低品位余热利用方式运用哪些技术?

3.3 热功转换

热功转换就是将低品位余热资源转换为机械能或者电能加以利用。一般来说，如果低品位余热资源在“直接热利用”或者“制冷制热”两种方式都存在较大困难的前提下，热功转换不失为一种选择。如果仅转换为机械能，则需要在余热资源利用现场有合理的机械负载。进一步转换为电能，则可以进行稍远一些的输送，使用方式更加灵活。

热功转换的主要技术手段为螺杆膨胀机发电技术、汽轮机发电技术(使用有机工质)、饱和蒸汽发电\拖动技术等。由于低品位余热资源的品味较低，用于热功转换的能源利用效率很低，很多时候经济效益不是十分明显，需要进行详细的技术经济比较。

4、低品位余热资源利用的关键技术

4.1 以相变换热为代表的高效热管换热技术

低品位余热资源的利用由于温差较小，通常要使用较大的传热面积，这也代表着钢材使用量的增加和占地面积的增加，使得传统换热器并不适合于低品位余热资源的利用场合。而采用相变换热为基础的高效热管换热技术，能够大大提高传热系数，减少钢材的耗量，同时也便于控制受热面的壁面温度。

4.2 换热器耐腐蚀\磨损技术

工业余热资源普遍存在腐蚀性的因素，烟气里面含有酸性气体和粉尘，废水中含有氯离子等。这些腐蚀性因素对换热器的长期稳定运行构成严重的影响。要想利用低品位余热，就必须解决好腐蚀问题，采用特定的换热器材质，合理布置换热器的结构，都有助于减缓换热器的腐蚀，也要注意换热器利用的经济性。

4.3 热泵及低温余热溴化锂制冷技术

使用热泵及低温余热溴化锂制冷，可以将低温余热升级利用，但是也面临提高能效利用效率和受热面腐蚀的问题，需要在热泵和溴化锂制冷机的设计中考虑这一问题。

4.4 螺杆膨胀机发电技术

螺杆膨胀动力机技术作为低品位发电减排技术，螺杆膨胀机是一种容积式发动机，能够利用过热蒸汽、饱和蒸汽、热水、热液和其他热源等，可以使用70℃以上的热水和130℃(也有资料介绍在180～20 0℃)以上的不含硫烟气作为热源，也可以使用低压蒸汽。由于结构特点，螺杆膨胀机的单机功率有限，多在10 0 0kW以下，适合于余热资源较少的场合。

这项技术仍然在不断完善，主要是自用电较大，发电效率较低，使得发电利用的经济性受到一定的影响。国内有江西华电、杭州开山股份等公司有相关产品。

4.5 有机朗肯循环发电及其它低温发电技术

对于工业中大量存在的200 ℃，甚至300℃以下的低品位余热，难以使用常规的蒸汽/饱和蒸汽/热水作为工质进行发电利用。这时候，可以考虑采用有机工质循环方案。

有机朗肯循环(ORC) 不是用水作工质，而是使用低沸点的有机物为工质来吸收废气余热，汽化，进入汽轮机膨胀做功，带动发电机发电，系统简单紧凑。目前采用的工质有机工质有正丁烷、氯乙烷等低温沸点有机物，也有的采用有机工质的混合物。此项技术国外研究较多，美国、德国、日本等都有专业从事ORC 技术研发利用的企业。

我国目前这项技术正处于发展之中，目前杭州汽轮机公司、清华大学和其他一些单位正在做研究工作。其他低温发电技术，包括Kalina循环发电等，使用的工质是氨水混合物。理论上Kali n a循环发电比ORC的发电效率高出15%，但是实际运行中并没有很明显的优势。

5、低温余热回收利用的原则

从尽可能充分利用低品位余热资源的角度出发，建议低温余热资源利用遵循以下原则：

(1)首先应该尽可能优化生产工艺，合理组织换热流程，降低工艺用能，在生产工艺中尽可能地减少低温余热的产生。

(2)低温余热资源的利用要综合考虑厂区内和周边地区的工业、民用等用热(冷、电)需求，不能孤立地考虑，利用的时候应按照用户距离“先近后远”及利用周期“优先长周期”的原则，做好利用规划。

(3)低温余热资源的利用应根据余热的品质、数量和用户需求，按照能级匹配的方式实现梯级利用，尽可能减少传热温差。

(4)在低温余热资源的利用方式，按照“直接热利用—制冷制热—热功转换”的顺序，合理安排利用方式。

(5)具体设计利用方案时，还要考虑是否传热元件的耐腐蚀性和利用技术成熟度，做好经济效益分析和对比。

6、结论和建议

在设计低品位余热资源利用方案时，应该首先调查厂区内及周边地区的用热(冷)需求，按照前述的原则，综合制定利用方案，再选择经济上可行、技术上合理的利用方案加以实施。

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