分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱回收技術(shù)研究

付宏偉（沈陽市熱力工程設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽）

分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱回收技術(shù)研究

付宏偉（沈陽市熱力工程設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽）

一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)離不開2016-能源的開發(fā)和利用，為了更好地保證人們的生活質(zhì)量和國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展力度，就應(yīng)該在節(jié)約能源利用的基礎(chǔ)上鞏固國(guó)家建設(shè)和國(guó)民生活。節(jié)約資源已經(jīng)是當(dāng)代最主要的事業(yè)之一，隨著科技的進(jìn)步，利用現(xiàn)今的技術(shù)能夠保證使用較少能源提供較大動(dòng)力。本文主要論述的就是節(jié)能減排最流行的方式，通過探究分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱回收技術(shù)的相關(guān)研究，希望可以為相關(guān)部門提供有價(jià)值的參考。

分布式能源；低溫余熱；回收技術(shù)

能源利用不僅僅可以提升國(guó)民生活水平，更關(guān)鍵的可以保證我國(guó)工業(yè)的進(jìn)步。由于工業(yè)發(fā)展過程中會(huì)使用大量能源，但是由于各種設(shè)備和裝置之間轉(zhuǎn)換能量不可能完全利用，總是有一定的熱量被浪費(fèi)掉。通過數(shù)據(jù)顯示可以看出工業(yè)發(fā)展中排出的余熱占整個(gè)能源輸入的一大部分。但是很多余熱能夠真正實(shí)現(xiàn)回收概率又非常低，這就導(dǎo)致大量的能量被浪費(fèi)。正因?yàn)槿绱?，才更?yīng)該重視能量的回收利用工程。

1 分布式能源系統(tǒng)及低溫余熱

工業(yè)利用能源總是利用多種設(shè)備或者裝置將其轉(zhuǎn)化為不同形式的能量用于各個(gè)環(huán)節(jié)，以保證各個(gè)環(huán)節(jié)的持續(xù)進(jìn)行。而工業(yè)企業(yè)中余熱利用率和回收率非常低，目前回收率只有34.87%，但是輸出的余熱會(huì)占據(jù)整體輸入能源總量的7.5%，從這里就可以看出我國(guó)對(duì)于能源節(jié)約的探究還需要更加深入，只有利用更加有效的方式才能夠保證能源利用率的同時(shí)，還促進(jìn)我國(guó)工業(yè)企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。也就是說，目前我國(guó)的余熱余能利用回收價(jià)值潛力十分大，如果能夠研發(fā)出有利用價(jià)值的技術(shù)，就能夠改善目前這種尷尬的情況。

分布式能源系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的有冷熱電三聯(lián)供和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。前者主要是利用天然氣作為動(dòng)力燃料，根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)、微燃機(jī)或內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等發(fā)電設(shè)備功能進(jìn)行發(fā)電運(yùn)行，利用這種方式能夠?yàn)閺V大用電用戶提供持續(xù)的電力供應(yīng)。一般情況下，由于利用分布式能源系統(tǒng)避免集中式供電，所以這種方式可以在系統(tǒng)發(fā)電之后，將排出的余熱可以進(jìn)行回首再利用，將回收的余熱進(jìn)行供熱或者供冷應(yīng)用，而使用的設(shè)備是余熱鍋爐或者余熱直燃機(jī)等。利用這種方式能夠從根本上提升能源的利用率，降低能源浪費(fèi)，最重要的是可以以這樣一種循環(huán)方式對(duì)并網(wǎng)電力進(jìn)行能源的互補(bǔ)，以保證整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)收益呈上升狀態(tài)。

而第二種方式，也就是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)方式能夠從根本上解決環(huán)境污染問題，提升火力發(fā)電廠的整體熱效率，確保燃燒的煤是潔凈的，這種技術(shù)具有十分廣闊的發(fā)展前途。通過研究國(guó)內(nèi)外對(duì)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)，我國(guó)已經(jīng)成功得到關(guān)鍵技術(shù)的科研成果，從而在國(guó)內(nèi)應(yīng)用發(fā)電設(shè)備的時(shí)候，可以說是逐漸用環(huán)保技術(shù)替代傳統(tǒng)技術(shù)。

目前，國(guó)際上多數(shù)國(guó)家發(fā)展工業(yè)能源利用都已經(jīng)使用分布式能源系統(tǒng)，以保證國(guó)家工業(yè)能源利用率的提升。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)利用分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電總量已經(jīng)到達(dá)90GW，這么說來，利用分布式能源系統(tǒng)發(fā)電總量已經(jīng)占據(jù)整個(gè)國(guó)家總發(fā)電量的10%。所謂的分布式能源系統(tǒng)就是一種將能源進(jìn)行分布應(yīng)用，與傳統(tǒng)的集中式能源系統(tǒng)大不相同。傳統(tǒng)的集中式能源系統(tǒng)對(duì)于設(shè)備容量要求比較高，利用大容量設(shè)備進(jìn)行集中生產(chǎn)，之后再通過各種不同的、專業(yè)的運(yùn)輸設(shè)備將生產(chǎn)的能源運(yùn)輸給用戶。而分布式系統(tǒng)則與集中式系統(tǒng)不同的是，分布式能源系統(tǒng)主要是明確各個(gè)用戶的不同要求，根據(jù)各自需求進(jìn)行能源的運(yùn)輸和供應(yīng)。由于分布式能源系統(tǒng)不僅僅局限于一種功能，可以多種功能同時(shí)應(yīng)用?？偠灾?，分布式能源系統(tǒng)就是一種中小型能源轉(zhuǎn)化利用系統(tǒng)。

一般來說，分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱中所謂的低溫余熱主要指的是200℃以內(nèi)的余熱氣、熱水、冷凝水、300℃以下的氣體等，這些物質(zhì)主要是在工業(yè)生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的。由于發(fā)展國(guó)家工業(yè)會(huì)需要大量的能源，這樣一來，排出的余熱也會(huì)非常多，如果不能保證余熱余能被良好地回收，那么對(duì)于能量浪費(fèi)力度太大。所以說，使用分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱回收技術(shù)非常必要。

2 分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱回收技術(shù)

2.1 低溫余熱回收原則

在明確什么是低溫余熱回收技術(shù)之前，首先應(yīng)該了解低溫余熱回收的原則。在進(jìn)行低溫余熱回收的時(shí)候，主要有兩種不同的方式：①同級(jí)利用方式，這種方式主要指明確用戶的用熱需求，同時(shí)明確低溫余熱的溫度，之后利用低溫余熱的溫度來滿足用戶對(duì)于高、中為熱源的需求，這樣一來，不僅僅能夠降低高、熱源供應(yīng)過程中存在過大的溫差而造成的損害程度，更關(guān)鍵的是在這樣的過程中節(jié)約了大量的能源，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的最終目的，而同級(jí)利用方式又可以說是目前社會(huì)上最樂觀、理想的節(jié)能方式。②升級(jí)利用方式，這種方式是通過使用一定的設(shè)備和裝置將低品位的低溫余熱轉(zhuǎn)換為品味較中等或者高等的電能甚至冷水能源，其中需要的設(shè)備主要有熱泵、制冷等，再之后通過一定的設(shè)備將轉(zhuǎn)化之后的能源運(yùn)輸給相應(yīng)用戶，以保證用戶的使用效率。在明確低溫余熱回收使用方式之后，最關(guān)鍵的就是要明確低溫余熱回收利用原則有哪些。原則一就是通過優(yōu)化工藝的方式來降低能源消耗的程度，最大程度地保證低溫余熱回收力度；原則二就是利用合理的低溫余熱回收方式來保證用戶的使用，當(dāng)然最初一定要保證工業(yè)生產(chǎn)的正常秩序，再之后通過明確利用哪一種低溫余熱回收方式最合適之后，計(jì)算成本的同時(shí)投入一定的設(shè)備裝置，最后優(yōu)先使用低溫余熱回收方式來保證工業(yè)生產(chǎn)。

2.2 低溫余熱回收技術(shù)

2.2.1 低溫余熱發(fā)電

通過上文的論述我們知道使用低溫余熱技術(shù)不僅僅局限于回收能量并重新利用，還能夠利用低溫余熱技術(shù)進(jìn)行發(fā)電。更重要的是利用低溫余熱技術(shù)進(jìn)行發(fā)電，使得節(jié)能效率相當(dāng)高。在使用低溫余熱發(fā)電的時(shí)候，主要的方式就是利用一定的設(shè)備裝置將回收的余熱對(duì)水進(jìn)行加熱，使得水溫能夠達(dá)到極高直至變成高溫蒸汽，之后通過蒸汽的推動(dòng)作用，使得透平做工，這樣一來就能夠使發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)低溫余熱發(fā)電。這項(xiàng)低溫余熱發(fā)電技術(shù)可以說是目前使用低溫余熱技術(shù)回收能源中最高效的一種技術(shù)。目前，要想保證使用低溫余熱發(fā)熱技術(shù)的效率，最關(guān)鍵的就是應(yīng)用正確的發(fā)電機(jī)，現(xiàn)代化技術(shù)是提升電力事業(yè)最關(guān)鍵的因素，使用的發(fā)電機(jī)主要是汽輪機(jī)與螺桿膨脹機(jī)，而應(yīng)用的能量轉(zhuǎn)換方式主要是朗肯循環(huán)以及卡林納循環(huán)?？偠灾?，利用分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱技術(shù)進(jìn)行發(fā)電需要的科技技術(shù)非常高，但是使用的設(shè)備要求也是同樣高，這樣一來就對(duì)于工業(yè)的生產(chǎn)要求不斷提升，但是保證設(shè)備到位就會(huì)相應(yīng)提高成本。雖然說利用低溫余熱發(fā)電技術(shù)能夠節(jié)約不少能源，但是設(shè)備成本太高對(duì)于企業(yè)發(fā)展來說還是不平衡的，所以說，為了保證工業(yè)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，提高發(fā)電效率的同時(shí)還應(yīng)該重視對(duì)設(shè)備簡(jiǎn)單化的研究，只有這樣，才能夠廣泛普及分布式能源系統(tǒng)低溫余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。

2.2.2 低溫余熱制冷

上文說到利用升級(jí)利用方式能夠?qū)厥盏哪茉催M(jìn)行一定的轉(zhuǎn)化，以保證滿足更多人的需求。低溫余熱技術(shù)進(jìn)行制冷就是其中的一種體現(xiàn)。這種方式主要遵循是的逆卡諾循環(huán)能量轉(zhuǎn)換原理，一般來說，這種方式可以轉(zhuǎn)化利用低溫余熱回收技術(shù)回收到的各種能源，但是考慮到轉(zhuǎn)化能源的效率，這種制冷方式主要被應(yīng)用于夏季高溫作業(yè)過程中所需要的低溫余熱回收。為了更好地保證制冷技術(shù)的良好應(yīng)用，目前研制的方式有兩種，主要包括氨水與溴化鋰。其中所說的氨水并不是單指氨水，而是指氨氣和水，利用氨氣是將其作為制冷劑，而氨水中的水分作為吸收劑存在，這樣一來，就能夠利用氨水保證周圍的熱量被大量吸收，以達(dá)到快速降溫的效果，這樣一來，就有了明顯的制冷效果。這種方式僅僅需要200℃的溫度就可以實(shí)現(xiàn)制冷，也就是說這種方式對(duì)于熱量的要求比較低。但是這種方式的熱力系數(shù)不太高，這樣就會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用效率不佳，從而沒有得到一定的普及。而利用溴化鋰是由于溴化鋰具有很強(qiáng)的吸水性，將溴化鋰作為制冷劑能夠營(yíng)造出很強(qiáng)的低壓環(huán)境，這樣就可以保證水蒸發(fā)具有一定的條件。這種方式熱力系數(shù)比較高，應(yīng)用比較廣泛。要想保證低溫余熱制冷技術(shù)的廣泛應(yīng)用，最關(guān)鍵的就是提升該技術(shù)的應(yīng)用效率和安全性，還有就是提升技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性。

2.2.3 熱 泵

一般來說，工業(yè)生產(chǎn)中總會(huì)產(chǎn)生不少的廢棄物，不光是污染環(huán)境的實(shí)物，還有那些溫度較高的廢棄物，比如說廢水和廢氣等。正因?yàn)檫@些高溫度的廢棄物擁有比較大量的熱量，所以才能夠利用熱泵技術(shù)。低溫余熱回收技術(shù)中被融入熱泵技術(shù)能夠?qū)⑾牟糠指哔|(zhì)能作為回收補(bǔ)償，如果可使用制冷機(jī)的熱力循環(huán)系統(tǒng)將低溫余熱熱量輸送到高溫?zé)崦?，這樣一來，就能夠保證建筑行業(yè)對(duì)于采暖和干燥制熱的需要。目前使用的熱泵機(jī)組供熱系數(shù)常被控制在3～5范圍內(nèi)，一旦消耗1kW電能的時(shí)候可以獲得3～5kW熱量。因此，熱泵技術(shù)可以說是一種低溫余熱回收方式中效率十分高的方式，未來的應(yīng)用前景將會(huì)非常廣闊。

3 結(jié)束語

通過全文的詳細(xì)論述，我們可以十分清楚地看出使用分布式能源系統(tǒng)與其低溫余熱回收技術(shù)能夠保證我國(guó)的能源利用更加合理化和節(jié)約化。正是因?yàn)槿绱?，?yīng)用分布式能源系統(tǒng)和低溫余熱回收技術(shù)得到了政府相關(guān)部門的大力支持，利用有效科學(xué)的技術(shù)，提升一個(gè)國(guó)家的能源利用效率就是保證這個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。由于人們以及社會(huì)的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)，這項(xiàng)技術(shù)才能順利在我們國(guó)家能源控制部門使用。隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱技術(shù)不僅僅局限于回收余熱，還有更多其他種類的應(yīng)用技術(shù)能夠有效提升能源利用率，比如可以利用該技術(shù)發(fā)電、低溫余熱制冷以及熱泵等。利用分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱技術(shù)可以很好地提升環(huán)境污染程度，間接提升能源利用率，最終實(shí)現(xiàn)能源的充分利用?？偠灾?，要想保證國(guó)家能源利用事業(yè)蒸蒸日上，最關(guān)鍵的就是使用最正確的方式，而使用分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱技術(shù)就是保證能源合理科學(xué)利用的最佳方式，相關(guān)部門一定要重視該方式的研發(fā)和利用，只有這樣才能保證國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的提升。

［1］彭漢明，楊敏林，蔣潤(rùn)花.分布式能源系統(tǒng)中低溫余熱回收技術(shù)［J］.節(jié)能，2011（03）：4～8+2.

［2］蔣潤(rùn)花，楊曉西，楊敏林.內(nèi)燃機(jī)缸套水低溫余熱驅(qū)動(dòng)除濕機(jī)組實(shí)驗(yàn)研究［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，2014（12）：2338～2342.

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2095-2066（2016）29-0068-02

2016-9-19