低溫餘熱資源的利用方式和技術

北極星環保網訊:隨著節能工作的不斷深入，低溫餘熱資源的利用日益成為節能工作的一個熱點和難點，本文分析了低品味餘熱資源的特點，總結了目前的利用方式和技術進展。

1、餘熱資源等級劃分

工業餘熱主要指工業企業熱能轉換設備及用能設備在生產過程中排放的廢熱、廢水、廢氣等低品位能源。利用餘熱回收技術將這些低品位能源加以回收利用，是節能的重要手段之一。按照餘熱資源載體的溫度高低，可把餘熱資源按品味進行劃分，溫度高則代表餘熱資源的可做功能力高，即是所謂「高品位餘熱資源」。溫度低，則代表該餘熱資源品味較低。

2、低品位餘熱資源的來源及利用難點

餘熱資源的主要來源為：①煙氣的餘熱；②高溫產品和爐渣的餘熱；③冷卻介質的餘熱；④可燃廢氣、廢液和廢料的餘熱；⑤廢汽、廢水餘熱；⑥化學反應餘熱。

比較典型的低品位餘熱資源有：①鍋爐（加熱爐）等排放的煙氣，一般在140~180℃；②高爐渣、煉鋼渣的衝渣水，溫度在60~9 0℃；③循環冷卻水，大部分在30~50℃；油田採出水，在30~60℃。

低品位餘熱資源的利用難點在於：①大部分低品位餘熱資源含有腐蝕性的物質，對設備長期安全運行構成不小的影響；②有的低品位餘熱資源具有間歇性的特點，難於連續運行；③由於品味較低，難以在現場附近尋找到合適的供熱（冷）負荷；④用於發電，效率較低，技術還有待成熟，經濟效益偏低。

3、低品位餘熱資源的利用方式探討

低品位餘熱資源的利用可以分為直接熱利用、製冷制熱和熱功轉換三種方式。

3.1直接熱利用

熱交換技術設備對低溫餘熱的利用是通過換熱設備將餘熱能量直接傳給自身工藝的耗能過程，是餘熱回收直接高效的方法之一。由於低溫餘熱資源溫度較低，需要找到合適的利用場合，還要考慮輸送過程中的損耗因素。

比較常見的有：循環水用於採暖供熱、鍋爐煙氣用於餘熱空氣、加熱爐煙氣餘熱用於加熱物料等。

3.2製冷制熱

在直接熱交換沒有合適的利用場合的情況下，也可將低溫餘熱用於吸收式製冷或者熱泵制熱，改變餘熱能量的等級。

利用電廠循環水做熱泵的熱源，使用少量的抽汽作為驅動能源，採用熱泵將循環水溫度提升到95℃以後送入城市供熱管網，節能效果顯著。

化工企業需要製冷的工藝裝置較多，利用溴化鋰吸收式製冷裝置，利用餘熱作為熱源，製取冷量作為生產使用，也是非常合理的利用低溫餘熱的節能措施。

3.3熱功轉換

熱功轉換就是將低品位餘熱資源轉換為機械能或者電能加以利用。一般來說，如果低品位餘熱資源在「直接熱利用」或者「製冷制熱」兩種方式都存在較大困難的前提下，熱功轉換不失為一種選擇。如果僅轉換為機械能，則需要在餘熱資源利用現場有合理的機械負載。進一步轉換為電能，則可以進行稍遠一些的輸送，使用方式更加靈活。

熱功轉換的主要技術手段為螺杆膨脹機發電技術、汽輪機發電技術、飽和蒸汽發電\拖動技術等。

4、低品位餘熱資源利用的關鍵技術

4.1以相變換熱為代表的高效熱管換熱技術

低品位餘熱資源的利用由於溫差較小，通常要使用較大的傳熱面積，這也代表著鋼材使用量的增加和佔地面積的增加，使得傳統換熱器並不適合於低品位餘熱資源的利用場合。而採用相變換熱為基礎的高效熱管換熱技術，能夠大大提高傳熱係數，減少鋼材的耗量，同時也便於控制受熱面的壁面溫度。

4.2換熱器耐腐蝕\磨損技術

工業餘熱資源普遍存在腐蝕性的因素，煙氣裡面含有酸性氣體和粉塵，廢水中含有氯離子等。這些腐蝕性因素對換熱器的長期穩定運行構成嚴重的影響。要想利用低品位餘熱，就必須解決好腐蝕問題，採用特定的換熱器材質，合理布置換熱器的結構，都有助於減緩換熱器的腐蝕，也要注意換熱器利用的經濟性。

4.3熱泵及低溫餘熱溴化鋰製冷技術

使用熱泵及低溫餘熱溴化鋰製冷，可以將低溫餘熱升級利用，但是也面臨提高能效利用效率和受熱面腐蝕的問題，需要在熱泵和溴化鋰制冷機的設計中考慮這一問題。

4.4螺杆膨脹機發電技術

螺杆膨脹動力機技術作為低品位發電減排技術，螺杆膨脹機是一種容積式發動機，能夠利用過熱蒸汽、飽和蒸汽、熱水、熱液和其他熱源等，可以使用70℃以上的熱水和130℃以上的不含硫煙氣作為熱源，也可使用低壓蒸汽。由於結構特點，螺杆膨脹機的單機功率有限，多在10 0 0kW以下，適合於餘熱資源較少的場合。

這項技術仍然在不斷完善，主要是自用電較大，發電效率較低，使得發電利用的經濟性受到一定的影響。

4.5有機朗肯循環發電及其它低溫發電技術

對於工業中大量存在的200℃，甚至300℃以下的低品位餘熱，難以使用常規的蒸汽/飽和蒸汽/熱水作為工質進行發電利用，可以考慮採用有機工質循環方案。

有機朗肯循環（ORC）是使用低沸點的有機物為工質來吸收廢氣餘熱，汽化，進入汽輪機膨脹做功，帶動發電機發電，系統簡單緊湊。目前採用的工質有機工質有正丁烷、氯乙烷等低溫沸點有機物，也有的採用有機工質的混合物。此項技術國外研究較多，我國目前這項技術正處於發展之中。理論上Kali n a循環發電比ORC的發電效率高出15%，但是實際運行中並沒有很明顯的優勢。

5、低溫餘熱回收利用的原則

從儘可能充分利用低品位餘熱資源的角度出發，建議低溫餘熱資源利用遵循以下原則：

（1）首先應該儘可能優化生產工藝，合理組織換熱流程，降低工藝用能，在生產工藝中儘可能地減少低溫餘熱的產生。

（2）低溫餘熱資源的利用要綜合考慮廠區內和周邊地區的工業、民用等用熱（冷、電）需求，不能孤立地考慮，利用的時候應按照用戶距離「先近後遠」及利用周期「優先長周期」的原則，做好利用規劃。

（3）低溫餘熱資源的利用應根據餘熱的品質、數量和用戶需求，按照能級匹配的方式實現梯級利用，儘可能減少傳熱溫差。

（4）在低溫餘熱資源的利用方式，按照「直接熱利用—製冷制熱—熱功轉換」的順序，合理安排利用方式。

（5）具體設計利用方案時，還要考慮是否傳熱元件的耐腐蝕性和利用技術成熟度，做好經濟效益分析和對比。

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