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吸收式热泵在水泥余热回收中的应用
添加时间:2020-03-06
吸收式热泵在水泥余热回收中的应用

热泵是利用部分低档能源作为补偿,将热能从低温热源转移到高温热源的装置。由于热泵能将低温热能转化为高温热能,提高能源的有效利用率,是回收低温余热的重要途径;而水泥余热炉回转窑内烟温约为1100℃,虽然做了内保温,但外墙温度也高达200℃~400℃,直接向环境释放辐射热,不仅造成能源浪费,而且对环境影响很大。例如,一些辐射热源可以通过热泵循环利用,可以大大提高能源的利用率。本文主要介绍吸收式热泵在水泥余热回收领域的应用方法。

一、研究背景

随着环境和气候的逐渐恶化,发展低碳经济,促进可持续发展成为未来人类社会的必然选择。中国已成为世界第二大经济体和世界***大能源消费国。”“节能减排降耗”是我国社会发展的重要核心。从近年来国家的一系列环保政策来看,我国的环境治理已被置于***的高度,提高能源利用率和加强余热回收利用是节约能源的根本措施,减少碳排放,保护环境。目前,我国能源综合利用率不到40%,造成了巨大的资源浪费。提高能源利用率已成为亟待解决的问题。吸收式热泵余热回收利用技术以其高效、节能、经济效益显著等优点在余热回收领域得到了广泛的应用。

水泥余热锅炉循环水冷却水余热属于低品位热源,直接排放到环境中会造成巨大的能源浪费,也会对排放环境造成负面影响。热泵技术在余热回收领域的成功应用,为水泥余热回收利用工程的实施提供了可靠的技术保证。采用热泵技术可以有效地回收循环冷却水的低档热源,并将其转化为高档热能,提高机组的效率或供热能力;

二、水泥余热的现存模式

目前新型干法水泥生产线的余热主要有以下两种:

① 目前,大多数水泥厂都采用纯低温水泥余热锅炉产生蒸汽发电;

② 水泥回转窑窑壳的高温辐射热一般在1100℃左右。虽然内壁填充了保温材料,但外壁温度高达200℃~400℃,而回转窑筒体正对着大气直接向大气传热,不仅造成能源浪费,而且对环境有害;

根据资料,水泥回转窑可回收余热如下:

2500t/d水泥生产线回转窑窑壳直径4米,长度60米,可用热能900千瓦;

三、吸收式热泵的工作原理

吸收式热泵(加热式,又称换热器)是由中温热源驱动,产生高温有用能。主要由发电机、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液换热器、溶液泵等组成,如下图1所示;

排汽、低温热水等余热进入③蒸发器管侧,蒸发器壳侧为负压。壳程制冷剂(冷凝液态水)在传热管外表面蒸发,吸收排汽、低温热水等热源蒸发潜热,形成低压蒸汽,进入④吸收器。吸收塔中的浓溶液滴在传热管外表面,吸收蒸发器中的冷媒蒸汽,蒸汽气化潜热释放到吸收管中的目标工质,实现一次升温。同时,吸收塔中的浓溶液变成稀溶液。⑤溶液换热器与来自①发生器的高温稀溶液换热后进入①发生器。发电机驱动热源(排汽、低温热水等)加热溴化锂溶液,当水蒸气蒸发时,溴化锂溶液变成浓溶液。浓溶液与⑦溶液一起泵入④吸收器,⑤溶液换热器与④吸收器的稀溶液换热,将热量传递到稀溶液中;①发生器内蒸发的制冷剂(水蒸气)进入②冷凝器,加热管中的目标工作介质,实现目标工作介质的二次温升,制冷剂(水蒸气)冷凝成冷凝液态水,通过节流阀(6)进入蒸发器(3)。蒸发器中的冷凝水再吸收排汽、低温热水等余热进行蒸发,然后进入吸收器(3),如此反复,达到热泵循环。

四、水泥余热联合热泵的应用

目前,水泥低温余热发电机组多为纯凝汽式机组,排烟温度约为30℃~45℃。这部分汽化潜热利用空间巨大。它可以作为热泵蒸发器的热源,将排汽蒸发潜热抽出来排放,提高了热能利用率,减少了热能排放对环境的影响;

水泥回转窑外壁热能可达200℃~400℃,可作为热泵系统发电机的驱动热源。同时,由于其温度高达400℃,可作为热泵系统发电机后蒸汽的过热热源。

如果只作为驱动热源,可以在回转窑外壁制作水冷辐射罩。水加热后,可作为驱动热源加热发生器内的稀溶液,促进稀溶液蒸发。

新热泵系统作为热泵系统发电机后部蒸汽的过热热源,可改为图2;水泥回转窑筒体外壁设有半圆辐射热水器和过热器,热水器作为发电机的驱动热源加热热水,过热器作为发电机产生蒸汽的后续过热。由于圆筒外壁的***温度为200℃~400℃,理论上,热泵系统的发电机席内产生的蒸汽可升至约200℃,目标工作介质的温度也可升高到这个温度范围。从而达到提高低温热源品位的目的。

五、总结

通过吸收式热泵系统回收水泥回转窑余热,理论上目标工作介质温度可达到200℃左右,提高热能品位,提高能源利用率,这部分热能具有广阔的利用前景,可用于集中供热,供热、低温余热发电、低压缸补汽,提高发电效率,取得经济效益;此外,这部分热能的回收利用,不仅避免了余热直接排放给环境造成的能源浪费,而且减轻了余热排放对环境的影响。

参考:

[2] 扎维华。溴化锂吸收式热泵I型的研究与应用[J]。清洁与空调技术,2010(2):21-24

[3] 马万龙。水泥回转窑表面余热回收技术研究。大连理工大学-2012

[4] 何伟帅。水泥回转窑表面余热回收分析。工程技术:摘要版-2016(3):00073-00073

[5] 朱道灿、周欢、桑波、李保国。水泥厂余热回收利用。应用能源技术,1996(2):30-34

[6] 陈海兵。循环冷却水余热回收在水泥厂的应用与探讨。建筑工程技术与设计,2015(21)