熱能綜合利用技術發(fā)展探索

劉傳明

摘 要：改革開放以來，我國的經(jīng)濟建設迅猛發(fā)展，其對能源的需求量也是與日俱增。然而，隨著自然資源的不斷消耗，國內外已經(jīng)呈現(xiàn)了能源危機，這為工業(yè)生產帶來了嚴重地制約。隨著人們生態(tài)環(huán)境保護意識的不斷加強，人們逐漸認識到節(jié)能環(huán)保的重要性。熱能綜合利用技術在這個背景下蓬勃發(fā)展起來，并已經(jīng)在工業(yè)生產中取得了較好的經(jīng)濟效益。本文結合當前熱能綜合利用技術，對其應用發(fā)展進行探索。

關鍵詞：熱能綜合利用；技術發(fā)展；能源技術

能源是四個現(xiàn)代化實現(xiàn)和提高人們生活質量的重要基礎。能源危機對國家的工業(yè)化發(fā)展起到了嚴重的制約作用。熱能是一類可再生資源，其不僅利用方便，而且，較為環(huán)保，所以被人們廣泛運用。熱能綜合利用技術的不斷發(fā)展，能夠大幅度提高熱能的使用效率，從而更好地促進經(jīng)濟發(fā)展。文章重點探索熱能綜合利用技術的發(fā)展與應用。

1 熱能綜合利用

熱能的綜合利用可用實現(xiàn)節(jié)能減排、增效減排的效果。其主要應用于三個方面。第一，工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)以及熱電廠等多主體資源優(yōu)化利用網(wǎng)絡。第二，工業(yè)園區(qū)，企業(yè)以及園區(qū)內的生活區(qū)多主體資源優(yōu)化利用網(wǎng)絡。第三，大型企業(yè)的子公司以及集團內部的多主體資源優(yōu)化利用網(wǎng)絡。在這些系統(tǒng)里，借助余熱回收以及能量階梯利用等技術，實現(xiàn)了熱能的綜合運用。

2 熱能綜合利用技術發(fā)展

當今，從世界范圍內來看，熱能綜合利用效率最高的是日本。但是，即使其利用率高，也超不過50%，國內的相關數(shù)據(jù)表示，僅有31%的熱能利用率，剩下的都作為廢熱排放到自然環(huán)境中，不僅造成了嚴重的熱能浪費，還對大氣造成了嚴重的污染。余熱回收是熱能綜合利用程序中最為重要的環(huán)節(jié)，其能夠有效提高經(jīng)濟效益，降低產品成本以及空氣污染。當今余熱利用技術主要包括三種。

2.1 熱輪

熱輪的結構形式主要包括兩種，轉盤式和轉鼓式。其制作材料具有多孔和高比熱容量特征。當熱輪的轉盤或者轉鼓旋轉速度降低時，熱氣體產生的熱量便會傳遞到熱輪。當熱輪繼續(xù)轉動時，其將會將得到的熱量傳遞到冷空氣里。熱輪的應用溫度接近900℃。其多應用在中低溫廢熱回收以及取暖和養(yǎng)護爐的預熱器上。

2.2 熱管

熱管技術主要是利用熱管元件制成的換熱器，利用封閉于管內物質彼此間的熱量傳遞進行高效熱能傳送。隨著二十幾年的不斷研究與推廣，其迅速的發(fā)展起來。當前，熱管已經(jīng)被廣泛地應用到冶金、電力以及石化等行業(yè)領域，并為這些領域帶來巨大的經(jīng)濟效益。熱管具有的特點主要包括：溫度適用范圍廣，可以根據(jù)不同溫度選擇不同工質。傳熱能力強，有效防止冷熱流體間的污染與泄漏。傳熱能力以及低溫余熱回收能力強。壁溫高，避免低溫腐蝕。具有可調的熱流密度，不易發(fā)生露點腐蝕。工質循序中不存在功率消耗。隨著節(jié)能減排口號的不斷提出，熱管技術是非常具有發(fā)展前景的。

2.3 熱泵

熱泵主要是將熱能由低溫物轉移到高溫物，是利用低沸點工質通過節(jié)流閥減壓減溫后，在蒸發(fā)器中從低溫物體吸取熱量，然后將工壓縮而使溫度和壓力有所提高，最后經(jīng)冷凝器放出熱能，如此不斷循環(huán)，把熱能由低溫物體轉移到高溫物體。我國的熱泵技術明顯的滯后。近幾年來，我國熱泵技術發(fā)展迅猛，1997年銷售的漢化及吸收式制冷機約4000多臺。2000年我國首例城市污水源熱泵系統(tǒng)在北京高碑店污水處理廠示范成功，論證了污水源熱泵的實用性和應用前景。2002年哈爾濱工業(yè)大學孫德興教授提出了間接式城市原生污水源熱泵系統(tǒng)，隨后該課題組針對污水源熱泵直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)進行了比較，提出了對直接式污水源熱泵系統(tǒng)進行合理設計計算的方法，哈工大姚楊教授提出了使用污水處理廠二級出水的淋激式換熱器污水源熱泵系統(tǒng)。隨后，又完成了淋激式換熱器的結構設計方法研究，進行了污垢熱阻變化對熱泵系統(tǒng)性能影響的仿真分析。國內主要以天津大學熱能工程研究所的馬一太教授領導的研究小組為中心，對CO2熱泵系統(tǒng)進行了廣泛而深入的實驗室研究。由于起步較晚，加之技術上的難題，因此，國內尚無獨立將CO2熱泵系統(tǒng)推向市場的能力。總體來說，國內主要集中于實驗研究方面，針對CO2的熱力性質以及在熱泵系統(tǒng)中出現(xiàn)的不同工況，與常規(guī)工質進行對比，揚長避短，從不同部分進行深入對比研究。特別是在高壓循環(huán)方面，由于節(jié)流損失嚴重，用膨脹機代替節(jié)流閥可以回收一大部分膨脹功，再與壓縮機進行同軸相聯(lián)，把這部分膨脹功用來壓縮氣體，可以極大的提高CO2熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)。在此基礎上，馬一太教授帶領的研究小組自行設計出了一種CO2壓縮膨脹機，并且，其中的設計工況以及參數(shù)非常合理，是該領域的重要嘗試性研究。郭貴林關于氣體冷卻器進行了深入研究，其結合分布參數(shù)進行的系統(tǒng)仿真，為CO2系統(tǒng)設計提供了很多重要的參考依據(jù)。范曉偉在CO2熱泵系統(tǒng)諸如換熱器等部件上進行了系統(tǒng)而全面的技術說明，并認同校企合作模式推行相關技術的開發(fā)與應用，這大幅度推動了相關技術的發(fā)展。

3 結束語

近年來，隨著中國構建人與自然和諧社會理念的不斷推進，加之能源危機的不斷加劇，社會各界逐漸認識到保護生態(tài)環(huán)境，推行節(jié)能減排，促進生態(tài)發(fā)展平衡的重要意義。熱能的綜合利用，不僅能夠大幅度降低能源的過度消耗，還能夠有效地提高熱能的使用效率，降低空氣污染。因此，其得到了社會的廣泛關注。熱能綜合利用技術的不斷發(fā)展，有效地推動了熱能的綜合利用效率，盡管，其在發(fā)展過程中還存在一定的問題有待進一步解決，但是，其終將取得輝煌的發(fā)展成效，進而大幅度地推動社會經(jīng)濟與生態(tài)經(jīng)濟的協(xié)調可持續(xù)發(fā)展。

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