《国内外低温热利用的现状和存在的问题,热力学论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国内外低温热利用的现状和存在的问题,热力学论文.docx（15页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、国内外低温热利用的现在状况和存在的问题,热力学论文内容摘要：总结了国内外低温热利用的现在状况和存在的问题，归纳了低温热回收利用的一些途径及技术，主要为直接作一般加热用热源、热泵回收和低温热能发电，着重介绍了低温热能发电工质的选择和热交换器的优化与系统热经济性评价等关键性问题。以为今后对低温热回收利用研究应寻找适宜用户，制定可行方案；挖掘低温热源，重点做好生产装置80以上冷却物流热量的回收；开发低温热升级利用的新技术，引进相关设计及制造技术。 本文关键词语：低温热能； 利用； 热泵； 发电； 前景 Abstract: The low temperature heat energy is that
2、 heat energy below two hundred centidegree.This text firstly summarizes the current situation and existing problems of the low temperature heat energy utilization at home and abroad.After that,some ways and technologies of the low temperature heat energy utilization concretely are introduced.Finally
3、,the prospects of the low temperature pickupheat is presenting. Keyword: low temperature heat energy;current situation;existing problems;prospect; 低温热能是指档次相对较低的热能，一般温度低于200。这些能源种类繁多，包括太阳热能、各种工业废热、地热、海洋温差等可再生能源1.低温热能总量宏大，以工业废热为例，人类所利用的热能中有50%最终以低档次废热的形式直接排放，不但造成了宏大的能源浪费，而且也带来了大量污染物的排放。 我们国家化工行业的余热资源主
4、要集中在低温热能，余热资源回收率仅41.9%.低温余热资源分布比拟分散，传热温差小，回收比拟困难，但回收价值可观2,3,4,5.这类热源存在于气态及液态载热体中，液态主要是冷凝水和冷却水及可燃性废液，气态主要是工艺生产气体。回收和利用这部分能源，既有助于解决我们国家的能源问题，又能减少能源生产经过中的环境污染。 能源是经济发展的关键问题，国内外对于低温热能利用的研究主要开场于20世纪70年代石油危机时期。 我们国家解决能源问题的方针一是开源，二是节流，2者同等重要6.当前，国内外低温热能的回收利用主要有直接作一般加热用热源、热泵回收利用和低温热能发电等几种方式。 1 直接加热用 直接作一般加热
5、用热源，根据低温热回收的温位，选择适宜的用户，不仅改变了用户原使用高、中温热源时所造成的过大能量传递损失，而且把高、中温热源顶替下来。在众多低温热的利用方案中，热量的直接利用效率是最高的，是低温热利用中最具吸引力的方案7. 热量的直接利用大致分为2个途径。第1种途径是加热装置低温物流8.如精馏操作中加热装置原料及塔底重沸器加热、油罐加热、催化剂厂洗涤水加热和动力系统补充化学水、新鲜水加热等9,10,11.利用低温热取代生产中使用的高、中温位热源，可直接减少生产能耗。由于生产用热大多属连续、负荷稳定的情况，因而布置装置低温物流热方案时，应优先考虑低温热，其节能幅度大、效益高。第2种途径是用于日常
6、生活加热生活用水、厂区办公和生活取暖，这类用热负荷随季节和昼夜变化而变化，制定方案时应考虑保持系统平衡。这类用热以地温热取代不仅提高了职工的生活水平、降低了全厂的综合能耗，另一方面可以节省业已存在的使用液化石油气热水器加热的生活用热水，减少了液化石油气的使用12. 2 热泵回收利用 热泵在回收低温余热方面更具有独特的优点，当前应用已特别广泛13.在蒸发、蒸馏、枯燥、制冷和空调等化工经过中获得了良好的经济效益。热泵能将低温位余热转换成高温位热能，提高能源的有效利用率，是一种有效利用低温热能的技术手段14. 热泵分为压缩式和吸收式2类。很多石油化工装置已成功地使用了压缩式热泵，获得了较好的节能效果
7、。压缩式热泵在气体分馏装置应用较为普遍，用少量高质量电能代替原加热介质如蒸汽，起到较为明显的节能作用。但随着低温热利用方案的优化，采用低温热水代替蒸汽作塔底重沸器热源，比压缩式热泵方案更为经济。热泵一般用于需用热量温度与低温热物流温差不大的场合。过大的温差将不经济，制定方案时须慎重选择。 3 低温热能发电 在大量过剩的低温热难以找到适宜的同级利用方案时，采用低温热发电是一种适宜的途径15,16.在国家资源综合利用产业和环保政策的鼓励下，很多企业开场利用生产经过中产生的余热进行发电，这样既降低了成本，又保卫了环境，经济和社会效益特别显著。 低温热能发电技术主要应用于太阳能热电、工业余热、地热、生
8、物质能和海洋温差能等。回收工业余热既能够最大限度知足企业终身的用电需求、减少外购电量、降低产品制造成本、提高经济效益，又可减少工业能源消耗和温室气体的排放利于环保。由于纯低温余热发电是不用燃料的余热利用，所以更符合节能环保的要求。 工业余热的总量是非常宏大的。据估计，美国精练、化工、钢铁等行业在2002年所具有的余热发电潜力约为3 GW.而我们国家单位产值能耗比世界平均水平高2.4倍，能源效率比国际先进水平低10个百分点，回收工业余热具有宏大的节能潜力。 单纯采用低温热发电方案，投资大、发电效率低、投资回收期长，因而与生产供热、供冷结合起来，根据温位不同等布置不同用处，构成整体优化方案，是当前
9、广为采用的一项低温热回收利用的方式方法。 到当前为止，低温热能发电技术主要是基于朗肯循环的发电系统，所采用的工质多为各种有机物或其他一些低沸点工质，必须对有机物朗肯循环发电系统和应用经过进行重点研究17,18,19,20. 3.1 工质的选择 怎样选择工质，使其技术可行、经济性好，并且符合环保要求，是低温热电技术的重要问题之一。常规的水蒸汽朗肯循环中，工质是水蒸汽，由4大设备锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵组成。工质在热力设备中不断进行等压加热、绝热膨胀、等压放热和绝热压缩4个经过，使热能不断地转换成机械能。当利用低温有机工质如戊烷作为循环的工质时，主要设备有蒸发器、汽轮机、冷凝器和循环泵等。采用低
10、沸点的有机工质来吸收余热、汽化、进入汽轮机膨胀做功，带动发电机发电。有机工质的沸点低于水的沸点，在回收显热方面有较高的效率。 当前的混合工质联合循环和低热双循环发电技术均是这一原理的充分具体表现出。在中低温余热的回收利用中经常采用朗肯循环和常规混合工质循环21.但当热源温度低于400时，朗肯循环的系统效率很低，经济和技术可行性很差。双工质循环系统中，热水流经热交换器，把热能传递给另一种低沸点工质，使低沸点工质蒸发产生蒸汽，组成低沸点工质朗肯循环发电。双工质循环机组具有热效率高、构造紧凑等特点。 为了愈加有效的回收利用中低温余热，采用一个有动力循环和吸收式制冷循环有机结合而成的新型混合工质联合循
11、环。吸收式制冷循环能够利用蒸汽透平排气的低档次余热制冷，并将冷能用于动力系统的冷凝经过，进而降低蒸汽透平的排气压力和循环的平均放热温度，不但开拓了有效利用中低温余热的新途径，而且提高了系统的热效率。 地热双循环发电技术，与其他地热发电技术最大的区别在于使用2种流体作为发电系统的工质，因而又名中间介质地热发电法。其他地热发电技术通常是地热水蒸汽或汽水混合物直接或闪蒸进入发电系统做功转换为电能。然而对于中低温地热资源，产生蒸汽的参数低，其做功能力缺乏等特点限制了地热发电的应用。地热双循环发电系统，地热流体携热进入热交换器，将热传给另一种低沸点工质，该种工质吸热蒸发进入汽轮机做功，产生蒸汽的参数高。
12、2者相比，后者更合适中低温地热源发电，且能避免地下水污染22. 一些新的环保型工质的开发与研究是低温热电技术研究的重要内容。首先从技术可行性角度讲，最重要的因素就是工质在循环经过中的压力不能过高，也不能太低，必须在装置抗压性和密封性允许的范围之内；其次从经济性角度讲，主要从系统的效率因素考虑，系统的效率尽可能高。 不同的有机物工质主要通过3个方面来影响系统的效率：1工质热物性影响ORC循环特性；2工质的传热特性影响换热器换热特性以及在其他部件中的换热损失；3工质的流动特性影响系统的流动损失。 从环保角度，工质应该是环境友好的，包括对臭氧层没有毁坏作用，且温室效应低。另外，工质选择还需要考虑传热
13、性和流动性、化学稳定性和热稳定性、毒性、价格等因素。十分还需要注意工质可燃性，应该尽量采用不可燃的工质，以使系统更具安全性23. 3.2 热交换器的优化 换热器十分是蒸发器的效率是影响系统整体效率的最重要因素之一，换热器性能的优化是提高循环性能的重要途径24.提高换热器效率的核心是减小换热经过的不可逆损失，尽量减小换热温差。需从设备上和工质角度考虑，能够增加换热器换热面积、采用换热好的有机物工质，同时尽量使工质的加热经过与热源温度变化经过相配合，进而减小换热温差。对换热器换热经过的分析，怎样分析换热经过的静态和动态经过，能对低温热电换热器的设计制造以及运行经过中的控制起到很好的指导作用。 3.
14、3 系统热经济性评价 对系统的热经济性评价对设计建造有着非常重要的指导作用，因此怎样进行热经济性评价也是低温热电技术的难点之一25.由于低温热能发电应用的热源有很多种，因而对其进行经济性评价难度较大，ORC性能的评价主要从热力学第1定律和第2定律来考虑。首先从热力学第1、2定律来看，ORC系统比在一样热源下的水蒸汽朗肯循环系统效率高，性能也优于水蒸汽系统；从换热效率角度考虑，一般有机物的蒸发潜热较小，在工质等温蒸发经过占整个加热经过的比例较小，因而工质加热经过与热源温度变化经过的配合程度较好，换热的不可逆损失小。 上述的研究主要从工质角度分析系统经济性。对于实际的系统而言，更需要从设备成本等各
15、个方面分析系统的经济性，正确地分析低温热电系统的热经济性是保证系统高效运行的前提之一。 4 其他 除以上方式方法之外，制冷和变热器也是低温热回收的很好方式方法26,27. 低温热制冷主要是吸收式制冷。蒸汽溴化锂吸收制冷已得到普遍应用，用低温热代替蒸汽热源的氨吸收制冷也已投入工业应用。很多石油化工厂在节能改造和节能规划中考虑了采用低温热溴化锂吸收制冷的方案。低温热制冷的用处有2种：一是用于生产，例如，某炼油厂1983年就以催化裂化稳定汽油余热和系统乏汽为热源，在催化裂化装置的吸收稳定系统投用3台溴化锂吸收制冷机，改善了吸收稳定操作，半年就增加液化石油气产量14 kt28;二是用于办公和生活空调，
16、减少电的消耗。 吸收式变热器是国外近年发展的一种低温热回收利用技术，通过变热器将低温热如90热水转化为2部分，一部分转化为较高温位的热量，用作加热热源；一部分降质为废弃的低温热量，通过冷却排弃。我们国家已将变热器技术列入高科技研究项目，研究的焦点是选用适宜的工质，其难点是制取200左右的热量。 5 前景 随着我们国家(可再生能源法的公布，作为可再生能源的重要组成部分的低温热能如太阳能热、地热、工业余热等也将有一个大的发展，根据国家规划，到2018年，小水电、风力发电、生物质发电、地热发电和太阳能发电系统装机容量的目的是60 GW,华而不实相当部分是采用低温热能的发电技术。因而，需要加强对低温热
17、能发电技术的研究，低温热能发电技术的发展趋势是高效、环保的能源系统。 低温热回收利用的发展前景是广阔的，是进一步深化节能的一个重要方面，节能效果显著。今后对低温热回收利用研究主要集中在下面几个方面： 1寻找适宜用户，制定可行方案。一般有纯供热型，供热、制冷联合型和供热、制冷、发电型3种方案。低温热用户各厂情况差异很大，要因地制宜。开发升级利用处径，以确保地温热充分利用，方案可行。 2挖掘低温热源，重点做好生产装置80以上冷却物流热量的回收。生产装置要考虑取热工程的切实可行并确保安全可靠。 3开发低温热升级利用的新技术，提高温位，便于利用，建议有关部门通过项目试点，采取技贸结合的原则，在引进设备
18、的同时，引进设计及制造技术。 以下为参考文献 1顾伟，翁一武，曹广益，等。低温热能发电的研究现在状况和发展趋势J.热能动力工程，2007,222：115-119. 2宋燕，李耀。低位热能综合利用的讨论与应用J.中氮肥，2006,74：33-34. 3刘文亚，张晓峰，李兵，等。污水处理厂二缀出水低温热能的应用J.天津建设科技，2006,162：49-51. 4文远高。武汉地区的低温热能资源及其利用方式J.节能与环保，20046：18-20. 5廖吉香，刘兴业，马庆艳，等。东北地区污水水源热泵现在状况分析J.节能技术，2005,236：539-543. 6欧阳福承。低温热能用于冷媒发电J.吉林化工
19、学院学报，1990,71：1-8. 7廖家祺，陈安民。炼油厂低温热回收利用的途径及技术J.炼油设计，2000,309：60-62. 8张扬，金松。利用热电厂除氧水回收重油催化裂化装置低温热J.炼油技术与工程，2005,353：18-20. 9施俊林。重油催化裂化装置能耗现在状况及对策J.炼油技术与工程，2003,336：28-31. 10屠伟龙，周岗。优化创新，开创建立资源节约型企业J.节能技术，2007,256：544-546. 11相伟，刘冰。第二套常减压装置低温热回收技术的应用J.节能降耗，2007,354：320-322. 12孙会敏。低温位热能技术的应用J.科技情报开发与经济，200
20、4,1412：236-237. 13Gor I,Sviridenko.Heat exchangers based on low temperature heat pipes for autonomous emergency WWER cooldown systemsJ.Applied Thermal Engineering,2008,284：327-334. 14Jin-Yong Lee.Evaluation of hydrogeologic conditions for groundwater heat pumps:analysis with data from national groun
21、dwater monitoring stationsJ.Geosciences Journal,2006,101：91-99. 15李波。论低温余热节能发电J.应用能源技术，200711：21-22. 16刘永丽。水泥厂余热发电的发展趋势J.21世纪建筑材料，20181：47-50. 17H D Madhawa Hettiarachchi,Mihajlo Golubovic.Optimum design criteria for an Organic Rankine cycle using low-temperature geothermal heat sourcesJ.Energy,2007
22、,329：1698-1706. 18X R Zhang,H Yamaguchi.Analysis of a novel solar energy-powered Rankine cycle for combined power and heat generation using supercritical carbon dioxideJ.RenewableEnergy,2006,3112：1839-1854. 19H D Madhawa Hettiarachchi,Mihajlo Golubovic.Optimum design criteria for an Organic Rankine
23、cycle using low-temperature geothermal heat sourcesJ.Energy,2007,329：1698-1706. 20X R Zhang,H Yamaguchi.Analysis of a novel solar energy-powered Rankine cycle for combined power and heat generation using supercritical carbon dioxideJ.Renewable Energy,2006,3112：1839-1854. 21张红。用低沸点工质的朗肯循环ORC方式方法回收低位工
24、业J.节能，200411：22-24. 22 龚宇烈，邓帅，马伟斌，等。中低温地热双循环发电技术发展与应用J.地热能，20082：14-18. 23王倩，赵薇，田琦，等。利用低温位热能驱动的喷射制冷系统工质的研究J.制冷，2006,251：35-39. 24Xiaojun Shi,Defu Che.A combined power cycle utilizing low-temperature waste heat and LNG cold energyJ.Energy Conversion andManagement,2018,503：567-575. 25李昆，郭文豪。炼油厂低温热动力回收
25、3种循环方式的技术经济分析与评价J.石油炼制，1993,247：13-18. 26王士永。蒸汽冷凝液低档次热能回收利用处径及效益J.炼油技术与工程，2006,368：55-58. 27K C A Alam,M Z I Khan,A S Uyun.Experimental study of a low temperature heat driven re-heat two-stage adsorption chillerJ.Applied Thermal Engineering,2007,2710：1686-1692. 28张旭日。重油催化裂化低温位能量回收与利用讨论J.应用能源技术，20036：5-6.