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【余热回收】低温余热回收的前景
添加时间:2019-09-28

编者按:近几十年来,工业的快速发展一直是全球经济发展的重要推动力。然而,许多工业过程不仅消耗大量的能源,而且造成严重的排放问题。此外,工业过程所消耗的能源大多通过不同形式的余热排放到环境中,造成能源严重浪费。废物、废热的回收利用可以达到同时降低能耗和排放的目的。表1是不同国家和地区的余热数据。除废热量巨大外,还可以发现150-230℃以下的低档废热量占废热总量的比例非常高。如果这部分低档余热能够得到深入有效的利用,将为节能减排做出巨大贡献。但由于低档余热具有分布分散、能量密度低、品位低等特点,低档余热的有效回收利用仍是目前的难题。近日,上海交通大学副教授许振源教授、新加坡南洋理工大学王汝珠教授、杨春教授联合发表《能源A低温余热回收前景》一书,为大家提供专业见解。该领域的发展及存在的问题。

钢铁、有色金属、化工、食品/饮料/***和造纸等。

目前,低档余热利用的主要方式有直接回收利用、回收利用、转化利用。从更成熟、更适合工业化规模的角度来看,直接回收技术包括空气预热、余热锅炉和省煤器,转化技术包括有机朗肯循环和卡里纳循环、吸收式制冷和吸附式制冷。以及压缩式热泵和热泵。吸收式热泵等传热技术。此外,余热的有效利用往往涉及系统级、工业区级甚至城市级的整体优化计算。本文在分析现有技术的基础上,总结了低品位余热利用进一步发展的障碍,并提出了相应的展望。

传统的换热网络或热力网络分析方法包括t-q分析、_q分析和t-h分析。考虑到换热网络的经济性,需要考虑换热器的夹点来优化整个能量网络。这些方法在分析简单的传热过程中是非常有效的,但在分析低品位余热回收的能量转换过程中存在一些缺陷:不能将能量转换过程包括在内。基于以上分析,本文提出将热能转换、冷热转换等能量转换过程模块化。简化能量转换系统的内部过程,突出能量转换系统与外部热源之间的能量相互作用过程,并将其集成到能量流网络中,根据热夹点进行整个能量流的传递。网络分析。图1是根据该思想设计的图形分析方法。

图2低品位余热集中回收转化比分散回收转化更经济。

在实际应用中,低品位余热的回收是由用户方的需求决定的。因此,实现用能侧与供能侧的匹配,探索用能侧的需求,是进一步促进低档余热利用的关键。从时间、空间和能源等级的供需不匹配出发,分析了蓄热、传热和热泵技术在低品位余热利用中的重要性。

低档余热的来源往往是不稳定和间歇的,这与用户端对稳定能源的需求相矛盾。如图3所示,如果通过蓄热来稳定热源的功率和温度,然后加以利用,就可以解决供需时间不匹配的问题。此外,在使用蓄热技术时,应特别注意蓄热的存在会带来两个额外的传热过程,降低热品位。因此,加强蓄热体与传热介质之间的传热,减少不可逆的传热损失就显得尤为重要。

为了便于工业过程的管理和配套,现代工业过程往往集中在远离居民区的工业园区。但工业园区能源需求有限,大量低档余热无法消耗。如图4所示,如果通过远距离低档余热输送技术将低档热源与远距离需求相连接,可以大大提高低档余热的利用率。可选技术有显热、潜热、热化学传热,其中以水显热、蒸汽潜热为主要应用形式。但换热密度和保温要求还有很大的提高空间,需要高能量密度的远距离换热技术。进一步探索。

余热的特点是温度等级越低,体积越大。需求侧的特点是温度越高,体积越大。两者之间的重叠决定了余热回收的***量。如图5所示,如果采用热泵技术提高余热的温度等级,可以大大增加余热侧和需求侧的重叠面积,扩大低品位余热的利用。特别是提高热泵质量和扩大供需等级匹配区域的需要主要集中在高温段,因此高温热泵的研究将在未来发挥重要作用。

上海交通大学教授,教育部制冷与低温工程研究所所长、太阳能工程研究中心主任。2017年和2018年全球被高度引用的学者。2014年获国家自然科学二等奖,2010年获国家技术发明二等奖。由于在国际制冷学科方面的突出贡献,2013年被英国制冷学会J&E厅金奖、2017年亚洲学术奖、2018年努基亚马纪念奖授予,中国人共同授予,日本和韩国制冷学会,以及2018年由日本传热学会颁发的国际热科学纪念奖。古斯塔夫�洛伦岑奖章,国际制冷学会2019年颁发的***国际制冷奖。

作者-徐振元副教授

新加坡南洋理工大学机械与航空航天工程学院教授。清华大学热工学士;中国科技大学热物理硕士;加拿大阿尔伯塔大学机械工程博士。1996年至1999年,他在加拿大埃德蒙顿研究中心Syncrude Canada Ltd.任职。发表了240多篇国际期刊和会议论文,4项美国专利。曾担任中国国家科学奖、香港研究资助局、澳大利亚研究资助局、荷兰科学研究组织、加拿大自然科学与工程研究委员会的外部评估师。以色列科学基金会和捷克科学基金会。