开发利用工业余热于溴化锂吸收式制冷22

开 发 利 用 工 业 余 热 于 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 王 中 铮 郑 实 吕 静 （ 天 津 大 学 ） 一 能 源 利 用 问 题 能 源 是 发 展 国 民 经 济 和 提 高 人 民 生 活 水 平 的 重 要 物 质 基 础 。 我 国 是 世 界 上 最 大 的 发 展 国 家 ， 我 国 的 煤 炭 产 量 居 世 界 前 列 ， 发 电 设 备 总 容 量 为 世 界 第 四 ， 但 人 口 平 均 的 能 源 占 有 量 仅 及 发 达 国 家 的 1 20。 此 外 ， 能 源 利 用 率 低 ， 一 次 能 源 利 用 率 为 30 仅 为 日 本 的 1 2， 比 世 界 平 均 水 平 还 要 低 3 个 百 分 点 。 目 前 制 约 我 国 经 济 发 展 的 两 个 方 面 就 是 能 源 与 交 通 。 在 这 种 情 况 下 ， 节 能 已 成 为 解 决 能 源 问 题 的 一 个 公 认 的 重 要 途 径 。 节 能 被 比 作 开 发 “第 五 大 能 源 ” ， 与 煤 炭 、 石 油 及 天 然 气 、 水 力 和 核 能 相 提 并 论 ， 这 是 毫 不 夸 张 的 。 我 国 的 能 源 政 策 是 ： 开 发 与 节 约 并 重 ， 近 期 要 求 节 约 放 在 首 位 。 所 以 ， 我 们 一 定 要 重 要 、 强 化 节 能 。 在 能 源 消 耗 中 ， 工 业 能 耗 在 发 达 国 家 占 40 左 右 ， 而 我 国 达 到 68 5 （ 1990 年 统 计 ） ， 即 我 国 2 3 的 能 源 消 耗 于 工 业 上 。 这 就 意 味 着 我 们 要 把 提 高 能 源 利 用 率 的 重 点 放 在 工 业 上 ， 回 收 利 用 工 业 余 热 是 达 到 这 一 要 求 的 重 要 措 施 。 工 业 余 热 资 源 分 布 在 各 工 业 行 业 ， 更 为 集 中 的 是 在 钢 铁 、 有 色 金 属 、 化 工 、 建 材 、 石 化 、 轻 纺 与 机 械 等 七 个 工 业 部 门 的 企 业 中 。 经 过 多 年 的 努 力 ， 不 论 对 于 固 态 载 体 、 液 态 载 体 或 气 态 载 体 余 热 资 源 ， 都 有 了 一 定 程 度 的 回 收 利 用 。 其 利 用 方 式 大 体 上 有 预 热 助 燃 空 气 、 流 体 物 料 及 流 体 燃 料 ， 采 暖 与 供 用 热 水 ， 物 料 烘 干 ， 促 进 化 学 反 应 ， 发 电 等 。 近 年 来 ， 由 于 生 产 工 艺 过 程 的 要 求 ， 科 学 技 术 的 发 展 ， 对 产 品 质 量 要 求 的 提 高 及 日 益 迫 切 的 改 善 劳 动 条 件 的 要 求 ， 同 时 ， 由 于 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 组 性 能 的 改 善 和 可 靠 性 与 寿 命 的 显 著 提 高 ， 某 些 工 业 企 业 已 开 始 用 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 交 为 车 间 的 空 调 通 风 或 工 艺 过 程 提 供 冷 量 ， 收 到 了 良 好 的 经 济 效 益 与 社 会 效 益 。 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 组 具 有 一 系 列 优 点 ， 诸 如 冷 量 调 节 范 围 宽 ， 可 在 10 100 范 围 内 变 动 ， 而 性 能 指 标 保 持 平 稳 ， 耗 电 量 小 ， 水 为 制 冷 剂 ， 对 臭 氧 层 无 破 坏 作 用 ， 有 利 于 环 保 ， 易 于 维 修 ， 噪 音 小 等 。 特 别 要 提 及 的 是 它 可 以 利 用 品 位 的 热 能 ， 85 以 上 的 热 源 就 可 以 利 用 ， 为 工 业 余 热 资 源 的 利 用 创 造 了 有 利 条 件 。 随 着 生 产 的 发 展 和 人 民 生 活 水 平 的 提 高 ， 以 及 提 高 能 源 利 用 率 问 题 的 日 益 突 出 , 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 将 成 为 工 业 余 热 资 源 利 用 的 一 个 重 要 方 面 。 二 、 工 业 余 热 资 源 可 利 用 状 况 工 业 余 热 资 源 的 量 很 大 ， 分 布 面 很 广 ， 温 度 范 围 也 很 宽 。 由 于 行 业 的 不 同 ， 余 热 资 源 的 载 体 及 其 利 用 程 度 也 不 同 。 对 于 固 态 载 体 余 热 资 源 ， 主 要 集 中 在 冶 金 及 建 材 工 业 ， 一 般 回 收 利 用 比 较 困 难 。 液 态 载 体 余 热 资 源 大 量 存 在 于 化 学 工 业 和 石 化 工 业 ， 多 属 中 低 温 余 热 ， 利 用 得 比 较 好 ， 但 还 要 有 大 量 的 120 左 右 温 度 水 平 的 余 热 有 待 开 发 利 用 。 气 态 载 体 余 热 资 源 占 余 热 资 源 总 量 的 50 以 上 ， 是 最 大 的 一 类 资 源 ， 广 泛 地 分 布 于 各 行 业 中 ， 利 用 程 度 因 行 业 ， 余 热 量 和 温 度 水 平 而 异 。 根 据 文 献 1， 按 1990 年 统 计 数 字 ， 工 业 余 热 情 况 列 于 表 1。 表 1、 1990 年 工 业 余 热 资 源 回 收 统 计 钢 铁 有 色 金 属 化 工 建 材 石 化 轻 纺 机 械 总 计 余 热 资 源 率 % 11.2 7.7 11.2 4.2 13 4.0 5.3 7.8 余 热 资 源 回 收 率 % 20.7 32.1 32.0 56.7 64.3 23.4 3.2 33.5 由 表 1 可 见 ， 我 国 工 业 余 热 资 源 回 收 率 仅 33 5 ， 即 2 3 的 余 热 资 源 是 尚 未 被 利 用 。 由 于 余 热 资 源 的 载 热 体 ， 温 度 水 平 、 余 热 量 等 不 同 ， 并 不 是 所 有 的 余 热 资 源 都 适 合 用 于 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 。 应 该 根 据 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 组 的 热 源 要 求 等 ， 并 给 合 余 热 资 源 等 情 况 进 行 具 体 分 折 。 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 其 工 作 过 程 有 单 效 、 双 效 及 两 级 吸 收 型 ； 按 热 源 不 同 有 蒸 汽 型 、 热 水 型 及 直 燃 型 。 除 直 燃 型 外 ， 蒸 汽 型 及 热 水 型 均 可 直 接 或 间 接 地 利 用 工 业 余 热 资 源 ， 其 情 况 为 表 2 所 示 ， 表 2 蒸 汽 型 及 热 水 型 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 组 特 性 热 源 热 源 参 数 工 作 方 式 热 力 系 数 （ 饱 和 ） 蒸 汽 （ 饱 和 ） 蒸 汽 热 水 热 水 热 水 03 0 15MPA 表 25 0 8MPA 表 85 150 150 以 上 70 80 单 效 双 效 单 效 双 效 两 级 65 0 70 1 1 2 0 65 0 70 1 1 1 2 0 3 0 4 根 据 表 2 所 列 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 组 对 热 源 及 其 参 数 的 要 求 ， 结 合 文 献 1 所 述 的 工 业 余 热 资 源 及 其 利 用 情 况 ， 提 出 尚 可 供 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 用 的 工 业 余 热 状 况 表 3。 表 3 宜 用 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 的 工 业 余 热 状 况 部 门 余 热 资 源 石 化 轻 纺 机 械 高 温 烟 气 或 余 热 锅 炉 ， 后 ， 200 400 中 低 温 烟 气 炉 渣 70 160 低 温 余 热 回 转 窑 余 热 发 电 及 发 电 后 250 排 烟 ， 半 干 法 水 泥 回 转 窑 加 热 机 200 350 排 烟 ， 新 型 干 窑 预 热 的 350 450 排 烟 ， 普 通 立 窑 的 300 排 烟 ， 平 板 玻 璃 行 业 炉 窑 蓄 热 室 450 550 排 烟 。 100 200 低 温 余 热 ， 加 热 炉 的 200 350 的 排 烟 玻 璃 ， 焙 炉 ， 陶 瓷 的 倒 焰 窑 ， 隧 道 窑 等 200 650 的 中 低 温 烟 气 ， 印 染 业 热 定 型 机 的 120 150 的 排 气 燃 煤 炉 窑 气 三 、 应 用 于 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 的 方 案 根 据 余 热 载 体 形 式 、 热 源 温 度 及 行 业 的 不 同 ， 将 工 业 余 热 用 于 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 有 以 下 几 种 原 则 性 方 案 可 供 选 择 ， 1. 工 业 排 汽 （ 水 蒸 汽 ） 或 热 水 直 按 用 于 制 冷 。 当 余 热 蒸 汽 或 余 热 水 的 量 及 温 度 和 压 力 与 吸 收 式 制 冷 机 的 相 适 应 时 ， 可 直 接 将 其 输 送 到 蒸 汽 或 热 水 型 制 冷 机 组 发 生 器 ， 如 图 1 当 余 热 载 热 体 固 体 或 非 水 蒸 汽 或 水 的 流 体 时 ， 经 热 交 换 器 将 工 业 余 热 用 于 制 冷 机 制 冷 机 热 源 用 于 水 与 工 业 余 热 载 热 体 经 表 面 式 或 混 合 式 换 热 器 中 ， 换 热 后 送 入 热 水 型 制 冷 机 组 图 2. 经 喷 射 器 后 用 于 制 冷 ， 当 余 热 蒸 汽 或 热 水 流 是 一 或 温 度 ， 压 力 水 平 与 吸 收 式 机 组 不 匹 配 时 ， 可 利 用 喷 射 器 使 之 达 到 要 求 的 技 术 参 数 后 送 入 制 冷 机 组 。 如 余 热 载 热 流 体 为 非 为 水 或 水 蒸 汽 ， 则 还 要 先 通 过 换 热 器 换 热 图 中 为 虚 线 如 图 所 示 3. 余 热 锅 炉 一 背 压 机 组 再 发 电 制 冷 使 炉 窑 等 中 高 温 烟 气 进 入 余 热 锅 炉 ， 产 生 蒸 汽 ， 再 利 用 背 压 式 汽 轮 机 发 电 ， 背 压 杨 的 排 气 可 供 蒸 汽 性 吸 收 制 冷 机 或 工 业 及 生 活 用 热 ， 如 图 4 4. 5 余 热 锅 炉 一 抽 汽 式 机 组 发 电 再 制 冷 ,屿 方 案 4 不 同 的 是 汽 轮 机 为 抽 汽 式 ， 可 利 用 其 中 间 抽 汽 供 制 冷 或 供 热 ， 如 图 5 四 、 经 济 问 题 利 用 工 业 余 热 于 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 是 否 恰 当 应 从 以 下 几 方 面 考 虑 。 1. 从 能 源 利 用 考 虑 ， 将 原 被 遗 弃 的 工 业 余 热 应 用 于 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 ， 满 足 生 产 或 生 活 的 需 要 这 无 疑 是 提 高 能 源 利 用 率 的 一 个 有 利 措 施 ， 在 具 有 合 适 的 余 热 资 源 而 双 需 要 冷 量 适 合 溴 化 锂 吸 收 式 制 机 提 供 的 温 度 水 平 ， 的 企 业 ， 尤 其 是 在 不 同 季 节 交 替 需 供 暖 与 制 冷 负 荷 的 企 业 ， 应 优 先 考 虑 采 用 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 。 2. 工 业 余 热 的 合 理 利 用 是 个 复 杂 的 问 题 ， 在 一 个 企 业 里 ， 常 常 有 多 种 工 业 余 热 ， 并 且 其 温 度 压 力 ， 余 热 量 等 均 不 同 ， 因 此 应 用 方 工 也 会 有 多 种 ， 如 预 冷 却 ， 助 燃 ， 供 暖 等 等 ， 面 对 多 种 方 案 ， 应 通 过 对 整 个 企 业 的 总 能 系 统 的 分 折 来 确 定 如 何 合 理 地 利 用 能 源 以 及 用 何 种 余 热 实 现 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 。 3. 不 同 形 式 的 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 组 见 图 2 其 性 能 及 市 场 价 格 不 同 ， 在 选 用 时 ， 原 则 上 应 该 将 高 品 位 工 业 余 热 尽 量 用 于 双 效 机 组 ， 因 双 效 机 组 的 热 力 参 数 要 比 单 效 机 组 高 得 多 ， 虽 然 价 格 比 单 效 机 高 。 国 外 已 研 制 三 效 ， 多 效 的 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 组 。 据 量 悉 最 高 是 近 国 内 已 有 厂 有 研 制 三 效 机 组 。 三 效 机 组 的 热 力 系 数 为 1 67 1 72 热 源 温 度 范 围 为 200 230 由 于 热 力 数 的 显 著 提 高 ， 所 以 如 果 热 源 合 适 ， 可 考 虑 选 用 三 效