作者: 贡晓丽 来源:中国科学报 发布时间:2018/5/3 9:39:12
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低品位工业余热待“发热”

 低品位工业余热是今后回收利用的一个重点。

工业企业在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源,利用余热回收技术可用于建筑供热、提供生活热水。但是,目前囿于技术限制,大量低品位工业余热未能回收利用。

■本报记者 贡晓丽

“作为一个工业大国,中国在工业领域的能源消耗占总能耗的60%,但工业领域的余热利用效率还是偏低,初步统计不足50%。”清华大学建筑学院副教授夏建军在近日举办的以低品位工业余热利用为主题的研讨会上表示,五类高能耗企业——炼钢、黑色金属、有色金属冶炼、水泥、煤窑,都存在大量的余热排放,余热利用的潜力非常大。

工业企业在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源,利用余热回收技术可以将其回收用于建筑供热、提供生活热水。但是,目前囿于技术限制,大量低品位工业余热未能回收利用。

“粗放经济条件下,低品位余热往往被浪费掉了,随着技术的进步和发展观念的不同,低品位工业余热是今后我们要回收利用的一个重点。”大连冷冻机股份有限公司总经理丁杰说。

余热利用好处多

工业余热按品位分为高品位、中品位、低品位,其中中高品位的余热大多通过余热发电项目得到回收利用,其余的废热大多通过冷却的形式排放或直接排放。

夏建军认为,将低品位工业余热作为重要热源补充,和热电厂以及锅炉房一起用于城镇集中供热,对于解决北方城市冬季供热热源紧缺、降低北方集中供热能源消耗、改善冬季大气环境以及进一步提高工业企业能源利用效率具有十分重要的意义。

据统计,中国北方在采暖季可用于供暖的工业余热量达到1.14亿吨标准煤当量。“从这个角度来看,工业余热能够覆盖北方一半左右的供热需求,潜力非常大。”夏建军说。

另外,低品位的工业余热,基本上以水冷却的排放方式为主,少量是以空气散热直接排放,而工厂为了排放这一部分余热,不得不消耗大量的水。“在采暖季,我们要用近30亿立方水来排放低品位工业余热。”在夏建军看来,这相当于蒸发掉了我国南水北调工程运水量的一半以上,如果把这一部分余热加以利用,将会有非常好的节水效果。

对于低品位工业余热利用的好处,夏建军认为,首先可以解决热源紧缺的问题,有利于民生,此外还具有非常好的经济效益。

“余热以前就是白白扔掉,现在把它用好之后,可以大幅减少化石能源消耗,具有经济价值。”夏建军说,“我们应该把工业余热作为特有的战略资源,在北方这样的供热体系中发挥出重要的作用。”

技术难题待攻克

低品位工业余热利用好处颇多,但运行起来却不易。首要难题就是经济有效地将余热采集起来。“工业生产是非常复杂的,其产生的余热品位都不一样,而要通过大联合的方式,将很多工厂温度不等的余热充分整合起来,并不容易。”夏建军说。

此外,长距离输送、成套调配体系缺乏等问题,都有待解决。“余热要作为战略资源来利用的话,必须做到长远规划、梯级利用、吃干榨尽,不能只用温度比较高的、好用的,而把一些低品位的或者不太好用的余热浪费掉。”夏建军说。

夏建军表示,余热资源不光要考虑来源问题,作为一个系统工程,还要兼顾末端,包括如何降低回水温度,如何配合供热网的热源调节等问题。“要用好工业余热,必须是热源、热网、热用户以及政府各方统一协调,制定相关的政策、鼓励机制等,共同来推动低品位工业余热利用。”

利用低品位工业余热供热与传统供热并不完全相同。传统供热,是热源单方面服务于用户,但工业余热需要双方互相服务。工厂为用户提供余热,却也将用户作为工业的冷却塔,用户必须要把工业余热全部利用,否则就会影响工业生产。夏建军认为,这之间相互协调,又存在矛盾,这中间的调节机制和调节手段不可或缺。

从技术角度来看,尽管吸收式系统、吸附式系统、新型材料等众多先进的技术在一定程度上推动了余热利用的发展,但各自的缺陷也在一定程度上制约了余热利用技术的进一步推广应用。在一篇题为《低品位余热利用技术的研究现状、困境和新策略》的文章中,提到了各项技术的瓶颈与障碍。

在溴化锂吸收式制冷系统中,溴化锂对金属材料有腐蚀性,且会出现结晶导致换热性能下降甚至换热器无法正常运行;与吸收式制冷系统相比,吸附式制冷系统不存在结晶问题,但需要采用风冷、水冷方式进行冷却,受到风能和水能的制约;各种新型材料在蓄能、热转换方面表现出优良的特性,但是如果不采取合理的散热,很难达到理想的蓄能和发电水平……

为突破困境,需要进一步对相关技术进行深入研究,攻克材料性能、封装工艺等技术难关之外,对换热设备及换热工质进行改进,也是今后较长时期的一个重要发展方向。

区域能源解决方案

“对于供和需的匹配问题,应该通过多用户、多热源的大联网,互相协调的方式来解决。对于保障工厂生产的问题,要推动热源互补,包括通过调峰、备用热源来解决。”夏建军说。

关于城市热网的新模式探讨,夏建军建议,可以把低品位的工业余热作为基础热源,将热电厂的热和电以及天然气协同运行,共同形成区域大联网,最终解决供给侧的需求。

通过区域能源解决方案,最终实现余热资源的综合合理匹配,不光是节能减排,更多是关系到国计民生,对于改善环境具有重要意义。夏建军建议,要真正推动这一项技术或者工程在北方继续实施,需要做的工作包括:顶层设计、统一规划,合理配备北方地区各类资源和协调清洁能源;国家制定相应政策,有配套资金推动;余热实施示范工程要进行进一步技术验证,为技术全范围的推广奠定基础。

住房和城乡建设部科技与产业化发展中心、康居认证中心副主任梁浩认为,工业化的城市才会有大量的余热,才能够形成综合热网,而我们国家整个经济都在面临发展的转型,要从高速度增长转向高质量增长,转型的过程就会对效率、质量和动力有更高要求,“工业化越发达的城市面临的转型压力越大,顶层设计尤为重要”。

绿水青山就是金山银山。梁浩表示,要落实这一理念,应该做到三个创新——政策创新、技术创新和商业模式创新,“这三个创新缺一不可,只有这三个创新协同了,才能使绿水青山变成金山银山,余热利用也一样”。

《中国科学报》 (2018-05-03 第6版 前沿)
 
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