低品位余热回收利用技术的研发

低品位余热回收利用技术的研发

动力101

摘要：低品位余热是一般不被重视的废气能源，虽然能量品质低或密度低，但将成为节能减排的重要组成部分，指出，通过多年的实践，对低品位余热利用的研发与应用技术是可行的，具有现实意义。

关键词：低品位余热；余热利用；液态金属余热利用；节能

Abstract：Low-grade waste heat is an emission energy which has being generally not taken seriously．Although the energy quality and density is low，it will become an important component of energy-saving and emission reduction．Through years of practice，the author points out that research and development of low—grade waste heat utilization and application technology is feasible and practical significance．

Key words：low-grade waste heat；Waste heat utilization; liquid metal waste heat utilization; energy

0 引言

低品位余热是指品位低、浓度小、能量少，不被人们重视的废热能源。低品位余热目前可分为三类：热值小于600kcal/Nm的低浓度可燃物、温度低于800℃的显热物体、温度低于400℃的低温尾气烟气。

能源是人类赖以生存和发展的基础，也是经济发展的原动力。中国是以煤炭为基本能源的同家，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董仅约8％．闪此面对环境污染、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困一次能源利用率方面具有举足轻重的作用。

目前，中国同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，低品佗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。

1国内外发展状况

目前，对低浓度可燃物的利用尚没有成熟的技术。随着环保的要求，一般采用电捕技术。而此技术产生的二次污染难于治理，后改为焚烧后直接排人大气，几乎没对余能进行全面的利用。对低品位显热的余热利用，如，煤矸石制砖厂的余热利用方案都是在隧道窑窑顶放置1个大水箱，依靠烟气直接加热的方式把水箱中的水加热后，向各使用地点供热水，主要用途为取暖和为职工澡堂供应热水。

国内外煤矸石烧结砖显热的直接回收利用技术尚是空白。低温度烟气余热回收目前主要采用同级利用(低温热量直接代替了原使用的二次能源)，如，空气预热、水加热、储罐加热以及升级利用。如，溴化锂吸收制冷、热水扩容发电、正丁烷有机工质发电等。低温余热的利用应优先考虑长周期运行的同级利用，其次考虑全年中部分时间利用的同级利用，如，采暖。最后才考虑升级利用，即热泵、制冷、发电。目前，利用吸收塔和闪蒸塔将低温余热进行回收，余热回收率高，是较科学的路线。

2.低品位余热利用技术

2．1低品位余热利用为导向的技术研发

低品位余热利用技术是先进技术和环境保护相结合的产物，是控制大气污染，保护臭氧层，减少温室气体排放，开发新能源的有效手段和途径，也是企业提高能源利用效率，降低成本，增强市场竞争力，保护生态环境的措施。

2.1.1 低浓度可燃物余热利用项目的研发

低浓度可燃物余热利用指的是挖掘热值< 2512J／m3的可燃成分(气体、固体颗粒)的余热。在煤炭转化过程中，有大量的含有低浓度可燃物的尾气排出。采用沉降、补燃、焚烧、换热等一系列技术措施，进行余热回收利用，既解决了尾气能量的回收问题，也实现了尾气的净化处理。余热锅炉(Q6.8／1050—3—1．25，Q3．2／1200—2—1．25，Q8／1050—4—1．25型)都是此项目的应用示范。

目前，对低浓度可燃物的利用尚没有成熟的工程技术应用经验可以借鉴。从1997年开始，太原嘉能动力科技有限公司与山西新华化工厂合作，进行科技创新。在大量测试、分析、试验的基础上，于1998年在中国第一次把低品位余热锅炉成功地应用到炭化生产线上。在实际运行时间不足1年时间，就为该化工有限责任公司节约了120×104元的能源费用，减少烟尘

排放100 t，收到了显著的经济效益和社会效益。随后，在该厂安装了8台。目前，此项技术日臻完善，形成了系列产品。

2.1.2 低温度显热的余热利用项目的研发

低显热利用采用分段直接换热技术回收热量。低品位显热物是指固体物的温度<800℃，且有一定质量的物体。G19／780—3．1．25型余热锅炉是此项目的应用示范。太原嘉能动力科技有限公司根据烧结煤矸石砖隧道窑换热特征采用分段直接换热技术，成功地将煤矸石烧结砖显热利用于山西长治市金环节能建材有限公司，为该企业节约原煤4 500 t／a。2009年10月15日得到山西省墙材会议参会人员的肯定，其特点是采用了以物体显热直接辐射换热为主的新方式，最大限度地换取了煤矸石烧结过程中的余热。

2.1.3 低温度尾气的利用项目研发

低温度尾气(尾气温度≤400℃)余热，已有水热、气热换热器得到良好应用，如，JNF30换热器。太原嘉能动力科技有限公司正在进行利用吸收塔和闪蒸塔将低温余热进行回收，余热回收率高。

2．2 研究进展

2．2．1 吸收式系统

溴化锂吸收式热泵在工厂余热回收中的应用已经越来越广泛，它可以回收利用工厂低温余热热源的热量，将低品位热转变为高品位热，广泛应用于有余热资源或有低温热源的石油、石化、制药、酿造和钢铁等行业。另外，在炼油工业、天然气和热电冷i联供系统中。可以配置吸收式系统实现对各种低温余热的高效利用。

2．2．2 吸附式系统

吸附式制冷技术作为一种余热利用的新技术，其研究开发正日益成熟。它可以将太阳能或余热等低品位热源作为驱动热源，采用对环境友好的工质对。设备结构简单，一次性投资少，运行费用低，使用寿命长，无运动部件。无噪音，无环境污染，特别适用于有大量低品位余热排放的工业过程及有频繁震动的移动机械上。

2．2．3 新型材料

针对冶金、玻璃、水泥、陶瓷等行业中高能耗的窑炉。回收烟气余热的传统做法是利用耐火材料的显热熔变化来储热，这种储热设备的体积大、储热效果不明显。改用相变储热材料，是研究较为广泛的一种方法，这样储热设备体积可减小30％～50%，还可起到稳定运行的作用。目前正在研究的新型相变材料有潜热型功能热流体、纳米复合相变储能材料、定型相变蓄能材料和无机盐，陶瓷基复合相变蓄能材料等旧。采用热电材料进行温差发电，也是