低品位熱能利用探究

蔣加新 鄒辰軒

摘要：在當前石油化工等行業(yè)中，部分產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中可能會產(chǎn)生大量的低品位熱能，而且由于此類熱能的熱源品位較低，導致其再利用難度較大，目前我國許多企業(yè)會對低品位熱能進行冷卻處理，但是在處理過程中產(chǎn)生的能源消耗較大，而且會對環(huán)境產(chǎn)生熱污染。隨著綠色理念的深入滲透，而且能源成本的提高，低品位熱能如何利用，引發(fā)了社會的密切關(guān)注，在當前信息社會快速發(fā)展的影響下，應當積極探索先進技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的開發(fā)與利用，保證能夠?qū)Φ推肺粺崮苣軌虮贿M一步利用。

關(guān)鍵詞：低品位熱能;綜合利用;途徑

低品位熱能的形成會對自然環(huán)境造成一定的污染，而且低品位熱能的利用難度較大，就會造成一定的影響。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的進步，能源成本的升高，都推動著對新進技術(shù)設(shè)備的研究，目前可以對低品位熱能進行利用的方式多種多樣，企業(yè)可以結(jié)合自身的需求，選擇恰當合理的技術(shù)條件，從而保證低品位熱能能夠得到充分利用。例如企業(yè)可以選擇熱管技術(shù)、余熱制冷技術(shù)、乏汽增壓等等，從而有效降低能源的消耗，提高自身經(jīng)濟效益，也能夠為社會帶來更加良好的環(huán)境效益及社會效益。

一、直接使用

低品位熱能直接利用是其備案的首選。具體操作如：可以將低品位熱能直接用到為企業(yè)采暖或者生活熱水等多個方面。但是也要根據(jù)熱能的實際情況而定，一般情況下，在120℃以內(nèi)50℃以上的熱能都能夠被直接使用，而且熱能轉(zhuǎn)化效率100%。在直接使用過程中要選擇科學合理的設(shè)備，從而保證傳熱過程的正常進行，而板式換熱器在于低品位熱能使用中最為常見。

二、熱管技術(shù)應用

熱管技術(shù)就是將熱管作為傳熱元件，通過對熱傳導原理的應用來加強介質(zhì)的傳遞，物體在產(chǎn)生熱能后，可以通過熱管將熱量傳遞出去，而且其基本導熱能力超過其他。熱管技術(shù)的實用拓寬了低品位熱能的范圍，而且低品位熱能轉(zhuǎn)換更容易實現(xiàn)。尤其是對于煙道余熱來說，通過熱管技術(shù)能夠充分發(fā)揮其熱能的作用。一般情況下可以根據(jù)熱管管內(nèi)的實際溫度區(qū)域進行劃分，通常包括低溫熱管，常溫熱管，中溫熱管以及高溫熱管。熱管技術(shù)應用下的熱能轉(zhuǎn)換，可以將各項熱量應用于其他行業(yè)，而且熱管技術(shù)的散熱能力較為常見，電子元器件通過熱管散熱技術(shù)的使用能夠降低自身體積，保證自身性能。

三、熱泵技術(shù)將低溫熱源轉(zhuǎn)為高溫熱源

如果想將低溫位熱能向高溫位熱能實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，那么就可以通過熱泵技術(shù)的應用，再加入少量的高品位熱源的方式來實現(xiàn)。其具體操作包括以下三種：

（一）利用水源式熱泵為低溫水增溫

水源式熱泵的工作原理就是通過將一瓶溫熱水作為輸入能源，然后再加入少量的高品位電能來推動壓縮機的使用，這樣可以使機組出水的溫度增加5～20℃左右。而低溫型水源熱泵的出水溫度，則可以達到45～60℃。高溫型的可以高達75～85℃。水銀式熱泵具有應用水源溫度范圍較廣的優(yōu)點，其進水溫度可以在15～60℃左右，而出水溫度則最低可以達到45℃，最高可以達到85℃。而實驗機組的工作效率較高，廣泛應用于空調(diào)制熱。

（二）第一類吸收式熱泵

第1類吸收式熱泵也就是增熱型熱泵，其工作原理是將高溫熱源作為主要驅(qū)動能源，從而產(chǎn)生大量的熱能。而高溫熱能能夠有效驅(qū)動低溫熱源向高溫熱源轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)提高熱能利用率的目標。而對于第1類吸收式熱泵而言，可以將其集中熱源溫度輸入?yún)^(qū)間設(shè)置在35～80℃之間，而且輸出的中溫熱水溫度能夠高達90℃。目前第1類吸收式熱泵更常見于熱電聯(lián)產(chǎn)項目中，日常生活中居民采暖熱水一般是由火力發(fā)電余熱而來。

（三）第二類吸收式熱泵

第2類吸收式熱泵，通過將中溫熱源產(chǎn)生的高溫熱能進行二次利用，然后驅(qū)動中低溫熱能制取熱量，從而將其熱能轉(zhuǎn)換為更高溫位，實現(xiàn)熱源的利用。而且由于中溫熱源和低溫熱源中存在一定的熱值差在制取熱量過程中，部分中溫熱源雖然溫度高于高溫熱源，但是其能量卻不能達到高溫熱源的指標。第2類吸收式熱泵常見于石油化工行業(yè)，當前熱泵技術(shù)較為成熟，而且在運行過程中應用成本較低，相關(guān)設(shè)備的維護也十分便捷。

四、吸收式冷水機用于空調(diào)或作工藝冷凍水

吸收式制冷機組與吸收式熱泵原理大致相同，其都是通過某項特殊物料的物理化學性質(zhì)，然后通過吸熱和放熱的過程，對物質(zhì)向另一個物質(zhì)轉(zhuǎn)換及釋放。吸收式制冷裝置一般有發(fā)生器，冷凝器，循環(huán)泵等等。常見的工作介質(zhì)包括溴化鋰冷水機組，以及吸收式氨冷水機組。

（一）溴化鋰吸收式冷水機組

溴化鋰吸收式冷水機組可以使用75～120℃的中溫熱源制作冷凍水。一般常見于中央空調(diào)的制冷系統(tǒng)或者工藝用水。為避免出現(xiàn)水結(jié)冰的情況，在使用溴化鋰吸收式冷水機組制冷時，只能制作5℃以上的冷凍水。但使用此項裝置時，需要保證機組處于真空條件下進行運行，如果一旦真空度不能符合標準，那么機組并不能有效運行，或者出現(xiàn)功能下降的情況。

（二）吸收式氨冷水機組

吸收式氨冷水機組與溴化鋰吸收式冷水機組不同的是，其能夠制作0～30℃內(nèi)的低溫冷水。如果制作過程中溫度越來越低，那么機組的效率也就會隨之降低所需的低品位熱能也就越來越高。如果在余熱十分富裕的環(huán)境下，可以使用壓縮機進行制冷。此項工藝更適用于氯化鈣鹽水或者乙二醇水溶液的制作。

五、閃蒸蒸汽

（一）用于工藝

在正常壓強下，如果工藝冷卻水的溫度在100℃以上，那么就可以利用冷卻水將其直接閃蒸蒸汽，從而為裝置所使用。如果工藝冷卻水的溫度升高，那么閃蒸蒸汽的壓力也就會增強，其品質(zhì)也最佳，在運輸過程中也更為便捷。一般情況下閃蒸蒸汽工藝水的溫度可以高達150℃。但是閃蒸蒸汽需要保證冷卻水的水質(zhì)處于較高狀態(tài)，而且不能夠含有腐蝕性物質(zhì)。

（二）用于發(fā)電

如果工藝冷卻水含量增大，那么其所在的熱能也就增多，那么在使用閃蒸蒸汽是就不易被消化，所以可以將其用于發(fā)電。其工作原理是將低位熱能向高位電能轉(zhuǎn)換。發(fā)電原理與火電發(fā)電原理大致相同，驅(qū)動汽輪機發(fā)電的方式也是有蒸汽膨脹而來。而發(fā)電使用的余熱溫度可以達到150℃，如果溫度越高，那么蒸汽的溫度也就會越高，產(chǎn)電量也就會越多。

六、離心壓縮機乏汽增壓

正常工藝情況下，一般塔器塔頂壓力控制在10-20KPA（G），氣量在幾千立方到幾十萬立方不等，含有大量的氣化潛熱，因溫度較低很難再次使用，只能采用循環(huán)水進行冷卻，造成資源和能源的浪費。隨著離心壓縮機制造能力的提高，采用壓縮機將塔頂?shù)蛪簹庀嗌龎褐?.5bar-5bar之間，如果是水蒸氣的話溫度可升至150℃以上，由此可將低品位熱能變成常規(guī)熱能使用，還能減少循環(huán)水的使用量。

結(jié)束語：

綜上所述，隨著機械制造業(yè)行業(yè)的進步，能源使用成本及社會行業(yè)需求都需要積極提高低品位熱能的利用效率，企業(yè)務必要深入研究相關(guān)技術(shù)并加以使用。通過對先進設(shè)備的應用，能夠進一步實現(xiàn)低品位熱能的轉(zhuǎn)換，從而提高能源的利用率。

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[3]墻新奇.低品位熱能利用與減緩氣候變暖[J].上海節(jié)能，2021（01）：104-107.

作者簡介：

蔣加新，出生年月：1987年8月，性別：男，民族：回，籍貫：山東聊城 學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：環(huán)保節(jié)能。

鄒辰軒，出生年月：1989年3月，性別：男，民族：漢，籍貫：山東聊城 學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：環(huán)保節(jié)能。