國內(nèi)外低溫?zé)崂玫默F(xiàn)在狀況和存在的問題,熱力學(xué)論文內(nèi)容摘要：總結(jié)了國內(nèi)外低溫?zé)崂玫默F(xiàn)在狀況和存在的問題，歸納了低溫?zé)峄厥绽玫囊恍┩緩郊凹夹g(shù)，主要為直接作一般加熱用熱源、熱泵回收和低溫?zé)崮馨l(fā)電，著重介紹了低溫?zé)崮馨l(fā)電工質(zhì)的選擇和熱交換器的優(yōu)化與系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)等關(guān)鍵性問題。以為今后對(duì)低溫?zé)峄厥绽醚芯繎?yīng)尋找適宜用戶，制定可行方案；挖掘低溫?zé)嵩矗攸c(diǎn)做好生產(chǎn)裝置80℃以上冷卻物流熱量的回收；開發(fā)低溫?zé)嵘?jí)利用的新技術(shù)，引進(jìn)相關(guān)設(shè)計(jì)及制造技術(shù)。本文關(guān)鍵詞語：低溫?zé)崮?；利用；熱泵；發(fā)電；前景Abstract:Thelowtemperatureheatenergyisthatheatenergybelowtwohundredcentidegree.Thistextfirstlysummarizesthecurrentsituationandexistingproblemsofthelowtemperatureheatenergyutilizationathomeandabroad.Afterthat,somewaysandtechnologiesofthelowtemperatureheatenergyutilizationconcretelyareintroduced.Finally,theprospectsofthelowtemperaturepickupheatispresenting.Keyword:lowtemperatureheatenergy;currentsituation;existingproblems;prospect;低溫?zé)崮苁侵笝n次相對(duì)較低的熱能，一般溫度低于200℃。這些能源種類繁多，包括太陽熱能、各種工業(yè)廢熱、地?zé)帷⒑Ｑ鬁夭畹瓤稍偕茉碵1].低溫?zé)崮芸偭亢甏?，以工業(yè)廢熱為例，人類所利用的熱能中有50%最終以低檔次廢熱的形式直接排放，不但造成了宏大的能源浪費(fèi)，而且也帶來了大量污染物的排放。我們國家化工行業(yè)的余熱資源主要集中在低溫?zé)崮?，余熱資源回收率僅41.9%.低溫余熱資源分布比擬分散，傳熱溫差小，回收比擬困難，但回收價(jià)值可觀[2,3,4,5].這類熱源存在于氣態(tài)及液態(tài)載熱體中，液態(tài)主要是冷凝水和冷卻水及可燃性廢液，氣態(tài)主要是工藝生產(chǎn)氣體。回收和利用這部分能源，既有助于解決我們國家的能源問題，又能減少能源生產(chǎn)經(jīng)過中的環(huán)境污染。能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵問題，國內(nèi)外對(duì)于低溫?zé)崮芾玫难芯恐饕_場于20世紀(jì)70年代石油危機(jī)時(shí)期。我們國家解決能源問題的方針一是開源，二是節(jié)流，2者同等重要[6].當(dāng)前，國內(nèi)外低溫?zé)崮艿幕厥绽弥饕兄苯幼饕话慵訜嵊脽嵩础岜没厥绽煤偷蜏責(zé)崮馨l(fā)電等幾種方式。1直接加熱用直接作一般加熱用熱源，根據(jù)低溫?zé)峄厥盏臏匚?，選擇適宜的用戶，不僅改變了用戶原使用高、中溫?zé)嵩磿r(shí)所造成的過大能量傳遞損失，而且把高、中溫?zé)嵩错斕嫦聛?。在眾多低溫?zé)岬睦梅桨钢?，熱量的直接利用效率是最高的，是低溫?zé)崂弥凶罹呶Φ姆桨竅7].熱量的直接利用大致分為2個(gè)途徑。第1種途徑是加熱裝置低溫物流[8].如精餾操作中加熱裝置原料及塔底重沸器加熱、油罐加熱、催化劑廠洗滌水加熱和動(dòng)力系統(tǒng)補(bǔ)充化學(xué)水、新鮮水加熱等[9,10,11].利用低溫?zé)崛〈a(chǎn)中使用的高、中溫位熱源，可直接減少生產(chǎn)能耗。由于生產(chǎn)用熱大多屬連續(xù)、負(fù)荷穩(wěn)定的情況，因而布置裝置低溫物流熱方案時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮低溫?zé)?，其?jié)能幅度大、效益高。第2種途徑是用于日常生活加熱生活用水、廠區(qū)辦公和生活取暖，這類用熱負(fù)荷隨季節(jié)和晝夜變化而變化，制定方案時(shí)應(yīng)考慮保持系統(tǒng)平衡。這類用熱以地溫?zé)崛〈粌H提高了職工的生活水平、降低了全廠的綜合能耗，另一方面可以節(jié)省業(yè)已存在的使用液化石油氣熱水器加熱的生活用熱水，減少了液化石油氣的使用[12].2熱泵回收利用熱泵在回收低溫余熱方面更具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前應(yīng)用已特別廣泛[13].在蒸發(fā)、蒸餾、枯燥、制冷和空調(diào)等化工經(jīng)過中獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。熱泵能將低溫位余熱轉(zhuǎn)換成高溫位熱能，提高能源的有效利用率，是一種有效利用低溫?zé)崮艿募夹g(shù)手段[14].熱泵分為壓縮式和吸收式2類。很多石油化工裝置已成功地使用了壓縮式熱泵，獲得了較好的節(jié)能效果。壓縮式熱泵在氣體分餾裝置應(yīng)用較為普遍，用少量高質(zhì)量電能代替原加熱介質(zhì)如蒸汽，起到較為明顯的節(jié)能作用。但隨著低溫?zé)崂梅桨傅膬?yōu)化，采用低溫?zé)崴嬲羝魉字胤衅鳠嵩矗葔嚎s式熱泵方案更為經(jīng)濟(jì)。熱泵一般用于需用熱量溫度與低溫?zé)嵛锪鳒夭畈淮蟮膱龊?。過大的溫差將不經(jīng)濟(jì)，制定方案時(shí)須慎重選擇。3低溫?zé)崮馨l(fā)電在大量過剩的低溫?zé)犭y以找到適宜的同級(jí)利用方案時(shí)，采用低溫?zé)岚l(fā)電是一種適宜的途徑[15,16].在國家資源綜合利用產(chǎn)業(yè)和環(huán)保政策的鼓勵(lì)下，很多企業(yè)開場利用生產(chǎn)經(jīng)過中產(chǎn)生的余熱進(jìn)行發(fā)電，這樣既降低了成本，又保衛(wèi)了環(huán)境，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益特別顯著。低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)主要應(yīng)用于太陽能熱電、工業(yè)余熱、地?zé)帷⑸镔|(zhì)能和海洋溫差能等。回收工業(yè)余熱既能夠最大限度知足企業(yè)終身的用電需求、減少外購電量、降低產(chǎn)品制造成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，又可減少工業(yè)能源消耗和溫室氣體的排放利于環(huán)保。由于純低溫余熱發(fā)電是不用燃料的余熱利用，所以更符合節(jié)能環(huán)保的要求。工業(yè)余熱的總量是非常宏大的。據(jù)估計(jì)，美國精練、化工、鋼鐵等行業(yè)在2002年所具有的余熱發(fā)電潛力約為3GW.而我們國家單位產(chǎn)值能耗比世界平均水平高2.4倍，能源效率比國際先進(jìn)水平低10個(gè)百分點(diǎn)，回收工業(yè)余熱具有宏大的節(jié)能潛力。單純采用低溫?zé)岚l(fā)電方案，投資大、發(fā)電效率低、投資回收期長，因而與生產(chǎn)供熱、供冷結(jié)合起來，根據(jù)溫位不同等布置不同用處，構(gòu)成整體優(yōu)化方案，是當(dāng)前廣為采用的一項(xiàng)低溫?zé)峄厥绽玫姆绞椒椒?。到?dāng)前為止，低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)主要是基于朗肯循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，所采用的工質(zhì)多為各種有機(jī)物或其他一些低沸點(diǎn)工質(zhì)，必須對(duì)有機(jī)物朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和應(yīng)用經(jīng)過進(jìn)行重點(diǎn)研究[17,18,19,20].3.1工質(zhì)的選擇怎樣選擇工質(zhì)，使其技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)性好，并且符合環(huán)保要求，是低溫?zé)犭娂夹g(shù)的重要問題之一。常規(guī)的水蒸汽朗肯循環(huán)中，工質(zhì)是水蒸汽，由4大設(shè)備鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器和水泵組成。工質(zhì)在熱力設(shè)備中不斷進(jìn)行等壓加熱、絕熱膨脹、等壓放熱和絕熱壓縮4個(gè)經(jīng)過，使熱能不斷地轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。當(dāng)利用低溫有機(jī)工質(zhì)〔如戊烷〕作為循環(huán)的工質(zhì)時(shí)，主要設(shè)備有蒸發(fā)器、汽輪機(jī)、冷凝器和循環(huán)泵等。采用低沸點(diǎn)的有機(jī)工質(zhì)來吸收余熱、汽化、進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。有機(jī)工質(zhì)的沸點(diǎn)低于水的沸點(diǎn)，在回收顯熱方面有較高的效率。當(dāng)前的混合工質(zhì)聯(lián)合循環(huán)和低熱雙循環(huán)發(fā)電技術(shù)均是這一原理的充分具體表現(xiàn)出。在中低溫余熱的回收利用中經(jīng)常采用朗肯循環(huán)和常規(guī)混合工質(zhì)循環(huán)[21].但當(dāng)熱源溫度低于400℃時(shí)，朗肯循環(huán)的系統(tǒng)效率很低，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性很差。雙工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中，熱水流經(jīng)熱交換器，把熱能傳遞給另一種低沸點(diǎn)工質(zhì)，使低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，組成低沸點(diǎn)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電。雙工質(zhì)循環(huán)機(jī)組具有熱效率高、構(gòu)造緊湊等特點(diǎn)。為了愈加有效的回收利用中低溫余熱，采用一個(gè)有動(dòng)力循環(huán)和吸收式制冷循環(huán)有機(jī)結(jié)合而成的新型混合工質(zhì)聯(lián)合循環(huán)。吸收式制冷循環(huán)能夠利用蒸汽透平排氣的低檔次余熱制冷，并將冷能用于動(dòng)力系統(tǒng)的冷凝經(jīng)過，進(jìn)而降低蒸汽透平的排氣壓力和循環(huán)的平均放熱溫度，不但開拓了有效利用中低溫余熱的新途徑，而且提高了系統(tǒng)的熱效率。地?zé)犭p循環(huán)發(fā)電技術(shù)，與其他地?zé)岚l(fā)電技術(shù)最大的區(qū)別在于使用2種流體作為發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)，因而又名中間介質(zhì)地?zé)岚l(fā)電法。其他地?zé)岚l(fā)電技術(shù)通常是地?zé)崴羝不蚱旌衔铩持苯踊蜷W蒸進(jìn)入發(fā)電系統(tǒng)做功轉(zhuǎn)換為電能。然而對(duì)于中低溫地?zé)豳Y源，產(chǎn)生蒸汽的參數(shù)低，其做功能力缺乏等特點(diǎn)限制了地?zé)岚l(fā)電的應(yīng)用。地?zé)犭p循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，地?zé)崃黧w攜熱進(jìn)入熱交換器，將熱傳給另一種低沸點(diǎn)工質(zhì)，該種工質(zhì)吸熱蒸發(fā)進(jìn)入汽輪機(jī)做功，產(chǎn)生蒸汽的參數(shù)高。2者相比，后者更合適中低溫地?zé)嵩窗l(fā)電，且能避免地下水污染[22].一些新的環(huán)保型工質(zhì)的開發(fā)與研究是低溫?zé)犭娂夹g(shù)研究的重要內(nèi)容。首先從技術(shù)可行性角度講，最重要的因素就是工質(zhì)在循環(huán)經(jīng)過中的壓力不能過高，也不能太低，必須在裝置抗壓性和密封性允許的范圍之內(nèi)；其次從經(jīng)濟(jì)性角度講，主要從系統(tǒng)的效率因素考慮，系統(tǒng)的效率盡可能高。不同的有機(jī)物工質(zhì)主要通過3個(gè)方面來影響系統(tǒng)的效率：1〕工質(zhì)熱物性影響ORC循環(huán)特性；2〕工質(zhì)的傳熱特性影響換熱器換熱特性以及在其他部件中的換熱損失；3〕工質(zhì)的流動(dòng)特性影響系統(tǒng)的流動(dòng)損失。從環(huán)保角度，工質(zhì)應(yīng)該是環(huán)境友好的，包括對(duì)臭氧層沒有毀壞作用，且溫室效應(yīng)低。另外，工質(zhì)選擇還需要考慮傳熱性和流動(dòng)性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、毒性、價(jià)格等因素。十分還需要注意工質(zhì)可燃性，應(yīng)該盡量采用不可燃的工質(zhì)，以使系統(tǒng)更具安全性[23].3.2熱交換器的優(yōu)化換熱器十分是蒸發(fā)器的效率是影響系統(tǒng)整體效率的最重要因素之一，換熱器性能的優(yōu)化是提高循環(huán)性能的重要途徑[24].提高換熱器效率的核心是減小換熱經(jīng)過的不可逆損失，盡量減小換熱溫差。需從設(shè)備上和工質(zhì)角度考慮，能夠增加換熱器換熱面積、采用換熱好的有機(jī)物工質(zhì)，同時(shí)盡量使工質(zhì)的加熱經(jīng)過與熱源溫度變化經(jīng)過相配合，進(jìn)而減小換熱溫差。對(duì)換熱器換熱經(jīng)過的分析，怎樣分析換熱經(jīng)過的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)經(jīng)過，能對(duì)低溫?zé)犭姄Q熱器的設(shè)計(jì)制造以及運(yùn)行經(jīng)過中的控制起到很好的指導(dǎo)作用。3.3系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)對(duì)系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)對(duì)設(shè)計(jì)建造有著非常重要的指導(dǎo)作用，因此怎樣進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)也是低溫?zé)犭娂夹g(shù)的難點(diǎn)之一[25].由于低溫?zé)崮馨l(fā)電應(yīng)用的熱源有很多種，因而對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)難度較大，ORC性能的評(píng)價(jià)主要從熱力學(xué)第1定律和第2定律來考慮。首先從熱力學(xué)第1、2定律來看，ORC系統(tǒng)比在一樣熱源下的水蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)效率高，性能也優(yōu)于水蒸汽系統(tǒng)；從換熱效率角度考慮，一般有機(jī)物的蒸發(fā)潛熱較小，在工質(zhì)等溫蒸發(fā)經(jīng)過占整個(gè)加熱經(jīng)過的比例較小，因而工質(zhì)加熱經(jīng)過與熱源溫度變化經(jīng)過的配合程度較好，換熱的不可逆損失小。上述的研究主要從工質(zhì)角度分析系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于實(shí)際的系統(tǒng)而言，更需要從設(shè)備成本等各個(gè)方面分析系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，正確地分析低溫?zé)犭娤到y(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性是保證系統(tǒng)高效運(yùn)行的前提之一。4其他除以上方式方法之外，制冷和變熱器也是低溫?zé)峄厥盏暮芎梅绞椒椒╗26,27].低溫?zé)嶂评渲饕俏帐街评洹Ｕ羝寤囄罩评湟训玫狡毡閼?yīng)用，用低溫?zé)岽嬲羝麩嵩吹陌蔽罩评湟惨淹度牍I(yè)應(yīng)用。很多石油化工廠在節(jié)能改造和節(jié)能規(guī)劃中考慮了采用低溫?zé)徜寤囄罩评涞姆桨浮５蜏責(zé)嶂评涞挠锰幱?種：一是用于生產(chǎn)，例如，某煉油廠1983年就以催化裂化穩(wěn)定汽油余熱和系統(tǒng)乏汽為熱源，在催化裂化裝置的吸收穩(wěn)定系統(tǒng)投用3臺(tái)溴化鋰吸收制冷機(jī)，改善了吸收穩(wěn)定操作，半年就增加液化石油氣產(chǎn)量14kt[28];二是用于辦公和生活空調(diào)，減少電的消耗。吸收式變熱器是國外近年發(fā)展的一種低溫?zé)峄厥绽眉夹g(shù)，通過變熱器將低溫?zé)帷踩?0℃熱水〕轉(zhuǎn)化為2部分，一部分轉(zhuǎn)化為較高溫位的熱量，用作加熱熱源；一部分降質(zhì)為廢棄的低溫?zé)崃?，通過冷卻排棄。我們國家已將變熱器技術(shù)列入高科技研究項(xiàng)目，研究的焦點(diǎn)是選用適宜的工質(zhì)，其難點(diǎn)是制取200℃左右的熱量。5前景隨著我們國家(可再生能源法〕的公布，作為可再生能源的重要組成部分的低溫?zé)崮堋踩缣柲軣?、地?zé)帷⒐I(yè)余熱等〕也將有一個(gè)大的發(fā)展，根據(jù)國家規(guī)劃，到2018年，小水電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電和太陽能發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量的目的是60GW,華而不實(shí)相當(dāng)部分是采用低溫?zé)崮艿陌l(fā)電技術(shù)。因而，需要加強(qiáng)對(duì)低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)的研究，低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢是高效、環(huán)保的能源系統(tǒng)。低溫?zé)峄厥绽玫陌l(fā)展前景是廣闊的，是進(jìn)一步深化節(jié)能的一個(gè)重要方面，節(jié)能效果顯著。今后對(duì)低溫?zé)峄厥绽醚芯恐饕性谙旅鎺讉€(gè)方面：1〕尋找適宜用戶，制定可行方案。一般有純供熱型，供熱、制冷聯(lián)合型和供熱、制冷、發(fā)電型3種方案。低溫?zé)嵊脩舾鲝S情況差異很大，要因地制宜。開發(fā)升級(jí)利用處徑，以確保地溫?zé)岢浞掷茫桨缚尚小?〕挖掘低溫?zé)嵩?，重點(diǎn)做好生產(chǎn)裝置80℃以上冷卻物流熱量的回收。生產(chǎn)裝置要考慮取熱工程的切實(shí)可行并確保安全可靠。3〕開發(fā)低溫?zé)嵘?jí)利用的新技術(shù)，提高溫位，便于利用，建議有關(guān)部門通過項(xiàng)目試點(diǎn)，采取技貿(mào)結(jié)合的原則，在引進(jìn)設(shè)備的同時(shí)，引進(jìn)設(shè)計(jì)及制造技術(shù)。以下為參考文獻(xiàn)[1]顧偉，翁一武，曹廣益，等。低溫?zé)崮馨l(fā)電的研究現(xiàn)在狀況和發(fā)展趨勢[J].熱能動(dòng)力工程，2007,22〔2〕：115-119.[2]宋燕，李耀。低位熱能綜合利用的討論與應(yīng)用[J].中氮肥，2006,7〔4〕：33-34.[3]劉文亞，張曉峰，李兵，等。污水處理廠二綴出水低溫?zé)崮艿膽?yīng)用[J].天津建設(shè)科技，2006,16〔2〕：49-51.[4]文遠(yuǎn)高。武漢地區(qū)的低溫?zé)崮苜Y源及其利用方式[J].節(jié)能與環(huán)保，2004〔6〕：18-20.[5]廖吉香，劉興業(yè)，馬慶艷，等。東北地區(qū)污水水源熱泵現(xiàn)在狀況分析[J].節(jié)能技術(shù)，2005,23〔6〕：539-543.[6]歐陽福承。低溫?zé)崮苡糜诶涿桨l(fā)電[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，1990,7〔1〕：1-8.[7]廖家祺，陳安民。煉油廠低溫?zé)峄厥绽玫耐緩郊凹夹g(shù)[J].煉油設(shè)計(jì)，2000,30〔9〕：60-62.[8]張揚(yáng)，金松。利用熱電廠除氧水回收重油催化裂化裝置低溫?zé)醄J].煉油技術(shù)與工程，2005,35〔3〕：18-20.[9]施俊林。重油催化裂化裝置能耗現(xiàn)在狀況及對(duì)策[J].煉油技術(shù)與工程，2003,33〔6〕：28-31.[10]屠偉龍，周崗。優(yōu)化創(chuàng)新，開創(chuàng)建立資源節(jié)約型企業(yè)[J].節(jié)能技術(shù)，2007,25〔6〕：544-546.[11]相偉，劉冰。第二套常減壓裝置低溫?zé)峄厥占夹g(shù)的應(yīng)用[J].節(jié)能降耗，2007,35〔4〕：320-322.[12]孫會(huì)敏。低溫位熱能技術(shù)的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2004,14〔12〕：236-237.[13]GorI,Sviridenko.HeatexchangersbasedonlowtemperatureheatpipesforautonomousemergencyWWERcooldownsystems[J].AppliedThermalEngineering,2008,28〔4〕：327-334.[14]Jin-YongLee.Evaluationofhydrogeologicconditionsforgroundwaterheatpumps:analysiswithdatafromnationalgroundwatermonitoringstations[J].GeosciencesJournal,2006,10〔1〕：91-99.[15]李波。論低溫余熱節(jié)能發(fā)電[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2007〔11〕：21-22.[16]劉永麗。水泥廠余熱發(fā)電的發(fā)展趨勢[J].21世紀(jì)建筑材料，2018〔1〕：47-50.[17]HDMadhawaHettiarachchi,MihajloGolubovic.OptimumdesigncriteriaforanOrganicRankinecycleusinglow-temperaturegeothermalheatsources[J].Energy,2007,32〔9〕：1698-1706.[18]XRZhang,HYamaguchi.Analysisofanovelsolarenergy-poweredRankinecycleforcombinedpowerandheatgenerationusingsupercriticalcarbondioxide[J].RenewableEnergy,2006,31〔12〕：1839-1854.[19]HDMadhawaHettiarachchi,MihajloGolubovic.OptimumdesigncriteriaforanOrganicRankinecycleusinglow-temperaturegeothermalheatsources[J].Energy,2007,32〔9〕：1698-1706.[20]XRZhang,HYamaguchi.Analysisofanovelsolarenergy-poweredRankinecycleforcombinedpowerandheatgeneration