液冷余热高效利用成新风口,余热行业还有哪些节能降碳技术?
在欧盟 28 国,据估计,工业部门总能源消耗的 70% 用于热过程(熔炉、反应器、锅炉和烘干机),其中高达三分之一的能源因损失而被浪费掉。这种热量的很大一部分可以回收利用,为提高能源效率和减少温室气体排放做出贡献目标。根据,最大量的废热是在食品和烟草、纸浆和造纸、基本金属、化学工业和非金属矿产。
余热利用是指在工业生产过程中,将产生的废热通过各种方式进行回收和利用,以达到节能减排的目的。
液冷余热高效利用迎风而起
在第31届中国国际信息通信展览会“算力创新发展高峰论坛”上,中国移动、中国电信、中国联通三家基础电信运营企业邀请液冷产业链的相关代表企业共同发布了《电信运营商液冷技术白皮书》(简称《白皮书》)。将液冷产业推向大众面前,引发液冷概念反复活跃。
据悉,温控是整个储能领域景气度很高的细分产业,而液冷技术又是温控中成长性更高的领域。液冷技术是利用冷却液高效散热方式,通过循环带走电池系统热量,实现电池包的最佳工作温度条件。液冷技术具有导热率高、散热更均匀、能耗较低、占地面积少等优势。此前,在第十三届中国国际储能大会上,业界专家就储能液冷技术展开讨论。
有专家提出,储能产业是当下热度最高的行业之一,液冷作为储能产品核心系统之一的热管理系统,机遇与挑战并存。
事实上,液冷技术除了在温控领域具有广阔的发展前景外,液冷数据中心冷却液的较高温度使得余热的高效利用成为可能。传统数据中心对于余热的利用效率不高,液冷数据中心可以提供更高温度的余热,充分利用这些余热实现供暖、提供生活热水等,有效的减少了供热设备的能耗,大大的降低了更多建筑或者整个园区的碳排放。液冷技术和余热利用充分的耦合,也将实现更广义的节能降碳。
余热的高效利用为供热领域提供了节能降碳的新思路,作为清洁供热龙头企业,联美控股(600167.SH)结合公司正在推进的热源超低排放工程、中水源热泵供暖、工业余热利用、智慧能源运营管控系统等,也正在抓紧构建一套涵盖源、网、荷多个节点,实现多能互补、需供互动的新型清洁智慧能源服务体系。
与此同时,在双碳背景下,联美控股(600167.sh)稳定的财务状况可以为公司寻找新的增长点提供充分保障,有利于公司未来加速布局多种可再生能源和氢能、储能等新能源领域。
5大余热高效利用技术
1、低温吸收式制热机组
(1)技术介绍
低温吸收式制热机组溴化锂驱动热源温度为35℃,其工作动力主要来源于工业废余热及一次供暖回水管网(50℃以下),我们定义为低温吸收式热泵制热机组。
这类吸收式制冷机组只需要用户利用工矿企业在生产过程中产生的必须排放的低温废热,即可实现溴化锂机组的运行和做功,形成用户需要的热。
经中国建筑科学研究院国家空调设备质量检验检测中心检测:热源水温度:40℃;使用侧出水温度49.5℃;转换效率:48%。
(2)制热工作原理
主体由蒸发器、吸收器组成的上筒体,冷凝器、发生器组成的下筒体,溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵、抽气系统等组成。制热机组工作时,主体处于真空状态。
发生器内溴化锂溶液受热浓缩为浓溶液,同时产生的冷媒蒸汽进入冷凝器,经冷却水冷却凝结成冷媒水,冷媒水被冷媒泵输送进入蒸发器,冷媒水在蒸发器内吸收传热管余热而蒸发,产生冷媒蒸汽进入吸收器;浓溶液经溶液泵输送,在热交换器吸收热量后进去吸收器,与来自发生器经换热器降温后的浓溶液吸收,浓溶液变稀溶液且温度升高,产生的吸收热被传热管的热水吸收。如此循环完成热水加热。
(3)产品优势
制热最低只需35℃热源水,即可制取45℃(最高可制取50℃)热水供应冬季供暖。热源水温度越高,设备能效越高,制取冷冻水温度越低。
现有其他厂家的吸收式制热机组,基本都是大温差机组,无法进行低温转换;我司生产的低温吸收式制热机组,热源水需求温度40℃,转换效率48%。
将企业(电厂、化工厂、焦化厂、一次网回水等)生产过程中产生的大量40℃左右的工业余热水有效的利用起来,降低企业现有的生产成本,同时增加企业效益。
(4)应用范围
低温吸收式制冷机组是一种以低温余废热或一次网回水作为热源,制取供暖水的节电型设备。它具有耗电少、噪声低、运行平稳、能量调节范围广、自动化程度高、安装、维护、操作简便等特点,在利用低势热能与余废热方面有显著的节能效果。
另外,它还有无环境污染、对大气臭氧层无破坏作用的独特优势。因而,制热机组被广泛应用于城市供暖等行业。
2、低温吸收式制冷机组
(1)技术介绍
低温吸收式制冷机组溴化锂驱动热源温度为65℃,其工作动力主要来源于工业废余热(70℃以下),我们定义为低温吸收式热泵制冷机组。
这类吸收式制冷机组只需要用户利用工矿企业在生产过程中产生的必须排放的低温废热,即可实现溴化锂机组的运行和做功,形成用户年生产开关个数需要的冷。
经中国建筑科学研究院国家空调设备质量检验检测中心检测:热源水温度:59.7℃;冷冻水出水温度6.4℃;转换效率:93%。
(2)制冷工作原理
主体由蒸发器、吸收器组成的下筒体,冷凝器、发生器组成的上筒体,溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵、抽气系统等组成。
制冷机工作时,主体处于真空状态。蒸发器内,低温冷剂水吸收来自用户的冷媒水的热量,使冷媒水温度降低;同时,冷剂水蒸发成冷剂蒸汽。吸收器内,溴化锂浓溶液吸收蒸发器内冷剂蒸汽后变成稀溶液。稀溶液在溶液泵的作用下,经过溶液热交换器的加热升温后,最后送至发生器内进行加热。发生器内,稀溶液通过高温热水的加热,成为高温浓溶液;同时产生大量的高温冷剂蒸汽。浓溶液经溶液热交换器与吸收器来的稀溶液换热后,进入吸收器。同时,产生的冷剂蒸汽进入冷凝器内被冷却,成为低温冷剂水。冷剂水经降压节流后进入蒸发器,这样就完成一个制冷循。
(3)产品优势
制冷最低只需65℃热源水,即可制取7-12℃(最低可制取2℃)冷冻水供应夏季制冷。热源水温度越高,设备能效越高,制取冷冻水温度越低。
现有其他厂家的吸收式制冷机组,热源水需求温度95-130℃,转换效率75%以内;我司生产的低温吸收式制冷机组,热源水需求温度60℃,转换效率93%。
(4)应用范围
低温吸收式制冷机组是一种以低温余废热作为热源,制取冷水的节电型设备。它具有耗电少、噪声低、运行平稳、能量调节范围广、自动化程度高、安装、维护、操作简便等特点,在利用低势热能与余废热方面有显著的节能效果。
另外,它还有无环境污染、对大气臭氧层无破坏作用的独特优势。因而,被广泛应用于纺织、化工、医药、冶金、石化等行业。
3、真空相变直热机组
(1)技术背景
行业现状:在造纸、盐化工、煤化工、冶金等工业生产过程中,往往产生大量高温废水或循环水,如造纸行业的黑液、绿液,盐化工及煤化工的蒸氨废液、冶金行业的冲渣水等,该类废水中的热量往往不仅没有有效利用,甚至需要利用冷却塔散掉而消耗一部分电能。
技术难点:以上生产过程中产生的中高温工业废水,含有大量的杂质及各类无机盐,在换热过程中易发生结晶、结垢、腐蚀、堵塞换热器等问题,导致余热回收系统无法稳定运行而瘫痪,如何高效稳定地利用这部分热量是需要攻克的难点。
(2)技术原理
中高温工业废水进入罐体设备后,在负压环境下发生闪蒸,闪蒸出清洁水蒸气,清洁水蒸汽在冷凝器中换热得到清洁水,清洁水可提供工业热水、生活热水、建筑物供热等用途。在整个换热过程当中,废水闪蒸罐内没有换热面,不会产生结晶、结垢、腐蚀、堵塞换热器等问题,闪蒸出来是清洁乏汽,在之后的冷凝放热过程中不会对受热面产生污染,有效稳定地利用了这部分热量。
(3)适用范围
该产品广泛应用于化工、冶金、纺织、造纸等行业生产过程中产生的50℃以上的工业废水及工艺循环冷却水余热回收,将其热能转移至清洁水中,提供工业、生活热水或为建筑物供热。
制热成本:3—10kW.h/GJ。
4、开放式吸收热泵技术
(1)技术原理
烟气脱白及余热回收系统流程如图所示。系统主要设备为低温能量转换器、高温能量转换器、沉淀处理系统、防腐换热器等,主要流程为:
1)烟气流程;来自原系统的烟气进入低温能量转换器,烟气中水蒸汽和可凝结性颗粒物被溶液吸收,脱除烟气中水分,释放出汽化潜热,达到消“白烟”、深度脱硫除尘与余热回收的效果;
2)驱动蒸汽:作为高温能量转换器的驱动热源,将稀溶液浓缩至浓溶液,高温烟气经过省煤器,再经过脱白及余热回收机组,烟气变为干烟气从烟囱排放至大气;
3)工艺水流程:40℃的工艺水与溶液换热升温至85℃;
4)溶液循环流程:在低温能量转换器中的浓溶液吸收烟气中水分变稀溶液,经过泵入高温能量转换器,利用低压蒸汽对稀溶液进行加热浓缩,变为浓溶液,泵入低温能量转换器继续处理烟气。
5)沉淀处理流程:在低温能量转换器中吸收烟气中的SO2以及烟尘的溶液,经过旋流及真空处理,实现固液分离,较为干净的溶液重新泵入低温能量转换器。
(2)技术优势
本次技术改造采用烟羽脱白及余热回收工艺路线,具有以下比较优势:
1)区别于传统烟羽消白通过对烟气冷却降温,降低烟气露点,回收烟气中汽化潜热的方式,本系统使用的工质溶液具有很强的吸水性,在不对烟气进行降温处理的情况下,通过吸收吸附的方式,将烟气的水分下降30~70%(吸收烟气中水蒸气),同时保证排烟温度在65℃以上,提高了烟气抬升高度及扩散半径,实现了烟羽消白,延长了烟囱防腐周期,减少企业后期的维护成本。
2)烟羽脱白及余热回收一体化技术装置通过烟气和循环工质直接热质交换,减少了换热环节,提高了运行的稳定性;降低气液换热端差,提高了传热传质效率,也在一定程度上减少了换热设备的投资。
3)本技术颠覆了传统的环保脱白方式,与传统烟羽消白装置单纯投入没有产出的特点相比,本系统运用开放式热泵原理,通过蒸汽等高品位能量的驱动下,可满足生产90℃以上的热水,既保证了烟羽消白的环保效果,同时通过余热回收带来经济效益。
5、常温膜除氧技术
(1)产品介绍
中空纤维膜接触器除氧技术是一项颠覆性的气液分离技术,其特点是可以把水中溶解氧脱除得特别低(<1ppb),而且特别节能(能耗只有热力除氧的 4%)。
中空纤维膜除氧器在除盐水站常温下将锅炉补给水溶解氧脱除 到<7ppb 的要求(制备“无氧除盐水”),总运行成本只有热力除氧器的 10%,本身就非常节能。同时,炼油石化等大型化工过程有大量低温余热(<120℃),通过空冷或者循环水冷却排放到大气中。常温“无氧除盐水”可以吸收这些低温余热,回收进热力除氧器。因此热力除氧器的加热蒸汽量可以大幅度减少,极端情况下不需要加热蒸汽,节约的蒸汽占锅炉蒸发量的 10%,达到大量节能减碳的目的。
(2)技术原理
膜除氧器是一种气液分离技术,利用膜建立稳定的气液界面,根据亨利定律和道尔顿分压定律,改变气相总(分)压,使水中溶解氧溢出,达到水中氧脱除的目的。其原理与工业用真空(塔)法相同,但是膜(头发丝一样细的中空纤维比表面积大)提供了比真空(塔)法高百倍的气液交换面积,公式Q=K*A*ΔP,由于A值巨大,因此效率和效果比真空(塔)法高多倍。膜除氧器分离水中的氧利用的是气液相的(分)压力差,推动力低,节约能源,不用药剂,无污染,稳定精确,可以做到1ppb以下的极限氧脱除。
(3)技术优势
膜除氧器通过完全物理脱气原理,组合真空及解析除氧的优点,通过高疏水性的中空纤维膜实现气液极限分离,与传统除氧方法相比较,具有以下突出优点:
1.常温运行,无需消耗蒸汽,大大节约能源;
2.纯物理方法,不增加水中盐份,无二次污染问题;
3.设备体积小,重量轻,可任意位置布置,大大节约基建投资
4.运行费用超低,除消耗少量吹扫气及电能外,不再消耗其它任何物质;
5.可除水中的氧气及二氧化碳;
6.全自动控制,适宜长期运行,对负荷大的变化不敏感;
7.使用寿命长,膜接触器至少5年以上的疏水性能;
8.低位布置,无水泵汽蚀问题,大大延长水泵寿命和降低水泵电耗;
9.通过并列模块,可简单实现容量扩增;
10.通过串联模块,可简单实现水中溶氧极限脱除;
11.可实现洁净燃料锅炉低温余热的充分利用,甚至排烟冷凝
12.适用于各种高、中、低压锅炉。
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