吸收式熱泵在水泥余熱回收領(lǐng)域的應(yīng)用

  【摘要】熱泵是以消耗一部分低品位能源為補償，使熱能從低溫熱源向高溫熱源傳遞的裝置，由于熱泵能將低溫熱能轉(zhuǎn)換為高溫熱能，提高了能源的有效利用率，因此它是回收低溫余熱的重要途徑；而水泥余熱爐回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)部煙溫約為1100℃，盡管內(nèi)部做了保溫，但其外壁溫度亦達到200℃～400℃，直接對環(huán)境釋放輻射熱量，不僅造成能量的浪費，而且對環(huán)境有較大影響，如將部分輻射熱源能結(jié)合熱泵加以回收利用，可極大提升能源的利用率，本文主要介紹吸收式熱泵在水泥余熱回收領(lǐng)域的應(yīng)用方法。

  【關(guān)鍵詞】 水泥回轉(zhuǎn)窯  余熱  吸收式熱泵

  一 研究背景

  隨著環(huán)境、氣候的逐漸惡化，發(fā)展低碳經(jīng)濟、促進可持續(xù)發(fā)展成為人類社會未來的必然選擇，我國已是世界上第二大經(jīng)濟體，也是世界上最大的能源消耗國，“節(jié)能、減排、降耗”是我國社會發(fā)展的一個重要核心，從近年來國家出臺的一系列環(huán)保政策來看，我國已將環(huán)境治理擺在了前所未有的高度，而提高能源利用率，加強余熱回收利用是節(jié)約能源、降低碳排放、保護環(huán)境的根本措施，而目前我國能源綜合利用率不到40%，對資源造成了極大的浪費，提高能源利用率成為我們亟待解決的問題，吸收式熱泵余熱回收利用技術(shù)以其高效節(jié)能和具有顯著經(jīng)濟效益的特點，在余熱回收領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

  水泥余熱鍋爐循環(huán)水冷卻水余熱屬于低品位熱源，直接排放到環(huán)境中將造成巨大的能源浪費，對其排放環(huán)境也會造成負面的影響,熱泵技術(shù)的在余熱回收領(lǐng)域的成功應(yīng)用為水泥余熱回收利用工程的實施提供了可靠的技術(shù)保障。利用熱泵技術(shù)能有效的回收利用循環(huán)冷卻水中的低品位熱源，將其轉(zhuǎn)換為高品位熱能，能提高機組的效率或供熱能力；

  二 水泥余熱的存在方式

  目前新型干法水泥生產(chǎn)線余熱主要為以下兩種:

  ① 煙氣余熱，此部分余熱目前大多數(shù)水泥廠已利用純低溫水泥余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電；

  ② 回轉(zhuǎn)窯筒體的高溫輻射熱，一般水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)最高溫度約1100℃，盡管內(nèi)壁澆注保溫材料，但其外壁溫度也高達200℃～400℃，而回轉(zhuǎn)窯筒體直接面向大氣，直接向大氣傳遞熱量，不僅造成能源的浪費，同時也對環(huán)境不利；

  根據(jù)資料顯示，不同產(chǎn)量等級水泥回轉(zhuǎn)窯可回收的余熱情況如下：

  1）2500t/d水泥生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯筒體尺寸為直徑4m，長度約60m，可被利用的熱能大約為900KW；

  2) 3000t/d水泥生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯筒體尺寸為直徑4.3m，長度約64m, 可被利用的熱能大約為1000KW；

  3）5000t/d水泥生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯筒體尺寸為直徑4.6m，長度約74m, 可被利用的熱能大約為1200KW；

  三 吸收式熱泵工作原理

  吸收式熱泵（升溫型，又稱作熱變換器），是利用中溫熱源驅(qū)動，產(chǎn)生高溫有用能。主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液換熱器、溶液泵等組成,如下圖1所示；

圖1  吸收式熱泵工作原理

  乏汽、低溫熱水等廢熱熱源進入③蒸發(fā)器管程，蒸發(fā)器殼程為負壓，殼程的冷劑（冷凝液態(tài)水）在傳熱管外表面蒸發(fā)，吸收乏汽、低溫熱水等熱源的汽化潛熱余熱蒸發(fā)，形成低壓蒸汽，進入④吸收器，吸收器中濃溶液在傳熱管外表面滴淋，吸收來自蒸發(fā)器的冷劑蒸汽氣化潛熱，并將該潛熱釋放給吸收器管內(nèi)的目的工質(zhì)，目的工質(zhì)實現(xiàn)一次升溫，與此同時，在吸收器內(nèi)的濃溶液變成稀溶液，經(jīng)過⑤溶液熱交換器與①發(fā)生器來的高溫稀溶液熱交換升溫后進入①發(fā)生器，發(fā)生器中驅(qū)動熱源（乏汽、低溫熱水等）加熱溴化鋰溶液，水蒸汽蒸發(fā)，溴化鋰溶液變?yōu)闈馊芤?，濃溶液以⑦溶液泵送入④吸收器，并在⑤溶液熱交換器與來自④吸收器的稀溶液進行熱交換，將熱量傳遞給稀溶液；①發(fā)生器中蒸發(fā)的冷劑（水蒸汽）進入②冷凝器，并加熱管內(nèi)的目的工質(zhì)，實現(xiàn)的目的工質(zhì)的二次升溫，冷劑(水蒸汽)冷凝成冷凝液態(tài)水通過⑥節(jié)流閥進入③蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內(nèi)的冷凝水再次吸收乏汽、低溫熱水等廢熱熱源蒸發(fā)，而后進入吸收器內(nèi)……，如此反復(fù)，實現(xiàn)熱泵循環(huán)。

  四 水泥余熱與熱泵結(jié)合的應(yīng)用

  目前水泥低溫余熱發(fā)電機組大多采用純凝機組，排汽溫度約為30℃～45℃之間，此部分汽化潛熱的利用空間巨大，可作為熱泵中蒸發(fā)器的熱源，提取乏汽的汽化潛熱加以利用后再排放，提高了熱能的利用率，同時也降低了熱能排放對環(huán)境帶來的影響；

  水泥回轉(zhuǎn)窯筒體外壁高達200℃～400℃的熱能，可用作熱泵系統(tǒng)中發(fā)生器的驅(qū)動熱源，同時，由于其溫度高達400℃，可作為熱泵系統(tǒng)發(fā)生器后部蒸汽的過熱熱源。

  如僅作驅(qū)動熱源，可于回轉(zhuǎn)窯筒體外壁制作水冷式輻射罩，將水加熱后作為驅(qū)動熱源加熱發(fā)生器內(nèi)的稀溶液，促進稀溶液的蒸發(fā)。

  如同時用作熱泵系統(tǒng)發(fā)生器后部蒸汽的過熱熱源，則新的熱泵系統(tǒng)可變換為圖2；水泥回轉(zhuǎn)窯筒體外壁布置半圓形輻射式熱水器及過熱器，熱水器用于加熱熱水，用作發(fā)生器的驅(qū)動熱源,過熱器用作發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽后續(xù)的過熱，由于筒體外壁最高溫度200℃～400℃，理論上熱泵系統(tǒng)發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽可被提升至約200℃，目的工質(zhì)溫度也可提升至此溫度區(qū)間，從而達到提高低溫熱源品位的目的。

圖2  吸收式熱泵回收水泥余熱工作原理圖

  五 結(jié)束語

  通過吸收式熱泵系統(tǒng)對水泥回轉(zhuǎn)窯余熱的回收，理論上目的工質(zhì)溫度可達到約200℃，提高熱能的品位，提高了能源利用率；此部分熱能利用前景廣闊，可用于集中供熱、供暖，也可用作低溫余熱發(fā)電低壓缸補汽，提升發(fā)電效率，獲取經(jīng)濟效益；另外，對此部分熱能的回收利用，避免了將其直接排放到環(huán)境中造成的能源浪費，同時也緩解了廢熱排放對環(huán)境造成的影響。

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