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低品位余热利用技术的研究现状、困境和新策略

北极星环保网  来源:科技导报  作者:李海燕 刘静  2016/7/12 11:34:32  我要投稿  
所属频道: 节能  关键词:节能减排 余热利用 低品位余热

北极星环保网讯:能源是人类赖以生存和发展的重要基础,也是经济发展的原动力。但2008年金融危机为世界能源市场带来了一场巨大的考验,受其影响,全球一次能源需求增速放缓。现行能源政策受到了严重挑战,如不加以改观,到21世纪末全球气温可能上升6℃,为了实现全球温度上升控制在2℃以内的目标,低碳能源革命时代必将悄然而至,廉价能源时代则将一去不复返。

随着经济高速增长,中国的能源消费量与日俱增,现已成为世界上仅次于美国的能源消费大国,其中工业能源消费量占总消费量的70%以上。中国政府于2008年哥本哈根会议前夕提出节能减排目标:到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%,非化石能源消费占一次能源消费的比重达15%左右,森林面积比2005年增加4000万hm2,森林蓄积量比2005年增加13亿㎡。中国是以煤炭为基本能源的国家,煤炭比重长期保持在65%以上,而非化石能源占一次能源消费的比重仅约8%,因此面对环境污染、资源和能源短缺等硬性约束,必须寻求新的能源发展道路,才有可能突破经济增长的“瓶颈”。

目前,中国能源利用率仅为约30%,大量余热以各种形式被排放到大气中,可再生能源在能源结构中所占比例不足8%。因此,回收利用余热在提高中国一次能源利用率方面具有举足轻重的作用。

目前,中国回收利用的余热主要来自高温烟气的显热和生产过程中排放的可燃气,中低温余热(即低品位余热)基本上还没有回收。相对于煤、石油、天然气等高品位能源而言,低品位余热在相同单位内包含的能量很低,利用难度大。但从能源利用的格局来看,低品位余热将作为产能和用能的关键环节,对节能减排的战略起到重要作用。现有的低品位余热的回收利用中普遍采用水冷介质,受到水资源、运输、地域等多方面的限制,一定程度上阻碍了余热的大规模应用。

2010年初,中国南方多省市及东南亚多个国家和地区遭受严重旱灾,使这一问题显得尤为突出。因此,寻找可重复利用的新型无水高效传热介质是推进低品位余热利用的关键所在。本文在回顾国内外低品位余热利用方面的研究进展并评述其所面临困境的基础上,提出并论述了采用室温金属流体实现大规模余热利用的具有一定普遍意义的全新解决策略。

1.工业余热利用概况

工业余热主要指工矿企业热能转换设备及用能设备在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源,利用余热回收技术将这些低品位能源加以回收利用,提供工业、生活热水或者为建筑供热,不仅可以减少工业企业的污染排放,还可以大幅度降低工业企业原有的能源消耗。工业余热资源十分丰富且广泛存在于各种生产过程中,特别在煤炭、石油、钢铁、化工、建材、机械和轻工等行业更是如此,被视为继煤、石油、天然气、水力之后的第5大常规能源。在中国,各主要工业部门的余热资源率平均达7.3%,而余热资源回收率仅34.9%,回收潜力巨大。因此,充分利用余热资源是实现工业节能减排战略目标的主要手段之一。

1.1石油行业

目前,中国油田采出水总量在几亿立方米以上,常规油田采出水温度为38~43℃,稠油油田采出水温度为60~65℃,蕴藏着大量的热能资源。面对余热回收利用的巨大潜力,许多油田进行了积极的探索,如大庆、辽河等油田将热泵回收采出水余热技术用于站内生活采暖,并提取采出水中的余热用于油水分离及原油输送过程的加热,收到明显的经济和社会效益。随着原油价格上涨及能量优化研究的深入,炼油工业中低温余热的回收利用也越来越受到重视,正成为炼厂节能的重点方向之一。

1.2钢铁行业

钢铁企业余热的主要来源有焦炭及烧结、转炉、加热炉的烟气,采用余热锅炉对这些烟气进行冷却,可以回收大量的蒸汽,这些蒸汽可用于发电、采暖等生产、生活领域。

1.3水泥行业

水泥窑存在大量的余热,窑尾一级预热器排出的废气带走的热损失和窑头冷却机废气带走的热损失占总热量的近50%。水泥窑的余热除了工艺自身利用外,还有很大一部分热量,一般将其用于余热发电,目前广泛采用的是纯低温余热发电技术。另外,将余热转换后供给吸收式制冷机,用于企业或居民区的中央空调,也是一种有效的余热利用方式。

1.4其他行业

除以上各主要高能耗行业外,余热利用在汽车、船舶、造纸、纺织、酿酒、橡胶、冶金、铸造、建材、玻璃窑、陶瓷窑、油脂生产、海水净化、冷藏冷冻等行业和领域中也日渐得到重视,出现了许多与生产相结合的余热利用方法。

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