王超
（新疆维吾尔自治区节能技术服务中心 新疆乌鲁木齐 830000）
摘要：现如今，化工行业在我国发展十分迅速，针对目前化工行业低温余热资源的利用现状和存在的突出问题，归纳了低温余热回收利用的主要途径和策略：用作一般加热热源、利用热泵回收利用、利用低温余热发电。重点介绍了低温余热发电介质的选择、热交换器的优化以及系统热经济性评价等关键性问题。将来高效利用低温余热资源的研究侧重点：一是为不同用户制定个性化利用方案；二是充分做好生产装置中温度高于100℃的冷却物流热量的回收利用；三是开发低温余热资源利用新技术，进一步提高余热资源的温度水平。
关键词：化工行业低温余热资源；加热热源；热泵；发电；新技术
引言
在化工企业的生产中，化工原料在反应的同时会产生大量的低温余热，为了避免化工企业余热资源的浪费，化工企业采用热泵技术将余热资源回收并利用。在近几十年的化工工业发展中，低温余热源热泵技术虽然在中国得到了一定程度的普及，但由于多数化工企业的余热通常被直接废弃处理，低温余热源热泵技术的发展受到了限制。在对化工企业的低温余热源热泵节能技术进行研究的过程中，为了进一步提高方案的切实性，以企业的余热源处理技术为基础，通过对不同化工企业的余热源能量进行调研与研究，对比不同类型余热源热泵系统中项目的能量输入和能量支出，并在数据基础上更为合理地分配余热回收系统的装机容量，使不同类型化工企业的余热源得到科学的分配与管理。
1低温余热利用的原则
除热利用遵循热力学的基本原理，以“温度对口，梯级利用”为原则。（1）温位匹配高温位余热用于高温位的热用户，低温位的余热用于低温位的热用户。（2）顺序利用优先考虑长期利用、稳定利用、就近利用，先联合后回收，先工业后生活，先厂内后厂外。（3）不影响装置生产保证装置操作安全平稳，在热阱变化及生产方案切换时不受影响。（4）可实施装置间距、平面布置、配电允许等。从整体角度进行低温余热资源利用再平衡，将不同温位的低温余热资源分别应用于加热、制冷、伴热、发电等。
2低温余热发电
2.1保证热源供热具有可靠性特征
在低温工艺余热回收技术的实际应用过程中，主要是将余热收集起来之后，对其进行二次加工使用，真正的实现余热的回收再利用。在实际应用中，为了保证能够对热阱用户提供良好的供热可靠源，在设计过程中，不仅要结合实际情况进行设计，而且还要设计出多热源方案。也就是在正常生产过程中，可以直接利用余热，通过管道增压保证供热稳定，促使余热的作用能够得到充分发挥。在极寒天气和装置停工的时候，可以直接利用厂内低压蒸汽对其进行热量补充，保证热源温度等级。在热阱用户消耗热量少或不稳定的情况下，可采取空冷散热，保证低温热系统热量平衡，避免系统频繁调节。
2.2发电介质的选择
对于低温余热发电，选择介质至关重要，需要将技术的可行性和经济性结合起来进行综合考虑，同时又要符合环境保护的要求。在常规的水蒸汽朗肯循环系统中，水蒸汽为工作介质，发电设备由四部分组成（水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器组）。工作介质水蒸汽在热力设备中连续进行等压加热、绝热膨胀、等压放热和绝热压缩四个过程，使热能不断转化为机械能。当用低温有机介质（例如，烷烃己烷等）作为发电系统循环工质时，发电设备主要由四部分组成（循环泵、蒸发器、汽轮机、冷凝器）。基于低沸点有机工作介质的发电过程中依次经过吸收废热，汽化，进入汽轮机膨胀做功，最后驱动发电机发电。这些沸点低于水的有机介质在回收低温显热方面具有明显优势，经济效益显著。需要注意的是，朗肯发电循环对中低温化工余热（热源温度低于150℃）回收的系统效率较低。因此，对于化工行业中低温余热，经常采用混合介质循环发电系统进行回收利用。具体过程是热水首先进入热交换器进行热交换，后给另一种低沸点介质提供热能，促使其蒸发产生蒸汽，组建低沸点工质朗肯循环发电系统。混合介质循环发电系统具有热效率高、结构紧凑等明显优势。为了进一步高效地回收利用中低温余热，研究者们已经集成吸收式制冷循环和动力循环，构建新型混合介质联合循环。吸收式制冷循环通过利用来自蒸汽透平排气的低温位余热进行制冷，然后通过冷能对动力系统进行冷凝，从而降低了蒸汽透平的排气压力和循环平均放热温度，这样不但显著提高了系统的热效率，而且进一步拓展了中低温余热的利用方式。此外，近年来一些新型发电介质的开发利用也已成为低温余热发电技术的研究热点。首先，从技术可行性的角度来看，最关键的因素是循环过程中工作介质的压力应该适中，不要过高或过低，并且必须在设备的密封性能和耐压性能的允许范围内。从经济的角度，主要考虑系统效率。为了获得更高的发电效率，主要从三个方面研究介质的影响：①介质的热物理性质对朗肯循环特性的影响。②介质的传热性能影响换热器的传热特性和其他部件的传热损失。③工作介质的流量特性影响系统的流量损失。从环保角度看，工作介质应满足低温室效应、不破坏臭氧层等环保指标。通常利用臭氧层衰减指数（ODP）和温室效应指数（GWP）两个指标对工作介质的环境性质进行评价。上世纪七八十年代建成的大量低温余热发电站，大多使用有机物质（含氟、氯、碳的完全卤代烃等），对环境有一定破坏性。
2.3换热器的选择
换热器有两个最主要的性能指标，一是传热效率（通常反映在端差温度上），一是压力损失，换热器主要根据这两个参数来进行选型。ORC系统中通常使用两类换热器，管壳式和板翅式或管板式。工质和热源换热有间接和直接两种方式。间接方式通过导热流体（通常是热水）来取热，例如烟气余热回收发电。直接方式则将工质直接和热源换热，例如工艺介质、热水等。
结语
在化工企业中低温余热资源的开发与利用中，热泵技术直接决定着余热源的开发效率，因此，为了进一步提高化工企业的余热资源利用效率，就要针对热泵工作环境的温差进行控制与调节，通过降低温差以提高热泵的工作效率，这对于化工企业经济效益的提升也有着重要意义。
参考文献
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