，自然循環(huán)是一種更可取的技術(shù)．余熱鍋爐按氣體通道可劃分為火管式和水管式．按換熱形式劃分，余熱鍋爐可分為輻射和肘流．在以動(dòng)力回收為目的的系統(tǒng)中。還采用多壓余熱鍋爐，如雙壓與三壓余熱鍋爐，來(lái)提高發(fā)電效率．采用多壓余熱鍋爐技術(shù)可更有效地回收排氣余熱，由于多壓，吸熱線與放熱線能夠更好地匹配，減少r傳熱的1i可逆損失，回收的傭值高．構(gòu)成的循環(huán)效率高；另一方面，由于節(jié)點(diǎn)的改變，減輕了單壓余熱鍋爐申節(jié)點(diǎn)對(duì)熱回收的限制，使回收的熱增多．隨著壓力等級(jí)的增加，盡管回收的熱量幾乎不增加，但回收的娜增加，發(fā)電量增大．美國(guó)從50年代開(kāi)始研究用于回收鋼鐵1二業(yè)余熱【日收的余熱鍋爐，此后相繼開(kāi)展了用于回收其他行業(yè)余熱資源的余熱鍋爐研制，積累了大苗的經(jīng)驗(yàn)．美國(guó)已制造并運(yùn)行數(shù)十臺(tái)熱管余熱鍋爐．用于燃油、氣和煤的聯(lián)合循環(huán)的無(wú)補(bǔ)燃、補(bǔ)燃和全燃的單壓、雙壓、三壓和再熱或不再熱的余熱鋸爐已商業(yè)化．日本已研制推廣用_F荇種余熱源的多種型號(hào)的余熱鍋爐，并已成批制造熱管式余熱鍋爐．日本千法熄焦條熱鍋爐，已成為鋼鐵企業(yè)中實(shí)用化節(jié)能效果顯著的高溫余熱回收設(shè)備．現(xiàn)在，余熱鍋爐已向高參數(shù)和全部用于發(fā)電為主要日的的方向發(fā)展．我國(guó)已開(kāi)發(fā)并制造出用J二冶金、化工、建材和輕紡等行、JL的余熱鍋爐．但綜觀余熱鍋爐成套產(chǎn)品的技術(shù)水平．與國(guó)外先進(jìn)的同類產(chǎn)品相比尚有一定差距，尤其是自控水平落后，積灰清除效果差，配套輔機(jī)質(zhì)量差1．透平四、動(dòng)力回收對(duì)】二a-：g壓力的高爐烘氣、催化裂化裝置的排氣及其他呵燃排'(．則可采用布雷頓循環(huán)的燃?xì)馔钙阶儸F(xiàn)動(dòng)力回收．目前．我目應(yīng)加速濕式大功率TRT的開(kāi)發(fā)，以適應(yīng)1500～2500m1爐容高爐的需要．研究、開(kāi)發(fā)T式TRT和干、濕兩Hj新刑I、RT技術(shù)．400C以上的排氣余熱采用朗肯循環(huán)進(jìn)行動(dòng)力叫收或熱電聯(lián)產(chǎn)．依據(jù)不同的用途可選用凝汽式、回?zé)崾?、中『剮再熱式、背H{一t透半、抽汽凝77L式、抽汽背壓、泄壓透平等．2．混合循環(huán)工業(yè)余熱多為氣體或液體的顯熱．在利蹦過(guò)程中，其溫噓逐漸嘩低，余熱與循環(huán)換熱的鼴佳匹配是平行匹配，『『I『純1．噴在蒸發(fā)器中是定溫相變過(guò)程，水遠(yuǎn)不可能實(shí)現(xiàn)平行匹配．多壓蒸汽朗肯循環(huán)能夠改進(jìn)余熱利用的原因是部分地改進(jìn)r余熱與循環(huán)換熱的匹配，但由于工質(zhì)性質(zhì)的限制仍兄法實(shí)現(xiàn)平行匹配．作為混合循環(huán)的典型代表是Kaiina循環(huán)，它使用氨水混臺(tái)工質(zhì)．并存系統(tǒng)中的各電根據(jù)需要改變7睢臺(tái)物成份．調(diào)整1=質(zhì)-12』貝．使余熱源與循環(huán)非等溫地交換能量，并以相似的非等溫向環(huán)境放熱，實(shí)現(xiàn)怍等溫的哦熱和放熱以及再熱和心熱．減少』'堋損失，提高r轉(zhuǎn)換效率．雖然很多非共沸脫合工質(zhì)都能達(dá)到此要求，但氨水是已經(jīng)商業(yè)化的壤經(jīng)濟(jì)的工質(zhì)，因此便1：上業(yè)應(yīng)_L}j．CanogaPark3MW的示范廠的實(shí)際運(yùn)行表明"，Kalina循環(huán)的效率比雙壓朗肯循環(huán)高25步i，比三壓再熱朗肯循環(huán)高1二47～18Z．由于目前聯(lián)合{I喬環(huán)的發(fā)電效率已達(dá)55蟛，本世紀(jì)末將達(dá)60％，Kalina衢環(huán)町改變目前使用蒸汽透平的朗肯底循環(huán)不能跟上燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展步伐的局面．使聯(lián)合循環(huán)的效率再提高2～3個(gè)百分點(diǎn)．這一循環(huán)對(duì)提高-[業(yè)中溫余熱動(dòng)力【旦I收的效率有積極貢獻(xiàn)．3．低品位余熱的動(dòng)力回收(1)低沸．占、介質(zhì)的朗肯循環(huán)以低怫點(diǎn)介質(zhì)為工質(zhì)采耳j朗肯循列：利用工業(yè)低品位余熱．可采圩J單級(jí)、雙級(jí)及三級(jí)等蒸發(fā)過(guò)程，雙級(jí)蒸發(fā)比單級(jí)nr提高有效功率約20％，溫噬水乎高時(shí)，町采肘一^級(jí)蒸發(fā)．循環(huán)i口采用單流體系統(tǒng)或雙流體系統(tǒng)(2)三角循環(huán)改進(jìn)低沸點(diǎn)有f)L衍r質(zhì)朗肯循環(huán)的一條途徑是采用超臨界循環(huán)，理論上可通過(guò)各種措施接近"_三角循環(huán)"．但由于循環(huán)壓力水半高，工質(zhì)泵往往要消牦3(1一--40％的轱功，甚至更大，幽而效果不明顯．j角循環(huán)確：Iql}衛(wèi)I+)o、一200C的余熱日士能夠比簡(jiǎn)單的朗肯循環(huán)和超臨界的ORC系統(tǒng)多發(fā)電10蟛～s(JV．而啦位發(fā)電的成本與超臨界ORC系統(tǒng)相同，低于朗肯循珂：．考慮到兩相有機(jī)流體膨脹中高含量的液體和很低的比焓降，采用雙螺桿Lysholm膨脹機(jī)最合適．余熱源溫度高時(shí)，膨脹機(jī)末端出現(xiàn)干或近干蒸汽，可安裝徑向進(jìn)氣的透平進(jìn)一步改進(jìn)。41．(3)熱水循環(huán)發(fā)電熱水循環(huán)發(fā)電可分為三類：(1)高壓熱水直接推動(dòng)轉(zhuǎn)子發(fā)電；(2)熱水通過(guò)擴(kuò)容膨脹閃燕成蒸汽推動(dòng)透平發(fā)電；(3)將前兩種結(jié)合起來(lái)的全流法(兩相膨脹機(jī))．熱水循環(huán)發(fā)電最初是利用地?zé)岚l(fā)電，現(xiàn)已推廣到中低溫余熱回收，達(dá)到了實(shí)用階段．利用余熱發(fā)電已成為一項(xiàng)重要的節(jié)能措施．利用余熱發(fā)電的新趨勢(shì)是，強(qiáng)化蒸汽朗肯循環(huán)的發(fā)電效率，采用高參數(shù)和多壓蒸發(fā)，使效率翻番；采用新循環(huán)提高中低溫余熱發(fā)電的效率和經(jīng)濟(jì)性，擴(kuò)大低溫余熱的經(jīng)濟(jì)利用溫度．五、熱泵與熱品位變換機(jī)1．熱泵熱泵在工業(yè)余熱利用中，可看成是一種消耗高品位能量，來(lái)提高低品位余熱的品位，使其達(dá)到應(yīng)用要求的技術(shù)．與"沙里淘金"的余熱動(dòng)力回收相反，熱泵起到"濃淡稀釋"的作用．按使用的高品位能量的不同，熱泵·q分為t壓縮熱泵和熱驅(qū)動(dòng)熱泵．熱驅(qū)動(dòng)熱泵呵分為吸收式、吸附式和化學(xué)熱泵．壓縮熱泵可分為電拖動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)．與工藝緊密集成的熱泵存在較大節(jié)能潛力．作為2l世紀(jì)能源科技之，發(fā)達(dá)國(guó)家止在研制和開(kāi)發(fā)大型高效熱泵集熱系統(tǒng)，目前進(jìn)行MW級(jí)的中試，住F世紀(jì)初將商業(yè)化，其COP達(dá)到6～8．為普通熱泵的2倍．2．熱品位變換機(jī)第二類熱泵在低溫余熱利用中具有吸引人的特殊性，故更多地被稱為熱品位變換機(jī)．自80年代以來(lái)，為了利用大量的低溫余熱，(吸收、吸附、化學(xué))熱品位變換機(jī)得到了積極的發(fā)展和應(yīng)用，其特點(diǎn)是依靠低溫余熱自身驅(qū)動(dòng)，把部分低溫余熱升級(jí)到高溫，滿足工業(yè)過(guò)程的需要．如將90"C的余熱的1／3升級(jí)到l51c．嚴(yán)轉(zhuǎn)換為有利用價(jià)值的熱．目前在日本、荷蘭．德國(guó)等已有幾十臺(tái)MW級(jí)的熱品位變換機(jī)裝置在工業(yè)過(guò)程中成功運(yùn)行㈣．六、系統(tǒng)化技術(shù)把從余熱源中回收的熱轉(zhuǎn)換成其它能量時(shí)?；蛘咧粌H僅足熱的再利用，或者是轉(zhuǎn)換成動(dòng)力再利用的系統(tǒng)，統(tǒng)稱為余熱利用系統(tǒng)．余熱利用系統(tǒng)可區(qū)分為兩夫類：一類是由余熱源子系統(tǒng)一熱回收子系統(tǒng)一熱利用子系統(tǒng)組成的直接熱利用采統(tǒng)以及附加熱儲(chǔ)存子系統(tǒng)的間接熱利用系統(tǒng)；另一類是由余熱源子系統(tǒng)一熱l亙l收子系統(tǒng)一動(dòng)力回收子系統(tǒng)一動(dòng)力利用子系統(tǒng)所組成的動(dòng)力回收利用系統(tǒng)．另外，根據(jù)各系統(tǒng)是否使用介質(zhì)、使用介質(zhì)的數(shù)量及種類，可進(jìn)一步再細(xì)分．根據(jù)回收熱的利塌形態(tài)以及涉及范圍的大小，余熱利用系統(tǒng)可分為：局部余熱利用系統(tǒng)、區(qū)域余熱利片j系統(tǒng)、總體余熱利片j系統(tǒng)．在產(chǎn)生余熱的設(shè)施(如工藝過(guò)程、裝置、設(shè)備、T廠)內(nèi)回收熱．叉以熱或功了J的形式再利用于沒(méi)旋內(nèi)的某些部位，這種系統(tǒng)稱為局部余熱利用系統(tǒng)．將在產(chǎn)生余熱設(shè)施內(nèi)叫收的熱．向外部系統(tǒng)(小區(qū)，區(qū)域)供給熱和動(dòng)力，進(jìn)行綜合利用的系統(tǒng)．稱為區(qū)域余熱利Ⅲ系統(tǒng)．總體余熱利用系統(tǒng)是指地方或同家一級(jí)的余熱利用系統(tǒng)．由于規(guī)模過(guò)大．包含各種備洋的問(wèn)題．因此4：包括在企業(yè)余熱利用中．存熱源側(cè)和利悄惻間的連接系纜是陶成預(yù)熱利片j系統(tǒng)的核心，芒以熱回收和交換實(shí)現(xiàn)熱的量弓質(zhì)的轉(zhuǎn)移，以熱輸送實(shí)現(xiàn)熱的空間轉(zhuǎn)咎．以熱儲(chǔ)存實(shí)現(xiàn)熱的時(shí)例轉(zhuǎn)移，使熱源側(cè)的狀態(tài)符合利用側(cè)的要求和制約．此外，仡利用系統(tǒng)I～．動(dòng)力凹收系統(tǒng)和動(dòng)力輸送系統(tǒng)也具有問(wèn)佯的作用．采用傭法可容場(chǎng)地對(duì)系統(tǒng)方案的綜合利用效率及改進(jìn)方向進(jìn)行分析和比較．作為系統(tǒng)優(yōu)化方法，應(yīng)錄州多目標(biāo)療法幫助決策芍選擇最終實(shí)施方案．最具有典型性的換熱M絡(luò)優(yōu)化綜合設(shè)計(jì)!"和公目j工程系統(tǒng)的多目標(biāo)墁汁已趨成熟，其它的如換熱器、余熱鍋爐、動(dòng)力回收系統(tǒng)和熱泵等部已彳丁棚應(yīng)的優(yōu)化設(shè)汁方法、技術(shù)和軟件．
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