地大熱能：工業(yè)余熱發(fā)電回收利用空間廣闊

     當前，我國能源利用仍然存在著(zhù)利用效率低、經(jīng)濟效益差，生態(tài)環(huán)境壓力大的主要問(wèn)題，節能減排、降低能耗、提高能源綜合利用率作為能源發(fā)展戰略規劃的重要內容，是解決我國能源問(wèn)題的根本途徑，處于優(yōu)先發(fā)展的地位。

    實(shí)現節能減排、提高能源利用率的目標主要依靠工業(yè)領(lǐng)域。處在工業(yè)化中后期階段的中國，工業(yè)是主要的耗能領(lǐng)域，也是污染物的主要排放源。我國工業(yè)領(lǐng)域能源消耗量約占全國能源消耗總量的70%，主要工業(yè)產(chǎn)品單位能耗平均比國際先進(jìn)水平高出30%左右。
    除了生產(chǎn)工藝相對落后、產(chǎn)業(yè)結構不合理的因素外，工業(yè)余熱利用率低，能源( 能量)沒(méi)有得到充分綜合利用是造成能耗高的重要原因，我國能源利用率僅為 33% 左右，比發(fā)達國家低約10%，至少50%的工業(yè)耗能以各種形式的余熱被直接廢棄。因此從另一角度看，我國工業(yè)余熱資源豐富，廣泛存在于工業(yè)各行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，余熱資源約占其燃料消耗總量的17% ～67%，其中可回收率達60%，余熱利用率提升空間大，節能潛力巨大，工業(yè)余熱回收利用又被認為是一種“新能源”，近年來(lái)成為推進(jìn)我國節能減排工作的重要內容。

    一、工業(yè)余熱資源特點(diǎn)：

    余熱資源屬于二次能源，是一次能源或可燃物料轉換后的產(chǎn)物，或是燃料燃燒過(guò)程中所發(fā)出的熱量在完成某一工藝過(guò)程后所剩下的熱量。按照溫度品位，工業(yè)余熱一般分為 600℃ 以上的高溫余熱，300 ～600℃的中溫余熱和300℃以下的低溫余熱三種; 按照來(lái)源，工業(yè)余熱又可被分為: 煙氣余熱，冷卻介質(zhì)余熱，廢汽廢水余熱，化學(xué)反應熱，高溫產(chǎn)品和爐渣余熱，以及可燃廢氣、廢料余熱。
    工業(yè)余熱資源利用系統或設備運行環(huán)境相對惡劣，要求有寬且穩定的運行范圍，能適應多變的生產(chǎn)工藝要求，設備部件可靠性高，初期投入成本高，從經(jīng)濟性出發(fā)，需要結合工藝生產(chǎn)進(jìn)行系統整體的設計布置，綜合利用能量，以提高余熱利用系統設備的效率。

    二、工業(yè)余熱利用技術(shù)：

    余熱溫度范圍廣、能量載體的形式多樣，又由于所處環(huán)境和工藝流程不同及場(chǎng)地的固有條件的限制，生產(chǎn)生活的需求，設備型式多樣，如有空氣預熱器，窯爐蓄熱室，余熱鍋爐，低溫汽輪機等。常見(jiàn)的工業(yè)余熱回收利用方式，有多種分類(lèi)方式，根據余熱資源在利用過(guò)程中能量的傳遞或轉換特點(diǎn)，可以將國內目前的工業(yè)余熱利用技術(shù)分為熱交換技術(shù)、熱功轉換技術(shù)、余熱制冷制熱技術(shù)。
    目前國內各主要余熱資源都有可選的回收利用技術(shù)或設備，這些技術(shù)在原理上和國外余熱利用技術(shù)并無(wú)本質(zhì)差別，基本上都是通過(guò)熱交換技術(shù)、熱功轉換技術(shù)、制冷制熱技術(shù)進(jìn)行余熱利用。但由于國外余熱回收技術(shù)已基本成熟，其設備性能優(yōu)良，應用廣泛，極大地提高了能源利用率。而國內，高、中溫余熱利用技術(shù)設備未得到有效推廣普及，低溫余熱由于相應的利用技術(shù)不成熟基本被廢棄，造成余熱整體利用率低。其中被廢棄的 200℃甚至300℃以下的低溫工業(yè)余熱雖然品位低、利用技術(shù)難度高，但具有很大比例的余熱能量，如在石化行業(yè)可達80%。對于此類(lèi)低溫工業(yè)余熱，基于有機朗肯循環(huán) ORC 的熱力發(fā)電系統是有效、經(jīng)濟的利用工業(yè)低溫熱能的技術(shù)。

    三、基于有機介質(zhì)的低溫工業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)：

    低溫有機朗肯循環(huán)：對于工業(yè)中大量廢棄的200℃，甚至300℃以下的低溫余熱，目前無(wú)法利用蒸汽/熱水閃蒸系統進(jìn)行有效回收，更適宜采用經(jīng)濟可行的有機朗肯循環(huán)余熱發(fā)電技術(shù)。
    Kalina循環(huán)：純工質(zhì)有機朗肯循環(huán)，由于工質(zhì)的等溫蒸發(fā)吸熱過(guò)程與實(shí)際的變溫低溫熱源配合不緊密，換熱平均溫差大，不可逆損失較大。為了減小換熱不可逆損失，對純工質(zhì)有機物朗肯循環(huán)提出了幾種改進(jìn)的方法，如混合工質(zhì)循環(huán)、Kalina 循環(huán)等。Kalina 循環(huán)是以氨水混合物為工質(zhì)的循環(huán)系統，最簡(jiǎn)單的熱力循環(huán)是一級蒸餾循環(huán)，基本流程，即一定濃度的氨水溶液經(jīng)過(guò)水泵加壓、預熱器升溫之后，進(jìn)入余熱鍋爐蒸發(fā)，形成過(guò)熱氨水蒸汽進(jìn)入透平膨脹做功，然后利用復雜的蒸餾冷卻子系統解決氨水混合物冷凝問(wèn)題，使透平乏汽重新形成一定濃度的工質(zhì)溶液，再到達給水泵，完成一個(gè)循環(huán)。

    地大熱能專(zhuān)家認為，當前中高溫余熱利用技術(shù)普及率不高，低溫余熱未被利用是我國余熱利用率低的原因之一。因此，推進(jìn)工業(yè)節能減排工作，要進(jìn)一步推廣普及中高溫余熱利用技術(shù)，尤其是提高中小型企業(yè)余熱利用率，要推進(jìn)余熱利用技術(shù)與工藝節能相結合，從整個(gè)工藝系統分析能源的供給需求，優(yōu)化工藝系統及其相應的余熱利用技術(shù)。
    地大熱能由中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）組建結合中國地質(zhì)大學(xué)的學(xué)術(shù)優(yōu)勢，組建了一批由海內外學(xué)者組成的世界一流的交叉人才團隊，聚集了十大優(yōu)勢學(xué)科領(lǐng)域（地質(zhì)學(xué)、礦產(chǎn)勘查、地球物理、地球化學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、地理信息系統、管理科學(xué)與工程、旅游資源管理）三十多位專(zhuān)家學(xué)者，定期研討地熱科學(xué)問(wèn)題、問(wèn)診地熱實(shí)際難題，并積極與各國內外的地熱研究單位、學(xué)者進(jìn)行學(xué)術(shù)交流與探討，緊跟行業(yè)內前沿發(fā)展理論與應用技術(shù)。