分布式能源系统中低温余热回收技术研究

【摘要】伴随着经济的发展与进步，我国能源供应的形势也变得越来越严峻。节约能源，减少能源消耗，践行可持续发展观显得更加重要。在技术发展的背景下，分布式能源系统在我国的应用也更加普及，更加深入，其中分布式能源系统中的低温余热回收技术成为了当前节能减排，绿色环保理念践行的重要途径。现文章主要针对分布式能源系统中的低温余热回收技术进行研究。

【关键词】分布式能源；低温余热；回收技术

在工业制造过程中各种类别的热能转换设备与装置会形成大量未被利用的余热余能。目前我国工业企业中余热余能资源占据了所有输入能源总额的7.5%，但是余热余能的资源回收率仅仅只有34.87%。可以看出，我国余热余能的回收价值潜力十分明显。对余热进行回收利用相等于开发另一种新能源，能够显著提升能源的利用效率，推动我国社会经济的可持续发展，帮助我国能源战略的实现。

1.分布式能源系统及低温余热

分布式能源系统是当前国际能源工业中十分重要的发展方向之一，其已经在发达国家获得了普及应用。据相关报告调查统计显示美国分布式能源系统的总发电量已经达到90GW，其分布式能源系统发电量已经占据了国内总发电量的10%左右。分布式能源系统则是相对于传统的集中式供能能源系统来说。传统集中式供能系统应用所采用的是大容量设备，通过集中生产再利用专业的输送装备来将能源输送给用户，而分布式能源则是直接面向用户，根据用户的不同需求来就地供应能源，其功能齐全，能够满足多元化目标下中小型能力转化利用系统[1]。而对于分布式能源中的低温余热这一概念，当前国内外均没有统一的标准进行界定，通常来说低温余热是指200℃以内的工艺生产过中所形成的余热气、热水、冷凝水、300℃以下的气体等等。

2.分布式能源系统中低温余热回收技术

2.1低温余热回收原则

低温余热回收的方式包括同级利用与升级利用两种主要类别。其中同级利用主要是指根据低温余热的温度，选择适当的用户来利用低温余热直接替代高、中位热源，从而避免高、中位热源所引起的温差，节约了能源，实现了绿色节能的目标，这就是低温余热利用中为理想的方式。升级利用是指利用热泵、制冷等能量转变方式将低品位的低温余热转变为中、高品位的电、冷水等其他能源再进行使用。低温余热回收利用原则主要包括以下几个：1）优化工艺减少能源消耗，最大程度减少低温余热；2）在保证原有生产工序正常进行的基础上，最先考虑低温余热回收利用的经济性与安全性，在明确低温余热回收方案后要对低温余热回收低成本进行计算，保证其合理性，同时还要兼顾回收利用所使用装备的投资费用[2]。

2.2低温余热回收技术

2.2.1低温余热发电

低温余热发电技术是一项十分高效的节约能源技术，其原理就是利用设备余热来对水体进行加热，然后使之成为高温蒸汽，驱动透平做功，从而带动发电机进行发电。该技术已经成为了低温余热回收技术中最为高效的回收技术。当前低温余热发电机主要包括汽轮机与螺杆膨胀机，动力转换方式包括朗肯循环以及卡林纳循环。总的来说，在分布式能源系统中运用低温余热发电技术虽然是切实可行的，但是由于其所需设备装置复杂，需要投入较大的成本，并且还会受到余热温度的限制，从而导致发电效率较低，因此在发展低温余热发电回收方面应该着重关注如何简化装置，降低成本投资，从而提升其竞争力。

2.2.2低温余热制冷

低温余热制冷所遵循是的逆卡诺循环能量转换，其更加适用于夏季高温作业过程中所需要的低温余热回收。目前低温余热制冷技术主要包括氨水与溴化锂[3]。其中氨水是氨气作为制冷剂，水作为吸收剂，通过液态氨汽化吸收周围的热量，温度快速下降的特点来完成制冷，其对热源的温度要求相对较低，仅仅只需要低于200℃即可，但是由于其热力系数不高，因此应用并不广泛。而使用溴化锂作为制冷剂能够利用其强力的吸水性，营造水蒸发的低压环境，从而制得5℃以上冷量，热力系数较高，应用较为普遍。低温余热制冷技术在分布式能源系统应用的过程中应该着重注意提升系统的使用效率、安全性与稳定性。

2.2.3热泵

在工业生产中有大量稍高于环境温度的废热，例如冷却废水、水汽等，虽然温度较低但是余热量，因此热泵技术通常都被应用与此类低温余热的回收中。热泵将消耗部分高质能作为回收补偿，利用制冷机的热力循环将低温余热热量输送到高温热媒，从而满足建筑采暖、干燥制热的需求。当前热泵机组的供热系数通常在3-5范围内，当消耗1kW电能的时候可以获得3-5kW热量。热泵是一种十分高效的低温余热回收方式，将其运用在分布式能源系统中拥有十分广阔的发展空间。

3.结束语

在政府与社会环保理念与意识越来越强的背景下，分布式能源系统与其低温余热回收技术已经引起了社会各界的关注。当前分布式能源系统中低温余热回收技术较为普及的包括发电、低温余热制冷以及热泵等，其不单单能够有效回收余热，还能够缓解对环境的污染程度，全面提高能源的利用率，从而最终实现充分利用能源的目标。

参考文献

[1]彭汉明，杨敏林，蒋润花.分布式能源系统中低温余热回收技术[J].节能，2011，（03）：4-8+2.

[2]Mahmut Sami Buker ， Saffa B. Riffat.Solar assisted heat pump systems for low temperature water heating applications： A systematic review[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2016， Vol.55

[3]蒋润花，杨晓西，杨敏林.内燃机缸套水低温余热驱动除湿机组实验研究[J].工程热物理学报，2014， （12）：2338-2342.

作者简介

杨键（1978年出生），男，土家族，湖北长阳人，高级工程师，工程硕士，任职于武汉都市环保工程技术股份有限公司，一直致力于能源环保领域的技术研究和应用推广工作。主要从事冶金行业全流程余热余能的高效利用研究，主要包括低热值富余煤气的高效利用技术、炼钢转炉饱和蒸汽发电技术、干熄焦等余热利用技术，同时也致力于城市生活垃圾焚烧发电技术、生物质发电技术、分布式能源站等节能减排技术的研究和应用。