低品位工业余热应用于城镇集中供暖系统若干关键问题及解决方法-第3页-北极星节能网

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3.2应用案例

运用上述原理，可以对常规的接触式回收冲渣水余热的方式(如宽流道板换换热、螺旋扁管换热等)进行改良。图5所示为一种采用非接触式换热的冲渣水余热梯级取热系统。在出渣口和冲渣槽建有若干个高烟囱(高度大于10m)，烟囱顶部维持一定的真空度，烟囱底部附近设有排渣口。顺渣水流动方向真空度逐渐增大，对应沸点降低。渣水沿途闪蒸，蒸汽在汽-水换热器内加热热网水，凝水经凝水管流入渣槽。滤池内的渣水在渣水-水换热器内加热热网水，再经渣水泵提升至出渣口循环冲渣。热网水则经渣水-水换热器、多级汽-水换热器逐级加热升温后供出。该余热采集系统充分利用了闪蒸蒸汽余热，蒸汽与渣水梯级加热热网水，尽可能利用了冲渣水的品位，热网水可被加热至80℃以上，远远高于现行采用接触换热方式的出水温度(一般约55-60℃)，有效减少了采集过程的火积耗散。此外，采用非接触式换热技术与方法，通过沿途闪蒸，最大程度避免了堵塞、腐蚀和磨损的问题，且渣水-水换热器也采用了防腐、过滤等措施。此系统需要依靠真空泵维持烟囱的真空度，只要烟囱密封性良好，真空泵间歇运行消耗的电能及所需电费相比于额外回收的闪蒸蒸汽热量及带来的效益很微小。

3.2余热整合技术与方法

余热采集技术解决了单一热源余热的高效采集问题，而多个余热之间存在相互配合的可能。通过不同的串、并联组合，再由余热采集设备加以整合，可以演化出多种多样的取热流程，对应多种换热网络的拓扑结构。不同的取热流程或换热网络拓扑结构会得到不同的余热取热量和供水温度，有些热量和供水温度参数可以满足供暖过程输配及末端传热的需要，有些则不能满足。优化余热整合过程的技术和方法包括夹点优化法、弃热、热泵等，运用T-Q图和火积分析理论可以定量刻画出上述技术起到的作用和适用的条件。

3.2.1夹点优化法

夹点优化法是一种仅采用换热设备时的余热整合方法[10]。主要分为两个步骤：1)热复合曲线合成;2)夹点确定。

首先，在T-Q图上将所有热源按照起点温度由低至高依次排列，将具有相同温度区间段的热源合并为一个复合热源，复合热源的热量与重合温度区间内两个热源热量之和相等。如图6所示，热源a与b在50-60℃的温度区间内重合，将其合并为一个新的复合热源“a2+b1”。

然后，固定热网水线的左侧端点(即确定取热热网水的回水温度)并旋转热网水线。只存在换热的情况下，取热热网水线应始终处于热复合曲线的下方。如图7(a)所示，旋转热网水线直至其恰好与热复合曲线相切，即产生了夹点，此时得到了仅存在换热情况下的最高供水温度。图7(b)为考虑了采集温差后的情形，采集温差的增大将导致夹点向正下方偏移，供水温度降低。图7(c)为采用夹点优化法后的取热流程，热源a与b均在两个串联的换热器(低温冷却器与高温冷却器)内被冷却。热网回水先进入热源a的低温冷却器，换热后分为两股分别进入热源a的高温冷却器与热源b的低温冷却器，两股热网水的流量之比等于热源a与热源b在重合温度区间的热量之比。分别换热后合为一股热网水依次进入热源b的高温冷却器及热源c的冷却器内，最终供出。

但是在中低温余热热源热容过大的情况下，取得夹点时取热热网水线较为平坦(即取热热网水流量较大)，使得供水温度受到制约无法提高。解决的思路有两种：一是弃热，即以牺牲中低温余热的回收率为代价，提高供水温度;二是热泵，即利用高温热源提取低温热源。以下通过一个简单的例子来说明其作用。

3.2.2合理“弃热”和热泵技术的应用案例

某工业企业的低品位余热热源及品位信息如表1所示。

换热设备采集温差为3℃，吸收式热泵视为包含两级采集温差(6℃)，电热泵视为一级温差(3℃)。取热热网水的回水温度为30℃。热网对工厂提出如下四种情形的供暖参数要求,四种情形对于余热整合过程的参数要求逐渐提高。

(1)情形1：Q=20MW，τg=60℃

(2)情形2：Q=25MW，τg=70℃

(3)情形3：Q=30MW，τg=75℃

(4)情形4：Q=30MW，τg=100℃

对于情形1，根据夹点优化法，全部回收30MW余热时最高供水温度可达64℃，因此完全可以仅利用换热设备满足供暖要求。

对于情形2，舍弃5MW低温热源A的热量，再利用夹点优化法时最高供水温度可达83℃左右，利用换热设备可以满足供暖要求。

对于情形3，75℃的供水温度高于夹点优化法能得到的最高供水温度64℃。利用吸收式热泵，分别以热源C和D作为热泵发生器的驱动热源，回收提升热源A的热量，最终可以满足供暖要求。限于篇幅，吸收式热泵的参数设计在本文中不予叙述。

对于情形4，仅利用吸收式热泵也无法满足要求，必须补充电功(即利用电热泵)才能满足供暖要求。取热过程的T-Q图以及对应的流程图分别如图8(a)，8(b)所示。

原标题：【论文精选】清华大学——夏建军：低品位工业余热应用于城镇集中供暖系统若干关键问题及解决方法

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