第26卷 第6期2004年12月
山 东 冶 金Shandong Metallurgy
Vol126,No16
December 2004
第二类吸收式热泵及其在冶金企业中的应用前景
赵晓巍1,王树昆2
(1山东大学机械学院,山东济南250061;2山东建筑工程学院,山东济南250014)
摘 要:第二类热泵可利用中间温度的废热与低温热源之间的热势差,利用第二类热泵,回收冶金企业中产生的低品位余热,用于供暖、,可为企业带来巨大的经济效益和社会效益。
关键词:吸收式热泵;节能;余热利用
中图分类号:TH3:X706 文献标识码4620(2004)0620037203
SecondClassHitsApplicationProspectonMetallurgyIndustry
ZHAOXiao2wei1,WangShu2kun2
(1SchoolofMachinery,ShandongUniversity,Jinan250061,China;2ShandongInstituteofArchitectureandEngineering,Jinan250014,China)
Abstract:Thesecondclassabsorptionheatpumpcangethotwaterorvapourusingheatpotentialdifferenceofmiddletemperatureexhaustgasandlowertemperaturesink.Thesecondclassabsorptionheatpumpcanbeusedonreclaiminglow2levelusableenergyproducedbymetallurgicalenterprisesforheating,dryingmaterials,gettinghigher2levelhotwaterorvapourandevaporatingproce2dureetc.Thereasonableutilizationofthiskindofheatpumpcanbringgreateconomicandsocietybenefit.Keywords:absorptionheatpump;energysaving;exhaustheatreuse
冶金企业从焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及
收稿日期:2004207205
作者简介:赵晓巍(19582),女,山东曲阜人,1982年毕业于江西冶金学院机械专业。现为济钢总学校教师、副教授,山东大学机械学院研究生,主要从事冶金机械节能方面的研究工作。
轧钢等工序中产生大量的可利用的废气、废水等低品位余热。这部分余热大多都排空,不但造成大量浪费,而且污染环境,若能合理利用这些余热,既可节约能源、减少运行成本,又可保护环境、减少热污染。热泵的利用是解决这一问题的有效途径[1]。对评价分数较低的单位由考核单位对责任单位进行考核。对于整改措施不到位或措施效果不明显的单位每月都要进行考核。
的质量评价,做到及时了解、及时整改,真正起到提高产品实物质量的作用,济钢制定实施了下工序满意度评价。下工序满意度调查评价主要是对上工序单位提供的原辅材料和辅助产品质量状况、提供的单据、原始记录的传递情况以及服务质量水平的综合评定。其评价主要依据内控标准,对提供产品的质量超标准或不合格的以及服务质量不到位的按要求进行扣分,最后综合打分。通过该评价真正反映出产品质量和服务质量存在的问题,便于上工序单位进行整改,并及时走访下工序单位。通过信息反馈,最大限度的保证产品质量的全面提升。214 建立工序质量评价绩效考核制度
建立严格的绩效考核制度,对于产品实物质量评价和下工序满意度评价按百分制进行计算,每月
3 结 语
济钢通过开展三个工序质量评价,及时了解了炼钢钢坯成分、轧钢各项性能指标、各个控制点控制参数等波动情况;产品实物质量评价和工序自我评价的实施,对异常波动情况起到了早预防、早整改的效果,避免了不合格品或质量事故的进一步扩大。
参考文献:
[1] 郎志正.质量管理技术与方法[M].北京:中国标准出版社,
1998.
[2] 张公绪.质量专业工程师手册[M].北京:企业管理出版社出
版,2002.
37
2004年12月山 东 冶 金第26卷
1 热泵工作原理
热泵作为一种有效的节能技术,正在成为利用
低品位能量的有效工具。根据循环原理的不同,热泵可分为第一类热泵和第二类热泵;根据驱动能源的不同,热泵还可分为电力驱动的蒸汽压缩式热泵、蒸汽或废热驱动的吸收式热泵和热力驱动的蒸汽喷射式热泵三大类。利用高温热源,将低温热源(如废热)提高到某一中间温度而加以利用的热泵称为第一类热泵,如家用热泵式空调等;利用大量中间温度的废热和该废热源与低温热源的热势差,来制取热量少但温度高于中温废热的热水或蒸汽的热泵为第二类热泵,如热泵干燥机等。冶金企业的许多工序中产生大量低品位余热,所以,。表1项目
驱动热源低温热源冷却水
供出热水温度/℃性能系数(COP)
第二类吸收式热泵高温热源或蒸汽废热废热或环境热废热不需要需要60～10090～150
>1
水被管内的热源加热而蒸发成冷剂蒸汽后,进入吸
收器被来自发生器的溴化锂溶液吸收,而吸收过程释放出的热量,把流过吸收器传热管内的水加热,从而得到所需要的热水。另一方面,吸收冷剂蒸汽后得到的稀溶液出吸收器后,经溶液热交换器和节流阀进入发生器,被传热管内流过的废热水(气或汽)加热升温至沸腾,再产生出冷剂蒸汽,同时溶液浓缩成浓溶液,溶液泵把浓溶液经热交换器输送至吸收器,重新吸收冷剂蒸汽。发生器中产生的低压冷剂蒸汽进入冷凝器,水,,再次被加热蒸发,从。):
(1)Q0+Qg=Qa+QcQ0———蒸发器热负荷,W;
Qg———发生器热负荷,W; Qa———吸收器热负荷,W;
Qc———冷凝器热负荷,W。
式(1)中,等号左边为蒸发器和发生器所利用的废热源的热量,右边为冷凝器和吸收器放出的热量,其中冷凝器的放热量通过冷却水释放到环境中去,而吸收器的放热量是对外供出的热量。其性能系数ζ可用下式计算:
ζ=
=1-Q0+QgQ0+Qg
(2)
由表1可见,第二类吸收式热泵有一系列的优
点
,特别是它不需要高温热源,一般要求废热温度在60～100℃之间,而这一温度范围的废热在冶金企业中非常丰富,利用第二类吸收式热泵能将部分废热升温为可利用能量[2～3]。
2 第二类吸收式热泵的特点
下面以溴化锂———水为工质对的第二类热泵为例对这类热泵的工作原理进行分析。图1所示为第二类热泵的工作流程图,其中数据为利用70℃废热水和6℃冷却水,制取100℃热水时的运行工况。
由(2)式可见,第二类吸收式热泵的性能系数总
是小于1,但这类热泵中加入的热量全部为废热,而得到的是品位较高、可利用的热量,因此仍可获得很好的节能和经济效益。国外这类热泵的实际运行数据表明,装有溶液热交换器的第二类热泵性能系数为0.47～0.48,若再增设热交换器来回收冷凝器送至蒸发器的冷剂水显热,则性能系数可提高至0.5。
以冶金企业中的废热(水、汽、气)作为热源,温度较高且相对稳定,波动范围小,是很好的热泵驱动能量,其温度较恒定的特性使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性,可以获得较好的经济和环保效益。同时,这类热泵还具有安全性高、环保型好的特点:由于第二类热泵系统不是依靠燃料直接加热,也不是依靠电能直接供热,因此系统的使用不存在任何漏电、漏气、漏油,有害气体中毒的危险,对人们的健康不产生任何危害;同时,热泵系统运行时不需燃烧,不需排烟,也无任何附带的空气及水质污染物产生,可降低排放气体的温度,减少温室效应。
图1 第二类热泵的工作流程
该热泵以溴化锂水溶液为工质,废热水或废气
(汽)为蒸发器加热介质。在蒸发器中,管外的冷剂38
3 在冶金企业中的应用前景
赵晓巍等 第二类吸收式热泵及其在冶金企业中的应用前景 2004年第6期
311 供暖
对于采暖用热泵来说,由于供热温度在100℃
以下就能满足要求,低温余热如电厂余热,各种加热设备烟气余热,从焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及轧钢等工序中产生的余热等均可作为热源。利用热泵技术时,在热源选择上应遵循温度较高的余热资源优先,余热热源与热能用户距离较近的优先、利用技术难度低的优先等原则,以提高应用热泵技术的经济效益。
与传统锅炉供热系统相比,决定热泵供暖系统节能率和节资率的因素有锅炉燃料价格、
锅炉效率、电能价格、发电效率及热泵供热系数等。从节能和节约燃料费用这两点看,采用热泵供暖方案的前提条件是,方案应同时具有较高的节能率和节资率312 干燥图2环,,在2处湿热空气被导入热泵的蒸发器进行除湿,除湿后的干燥空气由4处经冷凝器提高温度后再进入干燥室,从而完成干燥循环。
便地用于各种单效或多效蒸发器,而热泵的主要驱动能源是品位较低的热源,所以用这种热泵进行蒸发可获得高的节能效益。
4 在冶金企业中的应用实例
某焦化厂为方便输送冷凝煤气中含有的焦油雾滴和水蒸气以及煤气,需将温度90℃以上的煤气强制冷却到25～35℃。同时为了回收煤气中的氨和控制饱和器水平衡,煤气又需经过预热器加热到60℃左右。由煤气初步冷产生的热水温度为90℃,流量为50m3h,,既浪费能源
,(见图3)。所需要的外界冷却水采用。热泵的性能系数(COP)值为0.48,设计处理热水量50t/h,产汽量875kg/h,全年
可运行5500h,不但减少了能源浪费,还获得了大量的可利用的蒸汽,取得了良好的效益[5]。
图3 热泵应用工艺流程
图2 热泵干燥示意图
热泵干燥的特点是:(1)因使用的是废热,所以
节能效率高;(2)可实现干燥介质的湿度、温度和气流速度的准确与独立的控制,有利于热敏物质的干燥,干燥效果好;(3)干燥质量高;(4)可24h连续运转,不但使生产过程连续进行,而且运转成本低,可弥补设备初投资较高的不足。加拿大科学家已将热泵技术应用于钢铁厂排渣产生的废弃物上,用以干燥物料,可节能300MW.h/a,并可减少40%的废弃物排放量,同时还减少了温室效应气体的排出,取得了可观的经济效益和社会效益[4]。313 获得蒸汽、高温热水或提供生活热水
5 结 论
511 第二类热泵系统可以利用废热,回收大量的免
费能量作为供热所需的能量;其机器部件易维修,维
护费用低;运行时不需燃烧或排烟,因而该系统具有良好的节能性、安全性、经济性和环保性。512 目前我国电力事业迅速发展,但仍存在电力供应不足的问题。热泵具有清洁和使用方便的优点,如能较好地、合理地使用,是解决今后发展中能源紧张问题的有效手段。
参考文献:
[1] 黄胜春,张文辉.热泵技术的应用现状及其发展[J].冶金丛
如果合理设计,第二类热泵可利用60～90℃热水,产生高于100℃的蒸汽或高温热水;也可利用20
～40℃的热水,产生50～60℃的热水,供宾馆或居
民生活用热水。314 蒸发
刊.2003,144(3):11～13.
[2] 赵宗昌,等.第二类LiBr-H2O吸收式热泵热力循环分析[J].
节能技术.2002,20(6):5～9.
[3] 仁连伟,等.第二类吸收热泵的研究和发展[J].太阳能学报.
1998,19(3):335～342.
[4] 张焕芬.适用于钢铁厂污染废渣排出的热泵[J].能量转换利用
第二类热泵的主要特点是可得到温度较高(130
)的蒸汽或热水,这一温度的介质可十分方～150℃
研究动态.2003,(001):5～6.
[5] 王锡生.吸收式热泵在工业中的应用[J].节能.1997,7:10.
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第26卷 第6期2004年12月
山 东 冶 金Shandong Metallurgy
Vol126,No16
December 2004
第二类吸收式热泵及其在冶金企业中的应用前景
赵晓巍1,王树昆2
(1山东大学机械学院,山东济南250061;2山东建筑工程学院,山东济南250014)
摘 要:第二类热泵可利用中间温度的废热与低温热源之间的热势差,利用第二类热泵,回收冶金企业中产生的低品位余热,用于供暖、,可为企业带来巨大的经济效益和社会效益。
关键词:吸收式热泵;节能;余热利用
中图分类号:TH3:X706 文献标识码4620(2004)0620037203
SecondClassHitsApplicationProspectonMetallurgyIndustry
ZHAOXiao2wei1,WangShu2kun2
(1SchoolofMachinery,ShandongUniversity,Jinan250061,China;2ShandongInstituteofArchitectureandEngineering,Jinan250014,China)
Abstract:Thesecondclassabsorptionheatpumpcangethotwaterorvapourusingheatpotentialdifferenceofmiddletemperatureexhaustgasandlowertemperaturesink.Thesecondclassabsorptionheatpumpcanbeusedonreclaiminglow2levelusableenergyproducedbymetallurgicalenterprisesforheating,dryingmaterials,gettinghigher2levelhotwaterorvapourandevaporatingproce2dureetc.Thereasonableutilizationofthiskindofheatpumpcanbringgreateconomicandsocietybenefit.Keywords:absorptionheatpump;energysaving;exhaustheatreuse
冶金企业从焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及
收稿日期:2004207205
作者简介:赵晓巍(19582),女,山东曲阜人,1982年毕业于江西冶金学院机械专业。现为济钢总学校教师、副教授,山东大学机械学院研究生,主要从事冶金机械节能方面的研究工作。
轧钢等工序中产生大量的可利用的废气、废水等低品位余热。这部分余热大多都排空,不但造成大量浪费,而且污染环境,若能合理利用这些余热,既可节约能源、减少运行成本,又可保护环境、减少热污染。热泵的利用是解决这一问题的有效途径[1]。对评价分数较低的单位由考核单位对责任单位进行考核。对于整改措施不到位或措施效果不明显的单位每月都要进行考核。
的质量评价,做到及时了解、及时整改,真正起到提高产品实物质量的作用,济钢制定实施了下工序满意度评价。下工序满意度调查评价主要是对上工序单位提供的原辅材料和辅助产品质量状况、提供的单据、原始记录的传递情况以及服务质量水平的综合评定。其评价主要依据内控标准,对提供产品的质量超标准或不合格的以及服务质量不到位的按要求进行扣分,最后综合打分。通过该评价真正反映出产品质量和服务质量存在的问题,便于上工序单位进行整改,并及时走访下工序单位。通过信息反馈,最大限度的保证产品质量的全面提升。214 建立工序质量评价绩效考核制度
建立严格的绩效考核制度,对于产品实物质量评价和下工序满意度评价按百分制进行计算,每月
3 结 语
济钢通过开展三个工序质量评价,及时了解了炼钢钢坯成分、轧钢各项性能指标、各个控制点控制参数等波动情况;产品实物质量评价和工序自我评价的实施,对异常波动情况起到了早预防、早整改的效果,避免了不合格品或质量事故的进一步扩大。
参考文献:
[1] 郎志正.质量管理技术与方法[M].北京:中国标准出版社,
1998.
[2] 张公绪.质量专业工程师手册[M].北京:企业管理出版社出
版,2002.
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2004年12月山 东 冶 金第26卷
1 热泵工作原理
热泵作为一种有效的节能技术,正在成为利用
低品位能量的有效工具。根据循环原理的不同,热泵可分为第一类热泵和第二类热泵;根据驱动能源的不同,热泵还可分为电力驱动的蒸汽压缩式热泵、蒸汽或废热驱动的吸收式热泵和热力驱动的蒸汽喷射式热泵三大类。利用高温热源,将低温热源(如废热)提高到某一中间温度而加以利用的热泵称为第一类热泵,如家用热泵式空调等;利用大量中间温度的废热和该废热源与低温热源的热势差,来制取热量少但温度高于中温废热的热水或蒸汽的热泵为第二类热泵,如热泵干燥机等。冶金企业的许多工序中产生大量低品位余热,所以,。表1项目
驱动热源低温热源冷却水
供出热水温度/℃性能系数(COP)
第二类吸收式热泵高温热源或蒸汽废热废热或环境热废热不需要需要60～10090～150
>1
水被管内的热源加热而蒸发成冷剂蒸汽后,进入吸
收器被来自发生器的溴化锂溶液吸收,而吸收过程释放出的热量,把流过吸收器传热管内的水加热,从而得到所需要的热水。另一方面,吸收冷剂蒸汽后得到的稀溶液出吸收器后,经溶液热交换器和节流阀进入发生器,被传热管内流过的废热水(气或汽)加热升温至沸腾,再产生出冷剂蒸汽,同时溶液浓缩成浓溶液,溶液泵把浓溶液经热交换器输送至吸收器,重新吸收冷剂蒸汽。发生器中产生的低压冷剂蒸汽进入冷凝器,水,,再次被加热蒸发,从。):
(1)Q0+Qg=Qa+QcQ0———蒸发器热负荷,W;
Qg———发生器热负荷,W; Qa———吸收器热负荷,W;
Qc———冷凝器热负荷,W。
式(1)中,等号左边为蒸发器和发生器所利用的废热源的热量,右边为冷凝器和吸收器放出的热量,其中冷凝器的放热量通过冷却水释放到环境中去,而吸收器的放热量是对外供出的热量。其性能系数ζ可用下式计算:
ζ=
=1-Q0+QgQ0+Qg
(2)
由表1可见,第二类吸收式热泵有一系列的优
点
,特别是它不需要高温热源,一般要求废热温度在60～100℃之间,而这一温度范围的废热在冶金企业中非常丰富,利用第二类吸收式热泵能将部分废热升温为可利用能量[2～3]。
2 第二类吸收式热泵的特点
下面以溴化锂———水为工质对的第二类热泵为例对这类热泵的工作原理进行分析。图1所示为第二类热泵的工作流程图,其中数据为利用70℃废热水和6℃冷却水,制取100℃热水时的运行工况。
由(2)式可见,第二类吸收式热泵的性能系数总
是小于1,但这类热泵中加入的热量全部为废热,而得到的是品位较高、可利用的热量,因此仍可获得很好的节能和经济效益。国外这类热泵的实际运行数据表明,装有溶液热交换器的第二类热泵性能系数为0.47～0.48,若再增设热交换器来回收冷凝器送至蒸发器的冷剂水显热,则性能系数可提高至0.5。
以冶金企业中的废热(水、汽、气)作为热源,温度较高且相对稳定,波动范围小,是很好的热泵驱动能量,其温度较恒定的特性使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性,可以获得较好的经济和环保效益。同时,这类热泵还具有安全性高、环保型好的特点:由于第二类热泵系统不是依靠燃料直接加热,也不是依靠电能直接供热,因此系统的使用不存在任何漏电、漏气、漏油,有害气体中毒的危险,对人们的健康不产生任何危害;同时,热泵系统运行时不需燃烧,不需排烟,也无任何附带的空气及水质污染物产生,可降低排放气体的温度,减少温室效应。
图1 第二类热泵的工作流程
该热泵以溴化锂水溶液为工质,废热水或废气
(汽)为蒸发器加热介质。在蒸发器中,管外的冷剂38
3 在冶金企业中的应用前景
赵晓巍等 第二类吸收式热泵及其在冶金企业中的应用前景 2004年第6期
311 供暖
对于采暖用热泵来说,由于供热温度在100℃
以下就能满足要求,低温余热如电厂余热,各种加热设备烟气余热,从焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及轧钢等工序中产生的余热等均可作为热源。利用热泵技术时,在热源选择上应遵循温度较高的余热资源优先,余热热源与热能用户距离较近的优先、利用技术难度低的优先等原则,以提高应用热泵技术的经济效益。
与传统锅炉供热系统相比,决定热泵供暖系统节能率和节资率的因素有锅炉燃料价格、
锅炉效率、电能价格、发电效率及热泵供热系数等。从节能和节约燃料费用这两点看,采用热泵供暖方案的前提条件是,方案应同时具有较高的节能率和节资率312 干燥图2环,,在2处湿热空气被导入热泵的蒸发器进行除湿,除湿后的干燥空气由4处经冷凝器提高温度后再进入干燥室,从而完成干燥循环。
便地用于各种单效或多效蒸发器,而热泵的主要驱动能源是品位较低的热源,所以用这种热泵进行蒸发可获得高的节能效益。
4 在冶金企业中的应用实例
某焦化厂为方便输送冷凝煤气中含有的焦油雾滴和水蒸气以及煤气,需将温度90℃以上的煤气强制冷却到25～35℃。同时为了回收煤气中的氨和控制饱和器水平衡,煤气又需经过预热器加热到60℃左右。由煤气初步冷产生的热水温度为90℃,流量为50m3h,,既浪费能源
,(见图3)。所需要的外界冷却水采用。热泵的性能系数(COP)值为0.48,设计处理热水量50t/h,产汽量875kg/h,全年
可运行5500h,不但减少了能源浪费,还获得了大量的可利用的蒸汽,取得了良好的效益[5]。
图3 热泵应用工艺流程
图2 热泵干燥示意图
热泵干燥的特点是:(1)因使用的是废热,所以
节能效率高;(2)可实现干燥介质的湿度、温度和气流速度的准确与独立的控制,有利于热敏物质的干燥,干燥效果好;(3)干燥质量高;(4)可24h连续运转,不但使生产过程连续进行,而且运转成本低,可弥补设备初投资较高的不足。加拿大科学家已将热泵技术应用于钢铁厂排渣产生的废弃物上,用以干燥物料,可节能300MW.h/a,并可减少40%的废弃物排放量,同时还减少了温室效应气体的排出,取得了可观的经济效益和社会效益[4]。313 获得蒸汽、高温热水或提供生活热水
5 结 论
511 第二类热泵系统可以利用废热,回收大量的免
费能量作为供热所需的能量;其机器部件易维修,维
护费用低;运行时不需燃烧或排烟,因而该系统具有良好的节能性、安全性、经济性和环保性。512 目前我国电力事业迅速发展,但仍存在电力供应不足的问题。热泵具有清洁和使用方便的优点,如能较好地、合理地使用,是解决今后发展中能源紧张问题的有效手段。
参考文献:
[1] 黄胜春,张文辉.热泵技术的应用现状及其发展[J].冶金丛
如果合理设计,第二类热泵可利用60～90℃热水,产生高于100℃的蒸汽或高温热水;也可利用20
～40℃的热水,产生50～60℃的热水,供宾馆或居
民生活用热水。314 蒸发
刊.2003,144(3):11～13.
[2] 赵宗昌,等.第二类LiBr-H2O吸收式热泵热力循环分析[J].
节能技术.2002,20(6):5～9.
[3] 仁连伟,等.第二类吸收热泵的研究和发展[J].太阳能学报.
1998,19(3):335～342.
[4] 张焕芬.适用于钢铁厂污染废渣排出的热泵[J].能量转换利用
第二类热泵的主要特点是可得到温度较高(130
)的蒸汽或热水,这一温度的介质可十分方～150℃
研究动态.2003,(001):5～6.
[5] 王锡生.吸收式热泵在工业中的应用[J].节能.1997,7:10.
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