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工业低温循环水余热回收技术的开发与应用

工业低温循环水余热回收技术的开发与应用原标题:工业低温循环水余热回收技术的开发与应用

导读:

工业低温循环水余热回收技术的开发与应用核心提示:关于工业低温循环水余热回收技术的开发与应用的最新消息:摘 要:钢铁企业低温循环水余热资源丰富,但利用率低,而热泵技术在这方面...

工业低温循环水余热回收技术的开发与应用 核心提示:关于工业低温循环水余热回收技术的开发与应用的最新消息:摘 要:钢铁企业低温循环水余热资源丰富,但利用率低,而热泵技术在这方面具有很大潜力。本文介绍了高效热泵技术的特点及回收循环水余热的亮点,阐述了寒冷地区采用高效热泵技术回收工业循环水?

文摘:钢铁企业低温循环水余热资源丰富,但利用率低,热泵技术在这方面有很大潜力。介绍了高效热泵技术的特点和循环水余热回收的重点,阐述了工业循环水余热回收在寒冷地区供暖中的应用及效果,具有行业领先的积极作用,具有巨大的经济和环境效益。

关键词:循环水余热,高效热泵技术,节能

1前言

2017年,中国钢铁行业余热资源总量为8.44千兆焦耳/吨钢,占吨钢可比能耗的37%。钢铁工业冷却水携带的显热为1.24千兆焦耳/吨钢,占余热资源总量的15%。目前,大多数企业采用开式循环冷却水系统进行冷却,水温约为15-35℃,循环水的余热回收率很低,只有1.9%左右,大量低温余热被浪费掉;在中国北方的冬季供暖中,通常使用蒸汽或蒸汽热水,这导致蒸汽压力的浪费和热量的损失。目前,高效热泵循环水余热回收技术在冶金企业冬季供暖中很少使用。该技术不仅可以大大提高一次能源的利用效率,而且具有污染物零排放的特点。因此,开发和应用高效热泵节能技术对北方冬季供暖和中低温工业余热利用都具有重要意义。

热泵技术的分类及应用

2.1热泵技术的分类

热泵技术基于逆卡诺循环原理。根据驱动力的不同,热泵可以分为压缩式热泵和吸收式热泵。压缩式热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀组成,能够不断蒸发工作介质(吸收热量);压缩mdash。冷凝(放热)mdash节流mdash。再蒸发的热循环过程将低温热源的热量传递给热用户。吸收式热泵主要由再生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液换热器等组成。它是利用两种不同沸点物质组成的溶液的气液平衡特性来工作的。

根据热泵的热源介质,可分为空空气源热泵和水源热泵等。:空空气源热泵使用空气体作为热源,因为空气体对热泵系统中的换热设备没有腐蚀,所以理论上可以在任何地区使用(在寒冷地区,可以在回水管中增加辅助加热器等)。)水源热泵采用热水作为热源,由于水源热泵的热源温度一般为15 ~ 35℃,全年基本稳定,其制热制冷系数可达3.5 ~ 4.5,比传统空空气源热泵高30%左右[2]。

2.2热泵技术的应用

近年来,水源热泵技术在我国发展迅速,市场日益活跃。低温循环水余热的低品位热源可被水源热泵机组利用,大型高效热泵机组技术已成为关键,前景广阔。本文主要分析了大型高效离心水源热泵技术在循环水余热回收中的应用。

3循环水与热泵技术结合的亮点

目前,热泵在城市现实生活中的应用大多是地下水等低位热能,换热后的供热水温度约为50℃,这使得寒冷地区的供热难以保证。它需要与低温热源相结合,以满足寒冷地区加热热水温度的要求[3]。循环水结合热泵供热技术的亮点。

3.1消除热泵技术的局限性

热泵不需要吸收地下水,避免了地下水资源和含沙量的影响。同时,它不需要为管道和热泵的安装建造深竖井,从而节省了初始投资。由于循环水的优良品质和连续性,闭路循环运行稳定。

由于循环水清洁无腐蚀问题,不易造成传热效果恶化;如果热泵需要清洗,那就更容易了。

3.2解决循环水站运行中存在的问题

通过利用循环水中的废热,循环水站的蒸发能力(即,排放到大气中的热量)降低,并且温室效应降低。

循环水入口温度降低,循环水温度不经冷却塔或冷却器冷却直接送至循环水系统,节约了循环水泵的电能。

3.3克服原有蒸汽加热系统的热量损失

原供热系统蒸汽管网长,保温效果不好;同时,旧的蒸汽-热水换热器,如管壳式换热器和板式换热器,老化且效率低,导致旧系统热损失率大。热泵技术完全克服了旧供暖系统的热损失。

4高效热泵的技术特点

热泵单元的性能可以通过改善加热系统的每个部件的性能以及通过改善系统周期来改善。COP指供热性能指标(性能系数的缩写),即供热能力与输入功率的比值。也就是说,如何利用低输入功率产生高热容量是提高COP性能指标的关键。目前,热泵的制热性能指标COP一般为3.5-4.5,采用高效热泵并优化运行参数,COP性能指标可提高30%以上。

4.1高效离心两级压缩补气焓热泵技术

带省煤器的两级压缩循环可以大大提高供热能力,但能耗增加不大,系统性能明显提高,节能效果显著。节能器前带节流的准两级压缩循环系统的流程图和焓图如图1所示。压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器放热,然后进入省煤器闪蒸,产生的中压蒸汽进入中间供气孔,剩余的工质经过节流减压后进入蒸发器,在蒸发器中吸热气化,被压缩机吸气口吸入,压缩到一定压力,与中间供气口吸入的制冷剂混合,进一步压缩后从压缩机排出,完成一个循环[4]。

两级压缩供气循环是最佳选择,制冷时系统循环效率可提高5%;加热时,循环效率可提高约8%,能效更高,更稳定,如图2所示。

图1两级压缩空气供应焓增加系统图2系统循环P-h

4.2压缩机全工况气动设计技术

传统的压缩机设计方法是根据额定工况点设计的,而高效离心式热泵是针对75%工况点设计的,然后扩展到50%和100%工况点。压缩机还设计了一种新型的三维全长叶片闭式叶轮和360度低稠度叶片扩压器;环形供气口等气动部件。在正常工作范围内,压缩机的绝热效率可达85%以上[5]。

4.3降低传热温差的技术

传热温差是导致实际热泵循环偏离理想逆卡诺循环的最大温差;一个重要因素。从公式(17)o可以看出,传热温差越大,不可逆损失越大,与理想循环的偏差越大:En = int12dQ (T1-T2)/ (T1T2)次;当对数平均温差降低1℃时,换热器的不可逆性降低0.01升..因此,有必要选择合适的传热温差,使蒸发温度不能过低,冷凝温度不能过高,从而提高系统性能指标[4]。

高效热泵技术在供热中回收工业循环水低温余热的应用

以钢铁厂区供热为例,应用高效离心热泵技术,利用钢铁企业低温余热循环水资源,替代原有的蒸汽供热;同时,热泵运行参数在供热系统运行中得到优化,能效指标COP指数提高到5.5以上。

5.1热泵技术回收循环水系统余热

轧机中的循环水通过切换阀进入热泵系统,循环水中的热量由热泵的蒸发器提取并输送到冷凝器,在冷凝器中热量传递到供热管网系统,实现了循环水系统与高效热泵技术相结合的供热模式。产生的采暖热水由热水泵通过厂区热水管网输送给所有采暖用户,如图3所示。

5.2优化热泵系统的运行

5.2.1优化热水和热泵的温差,提高COP性能指标

在离心式热泵机组运行过程中,热水循环流量是固定的,通过热水的温差来调节机组的供热能力。通过对热泵热水温差的优化控制,提高了热泵的性能指标。根据实际需求Qs和热水流量m,计算供水和回水的温差。计算公式:Qs =时间。ctimes(t1-t2)=时间;ctimes△t,其中c比热KJ/Kg℃,△t为供回水温差,该温差为热泵机组运行的最佳温差5-7℃。随着出口热水温差的增加,COP性能指标下降(见图4)。

5.2.2优化热泵热水出口温度,提高COP性能指标

降低供应和排放的热水温度。现有的热泵机组是一个两级压缩系统。加热开始和结束时,系统供应的热水温度控制在40-45℃,因此所需的热负荷减少。出水温度参数得到优化控制,热泵两级压缩优化控制为一级压缩,降低了热泵系统的功耗,满足了现场热负荷需求,提高了热泵性能指标COP(见图5)。

图4热水温差性能曲线图5热水出口温度性能曲线

5 . 2 . 3 COP绩效指标的实际运行分析

COP= Qs/P Qs热负荷P系统功耗(根据表测得),以下数据为4个月采暖期平均值。Qs =时间。ctimes(t1- t2),其中m为热水供应和输出,c为比热KJ/Kg℃,t1和t2为供水和回水温度。系统功率p是热泵系统的总功耗,Qs= m次根据表进行测量;ctimes(t1-T2)= 31974.3 mj p = 5778 mj COP = QS/p = 5.53通过上述优化操作,COP性能指标比传统指标4.0提高了38.25%以上。

6运营效果及效益分析

6.1运行效果和经济效益

项目实施后,全部供热由热泵系统提供,供热温度达到55℃的设计要求,原蒸汽完全停止,实现了替代蒸汽供热的目标,减少了循环水的蒸发和二氧化碳、氮氧化物的排放,具有显著的经济效益和环境效益。

节约蒸汽62.25吨/小时,计算4个月的采暖期(2880小时),每年节约蒸汽523497.6吉焦,按45元/GJ计算蒸汽价格,每年节约蒸汽2355.7万元。热泵供热系统每年耗电462万千瓦时,资金249.5万元。扣除241万元的年度维护费用和折旧费用后,每年可节约资金1865万元。项目投资回收期为1.2年。

6.2节能效益和环保效益

项目年标准蒸汽量为523497.6GJ,折算年节能量为17862吨标准煤。

据计算,燃烧一吨标准煤排放约2.6吨二氧化碳、约24公斤二氧化硫和约7公斤氮氧化物,每年可减少46,441吨二氧化碳、约430吨二氧化硫和126吨氮氧化物,大大改善了周围的生活环境。

7结论

回收循环水余热的高效热泵可以实现北方供暖模式下的能量梯级利用,节能效果显著,同时可以减少循环水的蒸发损失和对环境的热污染,具有良好的热工性能和社会效益。优化热泵运行参数,使热泵COP性能指标达到5.5以上,处于国内领先水平,对同行业低温余热回收技术具有推广价值。

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