米6体育app官网 - 米乐M6下载安卓—米乐M6_按“势”用能 ——工业余热资源的科学分类及势能使用方法

日期:2022-08-23 04:24:01 | 人气:

本文摘要:按“势”用能 ——工业余热资源的科学分类及势能使用方法可用势,一个可直接用来评价余热资源品位的新的热力学参数,将能够有效地资助研究人员对具有显热、潜热、温度和压力综合属性的余热资源举行定量评价。能源是人类繁衍生存的基本保障之一,随着社会的生长,人们对能源的依赖也越来越强。 在可再生能源等新能源全面接替化石能源之前,节能减排将是缓解能源瓶颈制约和淘汰情况污染的基础措施。

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按“势”用能 ——工业余热资源的科学分类及势能使用方法可用势,一个可直接用来评价余热资源品位的新的热力学参数,将能够有效地资助研究人员对具有显热、潜热、温度和压力综合属性的余热资源举行定量评价。能源是人类繁衍生存的基本保障之一,随着社会的生长,人们对能源的依赖也越来越强。

在可再生能源等新能源全面接替化石能源之前,节能减排将是缓解能源瓶颈制约和淘汰情况污染的基础措施。而在化石能源的使用历程中,并不能实现百分之百的使用,其中有不行忽视的一部门能源以差别形式酿成了余热余能,在不经意间悄悄溜走。

中国国家统计局公布的数据显示,2014年中国能源消耗总量达42.6亿吨尺度煤,工业部门的余热资源率平均达7.3%,其中大部门能量以差别形式的余热被直接排放,接纳率不凌驾35%,特别是温度低于200摄氏度的低品位余热余压资源存在大量的浪费现象。中国工业余热资源广泛存在于发电、钢铁、冶金、化工、水泥、玻璃等高能耗行业。例如钢铁行业有数十道生产工序,会发生焦炉煤气烟气、高炉煤气烟气、制品热及炉渣热、废蒸气及废水热等十几种余热资源,温度规模从几十至上千摄氏度不等,发生的水蒸气压强达0.8~3.82兆帕,热量接纳潜力都在40%以上,其中还不包罗水蒸气冷凝历程中放出的潜热;水泥行业窑头篦冷机、窑尾预热器排挤的中低温废气约300~500摄氏度,水蒸气含量约为6%,压强达1.0~1.6兆帕,接纳潜力35%以上;此外,机械、冶金、化工等行业生产中都需要大量的加热工艺,来自铸造炉、加热炉等高温耗能设备的余热资源大多为500摄氏度以上的中高温烟气;玻璃生产历程中,窑炉发生的烟气虽然流量不大,但其余热温度达400~550摄氏度,属于品位较高的中温热源;纺织和造纸等行业的余热资源主要为蒸汽的排热和冷凝水的潜热。

这些余热资源类型和存在形式均存在较大差异,且温度和压力规模变化极大,对其举行形貌和分类是对工业余热资源高效、合理和深度的使用历程中不行或缺的环节。中国现有的余热资源使用的指导原则基于吴仲华院士提出的“分配恰当、各得其所、温度对口、梯级使用”的科学用能思想,强调在系统层面上对差别形式和品位的资源合理摆设、对资源与系统的优化匹配等,以提高资源的综合使用效率。工业余热可用势评价使用指导准则现阶段主要以温度作为常用的余热资源评价指标,温度越高,讲明其可接纳使用的能量越高,给提高资源使用率提供了大偏向。例如,根据温度品位的崎岖,可将工业余热分为600摄氏度以上的高温余热、300~600摄氏度的中温余热和300摄氏度以下的低温余热。

凭据余热资源对应的温度区间,便可开端确定相应的接纳使用方式。余热温度越高,讲明其显热接纳潜力越大,直接热接纳和动力接纳的技术越成熟,但其使用方式较为单一,导致余热使用深度不够,容易造成资源的浪费。

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虽然温度是所有余热资源配合的特点,但差别的余热资源还存在各自的奇特性,例如钢铁余热烟气、水泥回转窑烟气、玻璃熔窖烟气中含有的水蒸气均具有一定潜热接纳价值。这些余热资源品位的崎岖并不只由温度来决议。例如同样温度的水蒸气和水具有的能量显着是纷歧样的,这是因为温度不能全面地反映余热资源的其他属性(好比压力能和相变历程中的潜热能),无法定量地评价以潜热为主的余热资源和以压力形式体现的余压资源品质,因此全面定量地评价这些余热资源,寻找可行、实用的尺度就成了当务之急。

为了提出一套能够对工业余热资源品质和能级举行全面评价和定量分析的完整体系,进而实现对工业余热资源举行科学合理的分类和使用,国家973计划项目课题“余热能级及梯级使用的定量化原则及其在热力系统的应用”的研究团队对中国工业余热资源的使用技术和有关数据举行了深入调研,依据余热资源的温度、压力、显热和潜热部门所占比例,对余热资源举行了科学分类,归纳绘制了余热资源的温度-压力坐标图和显热潜热坐标图。温度与压力是余热资源的基本属性,凭据两者数值的相对巨细,可以将余热资源定性地划分为4个区间,即高温高压区、高温低压区、低温高压区和低温低压区。如此即可同时从温度和压力纬度对余热资源举行分类。

例如,高炉、焦炉等设备发生的高温烟气温度高,可是压力较低,水蒸气含量较少,对于此类同时包罗热能和压力能的工业余热资源,接纳使用顺序应为先接纳热能,再接纳压力能。即先通过换热器等压换热接纳热能,焓值降低后通过膨胀做功接纳压力能,最大水平地接纳烟气的余热余压。温度压力属性更多地指导接纳使用以显热放热量为主和以压力能为主的非相变余热资源。对于低温高压的烟气,单纯看其温度-压力属性会造成一种只能接纳使用压力能的感受,但若其中的水蒸气含量很高,则仍然具有很大的潜热热能接纳价值。

凭据余热资源中显热和潜热所占的比例巨细,同样划分为4个区间:显热大且潜热大、显热大而潜热小、显热小而潜热大和显热小且潜热小。如此便可同时表征余热显热和潜热的接纳价值。水蒸气含量少的高温烟气、工艺气等,应思量直接充当燃气轮机进气预热器,然后通过通例的余热锅炉等接纳热能;而对于含水蒸气较多的天然气烟气、焦炉煤气烟气,其显热和潜热量均较为客观,可思量接纳效率比通例锅炉提高10%的冷凝式锅炉,充实使用高温烟气的显热及低温烟气中水蒸气的汽化潜热,由于烟气中的有害身分可以被水蒸气冷凝历程吸收,因此还同时具有节能潜力和环保效应。

可见,工业余热资源具有两类属性:一是温度压力属性;二是显热和潜热属性。那么如何对具有显热、潜热、温度和压力综合属性的余热资源举行定量评价呢? 研究团队通过界说一个新的热力学参数——可用势(e=h-T0s)来解决议量评价的问题。可用势是指在情况温度一定时,其包罗可用于做功的最大能势(u- T0s)与可完全转化为功的纯功势(pv),用来表征工质在某一状态下的可逆做功效力。

可用势是一个状态量,可直接用来评价余热资源的品位。例如,对于非相变余热资源的使用,可用势是温度和压力的函数,其最大的做功效力体现了显热的可使用水平,取决于资源的温度和压力。对于含有水蒸气的相变余热接纳历程,可用势可表现为温度(压力)和干度等热力学参数的函数,体现该状态下的余热资源的显热和潜热最大可接纳水平。例如水蒸气的e-h图中,等压线上各点的焓和可用势均随着温度升高而增大,等温线上各点的可用势随着压力提高而增加,而各点的焓随着压力提高并无显著纪律。

可见,使用水蒸气的e-h图可综合反映水蒸气的显热、潜热和压力水平,定量评价水蒸气的能源品位。玻璃窑炉烟气、高炉煤气烟气、转炉煤气烟气、天然气烟气、焦炉煤气烟气等工业烟气的水蒸气含量划分为7.2%、3.3%、2.1%、16.4%和20.5%,烟气中所含的水蒸气在100摄氏度以上时处于过热状态,在同一温度下, 组分差别的种种烟气的焓值和可用势差别,其中水蒸气含量的影响最大。在可用势相等时,烟气中水蒸气含量越大,即汽化潜热量越大,则焓值越大;在焓值相等时,烟气的温度越高,即显热越大,则其可用势越大。横向为烟气潜热增大的偏向,纵向为烟气显热增大的偏向。

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因此,相同压力下,工业烟气的e-h图可以体现差别种类烟气资源显热和潜热品位的崎岖,可指导烟气潜热和显热的接纳。在可用势的指导原则下,工业余热余压资源接纳方式主要有热功转换、直接使用和提质使用,余热资源的可用势越高,讲明其温度和焓㶲越高,可接纳的能量(包罗压力能、显热和潜热)也越大。

能源的品质高,可接纳“热功转换”方式,使用合适的热力循环(如朗肯循环),输出高品位的有用功。在可用势稍低的区间内,余热资源的温度较高,若余压较高,则应基于“先接纳热能,再使用压力能”的原则。对于燃烧后的高温烟气,水蒸气含量低,压力能较低,则可接纳换热器直接提供其他工艺环节所需的热量,而高炉煤气等具有高压力能的工艺废气则可思量接纳中低温余热发电技术,如使用有机朗肯循环、卡琳娜循环或者斯特林循环等接纳余压来发电。

对于略高于情况温度的余热资源,如工业冷却废水、冲渣水、冷凝水等,温度通常为50~90摄氏度,此类资源余热总量很大,但焓值和可用势值都很低,很难接纳换热器直接使用,也难以用热功转换的方式举行接纳,可思量接纳热泵系统对其举行提质使用。在“十二五”期间,中国钢铁行业中高温余热资源的使用技术取得了很大的成就,但焦炉上升管、烧结大烟道烟气、高炉冲渣水、轧钢加热炉等发生的中低温余热资源接纳使用另有待提高。

从技术生长看,低温有机朗肯循环技术是使用低温工业余热最经济有效的方案,但现在海内的技术还不够成熟,强化研究有机朗肯循环等低温余热发电技术,对提崎岖品位余热使用率会起到重要作用。研究团队在973计划项目的支持下,自主设计搭建了一套小型(目的输出功率为2千瓦)的低温余热使用有机朗肯循环发电系统,将自主设计的折流杆换热器作为冷凝器应用到系统中。

基于可用势的分析方法,盘算工质在蒸发器内吸热历程的可用势提值,为余热资源匹配做功效力更强的有机工质。总而言之,可用势对能量品质的定量评价要比温度更为直观,而且能够较为全面地评价余热余压资源的品质,特别是包罗潜热热量和压力能的余热资源。随着对工业余热资源的温度、压力、接纳技术、接纳成本等基础性数据资料举行越发深入且全面的调研和分析,研究团队将根据温度、压力、显热、潜热、热力学可用势等本质属性对中国现有的工业余热资源举行科学合理的分类,进一步推进按“势”用能的理念,建设综合完善的工业余热可用势表和数据库,使用可用势的观点建设余热资源和工质能级的评价准则,对其接纳和使用方式举行选择。

这将为我国建设余热资源和工质能级品质的定量化评价准则奠基重要基础。致谢:谢谢973计划项目课题“余热能级及梯级使用的定量化原则及其在热力系统的应用”(课题编号: 2013CB228302)的支持。


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