能源高效利用技术

能源高效利用技术（精选7篇）

能源高效利用技术 篇1

旅游循环经济是解决旅游环境问题、降低旅游企业能耗的重要途径,是实现旅游可持续发展的必由之路。在资源耗竭、环境恶化以及可持续发展的形势下,21世纪将是能源高效利用和节约利用的时代。本文主要探讨了能源高效利用和节约技术在我国旅游企业中的应用研究,能源的高效利用和节约技术的应用研究将促进旅游循环经济发展。

1 能源高效利用和节约技术与旅游循环经济

旅游循环经济思想是在循环经济思想的基础上形成的。循环经济倡导的3R原则,即“资源利用的减量化原则(Reduce)——在生产的投入端尽可能地少输入自然资源;产品的再利用原则(Reuse)——尽可能地延长产品的使用周期;废弃物的再生利用原则(Recycle)——最大限度地做到排放的无害化”[1]。旅游循环经济以实现资源再循环为基础,倡导资源、环境、交通、经济、社会等各方面的和谐,强调既有资源入口又有资源退出或再生利用途径的整合经济模式,把减量化和积极寻找替代品相结合,以最小的资源消耗和环境代价来促进旅游经济数量上的增长、产业结构上的优化和与国民经济发展的协调。它要求把旅游活动组成一个“资源—产品—再生资源”的循环式链条,使各种介入要素都得到最有效的利用,促进旅游产业的良性发展。

1.1 能源高效利用和节约技术的概念

按照《世界能源大会节能委员会》1979年的报告,节能是指采用技术上可行、经济上合理以及环境和社会可接受的技术措施(即采用使现有理想生活方式改变最小的方法)来更有效地利用能源[2]。《中华人民共和国节约能源法》中也已明确界定节能为:加强用能管理,采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施,减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费,更加合理、有效地利用能源。简单地说,能源高效利用和节约技术就是在不影响生产活力和生活水平的前提下,对能源的利用技术要做到减少浪费,降低消耗,提高效率,增加效益,改善环境(即做到减量化、再生利用、再循环),而不是简单地用减少供应、限制生产、降低标准等来实现。

1.2 对发展旅游循环经济的重要性

旅游业是第三产业中的大能耗产业之一,它与环境保护是一种良性的互动关系。良好的生态环境能为旅游业发展提供基本的生产条件和对象,激发旅游需要,旅游业的健康发展能促进环境改善和资源的优化利用。绿色旅游的目标是旅游业带动生态环境和社会文化的全面发展[3]。为了实现该目标,旅游业中的能源高效利用和节约技术的应用是必要措施,也是发展旅游循环经济的科技支撑力量之一。

2 能源高效利用和节约技术概览

旅游业各企业、各部门的设备应进行全面、多层次的节能技术改造。全面节能包括过程节能、系统节能和单元设备节能几个方面。过程节能是指通过设备工艺的优化,缩短设备工作时间达到节能的目的;系统节能是指设备的废气、废水、废热等的回收利用,提高能源利用率;单元设备节能包括空调系统、锅炉系统、照明系统、旅游建筑等设备的节能改造。此外,应在旅游业中大力发展应用可再生能源。表1为我国主要能源高效利用和节约技术概览。

3 旅游循环经济发展的能源高效利用和节约技术

国内外的实践已经证明,区域经济健康发展越来越取决于能源供应系统的保障能力,同时快速增长的能源消费也会给区域生态系统的良性循环带来越来越明显的破坏效应。因此,建立一种能源高效利用和节约技术体系的能源生产供应系统,已经成为旅游循环经济发展的重大举措。

3.1 旅游企业空调系统的运用技术

空调节能是推动空调技术发展与进步的动力之一。随着人民生活水平的提高,空调应用的普及,空调系统的能源高效利用和节约利用越来越显示出其重要性和紧迫性。随着旅游业的发展,旅馆、饭店类建筑档次的不断提高,能源消耗也在不断增加。据不完全统计,部分旅馆类建筑的能耗费用已占年营业收入的10%—15%,能耗费用已成为经营者是否盈利的重要因素之一。因此,能源高效利用和节约技术的推广不但可以带来环保等方面的社会效益,而且可为企业提高经济效益。

VSD变频驱动离心式冷水机组技术[4]:VSD变频驱动离心式冷水机组技术的应用可大大提高部分负荷性能指标;控制离心式冷水机组避开喘振点,提高机组运行可靠性;优化机组启动性能;部分负荷下运转速度低,降低机组噪声。采用变频离心机组每年可节电约2.1万kW/h,节约运行费用15.66万元(占全年运行费用的30.7%),而500RT离心式冷水机组的VSD变频驱动装置售价约为53万元。国内实践表明,所增加的投资在3年多的时间内即可收回,对大型的星级饭店是一种很好的空调节能设备。

双机头离心式冷水机组技术[4]:①双机头离心式冷水机组的特点。由于空调系统绝大部分时间在60%—50%以下的负荷条件下工作,双机头离心式冷水机组同等于制冷量的单机头机组在低负荷下可保持较高的能效比;与两台单机头机组相比,采用双机头机组可节省机房面积和设备管理的安装费用,缩小压缩机发生喘振的范围。一般单机头机组在30%负荷以下易发生喘振,而采用双机头机组可使喘振范围缩小到总负荷的15%以下。②双机头离心式冷水机组的能耗分析。如果全年夏季冷水机组运行时间按2400h计算,某饭店采用双机头离心式冷水机组全年节电率为13.97%,全年可节约电费15.6万元,购买双机头机组所增加的费用在1年的时间内即可收回。因此,对制冷机容量较大的宾馆、饭店、娱乐场、购物广场、旅游景区,采用双机头离心式冷水机组是一项有效的节能措施。③天然低温水源(地下水)技术[4]。该系统设计包括水源部分设计、空调热泵系统流程、热水加热系统流程、系统控制4部分。水源热泵系统没有燃烧设备,因此无火灾、爆炸等消防隐患,且避免了排放烟尘等有害物质。该系统不需要冷却塔设备,避免了冷却塔噪声、漂水、霉菌污染等问题,同时改善了建筑物的立面造型效果;地温一年四季均基本恒定,使热泵机组无论在制冷或制热工况下均处于较高的效率区,压缩机功耗低,运行费用大幅度降低,用电容量也相应减少。因此,水源热泵具有安全、环保、节能等优点,且基本上不受气候环境影响,适合大面积推广应用。④空调水系统的节能控制技术[4]。通过对宾馆用能情况进行全面测试分析发现,在总用电量中空调系统耗电占45%,在空调系统中冷冻水泵、冷却水泵耗电占30%。水泵的配置一般是按夏季最大负荷确定的,有的设计人员为了简化设计,把夏季的冷水泵和冬季的热水泵采用同一水泵。实际上,冬季空调的热水量仅为夏季冷水量的40%左右。变频控制装置的控制有两种方式:一种是无反馈控制,另一种是有反馈控制。无反馈控制安装简单,但由于没有考虑设备在实际运行中的负荷是随天气情况、客人数量、活动内容等因素的变化而变化的,因此控制较单一,没有实现动态控制,须辅以人工调节,节能及客房温度控制效果均较差。而采用反馈模式,实现闭环跟踪控制,可较好地解决以上问题。⑤空调系统水处理技术[4]。空调水系统(冷冻水和冷却水)在运行过程中,设备、管道常发生结垢、腐蚀等危害,使管道和设备泄漏、穿孔或堵塞。维修更换管道设备费用较多,特别是一些隐蔽性工程的维修难度较大。盘管表面结垢会使冷水机组和空调机组的热交换率大大下降,管壁上水垢每增加0.1mm,传热效率下降5%—10%,耗电量增加10%—15%。建议采取以下措施:一是化学水处理技术,即空调的水质稳定处理。水质稳定处理是针对水质情况投加相关的药剂。采用小剂量的药剂,既不改变水质本身的化学特性,又能起到防腐、阻垢、杀菌灭藻的作用。主要处理药剂有缓蚀剂(无机盐)、阻垢剂(聚合物),以及杀菌灭藻剂的运用。二是物理水处理技术,即CALC—TECH除垢器的应用。与化学方式不同,用物理方式处理水并不能使水质软化,不能把水中的矿物质提取出来,水的硬度没有变化,碳酸钙依然存在于水中。物理方法进行水处理的机理是使碳酸钙晶体结构发生变化,通常将150μm的晶体减小为20μm左右。这样大小的晶体其结构变成松散的针状,晶体不会附于管壁表面,而是被水带走。在输入管道中发生的腐蚀多属于电化学腐蚀,一般人们看见的红锈是Fe2O3·nH2O(或碳酸铁),氢氧化铁不断增多并不断脱落,这就是常见的红锈水现象。水流经过磁场水处理装置时,磁场中阴、阳极间产生电位差,有微小电子流发生,水管壁上生成的红锈与电子发生以下反应:3(Fe2O3·nH2O)+2e-→2Fe3O4+1/2O2+3nH2O。在此情况下生成的Fe3O4称为磁性氧化铁,它处于稳定状态,不再被氧化,从而达到除锈防腐的目的。物理处理方式有永磁式、电导式、电感式和脉冲电磁式几种。

3.2 旅游企业锅炉系统的运用技术

节油剂在燃油锅炉中的应用:燃油节油剂是以液相纳米技术研制成的一种水颗粒,直径仅为6nm的液相纳米材料。在水颗粒的表面有一层弹性和强度很高的薄膜,它能大幅度地降低油与水的界面张力,迅速溶入水中,同时保护自身的稳定。若添加节油剂的比例为1∶8000,则1t油中含有5.7×1014个节油剂水颗粒。燃油节油剂使用简单方便,适用范围大,不需添加辅助设备。以华辰大酒店为例,未使用节油剂的锅炉热效率为83.9%;而使用节油剂后的锅炉热效率上升到89.1%,提高了5.2%。同时,过剩的空气系数有所下降,烟气中SO2浓度下降4.1%,NOx浓度下降32%,机组运行较稳定。

热水锅炉防腐阻垢技术[4],即BF—30a法:为了解决热水锅炉的严重腐蚀问题,在国家科技部的支持下,北京化工大学研究成功了连用法热水锅炉防腐阻垢技术,该技术又称BF—30a法。它不需要除氧设备,只要按照工艺条件把具有防腐、阻垢、消泡、防失水作用的防腐阻垢剂BF—30a加入到系统中就能达到连续运行防腐阻垢和停用防腐保养的双重目的。性能测度和大量热水锅炉应用试验证明,该技术与现有技术相比,具有高效、方便、连续、廉价。BF—30a技术对热水锅炉系统的安全经济运行、使用寿命的延长、能源节约和供热质量的提高具有重要意义。

3.3 旅游企业照明系统的运用技术

运用技术主要有:①选择高效节能的灯具。如在旅游区(点)、旅行社、宾馆、饭店、购物商场、娱乐场所等选择单端荧光灯、三基色荧光灯、细管轻型荧光灯、节能型小射灯。②积极采用新型光源。一是采用ID高强气体放电灯。该灯的亮度是白炽灯的3倍,寿命是白炽灯的9倍,且具有白炽灯的暖色光,通常40—150W的HID灯最适合饭店大堂使用。设计实践表明,荧光灯和高压钠灯或金属卤化物灯的混光灯具是大型饭店一般照明的高效节能灯具。二是采用AR卤钨灯。采用厚玻璃抛物面反射器和经过特殊设计的光学透镜,是国内近年来开发出的新产品。为了强调被照对象的吸引力,照射到显示部位的光照度至少要达到其周围照度水平的5倍。对餐厅及商务中心陈列照明的聚光和泛光照明设计,一般采用窄光束的PAR38灯最适用。它比相同功率的白炽灯节电40%,寿命为白炽灯的2.5倍,显色指数高达100。目前,已有220V、220V/12V两种电压的PAR型卤钨灯,而12VPAR型50W投光灯早已在国内广泛应用,既节能又适用。③采用照明自动控制系统。可采用超声波开关系统、人体红外线感应开关、微可自动控制系统。④微处理器控制的移相调压技术[4]。数字控制的移相调压技术是当今最先进的全固态智能控制灯光节电装置,它的原理是利用微处理器控制晶管,实现无转折光滑波形切削技术,使通过灯具的电压、电流有效降低,确保灯光负荷的稳定运行。其电力变换的主要元件是高速双向晶管,切削的宽度大小可由人工确定,以保证谐波干扰和照度损失最小化,达到既获得最好的节电率又保证灯具的正常亮度的目的。

3.4 旅游企业建筑系统的运用技术

建筑节能主要包括两个方面:一是节流,即从提高供暖(空调)系统效率和减少建筑本身所散失的能源;二是开源,即开发利用新能源[4]。

节流:从节约的角度讲,应采取以下措施:①提高供暖(空调)系统的效率包括设备本身的效率、管网的传送效率,以及用户端的计量、室温调控装置等。如仅用户端的计量和室温调控技术的应用这一项,就可使区域供暖系统节约20%—30%的热能。②减少建筑本身能量的散失,就必须要有高效、经济的保温材料和先进的构造技术来有效地提高建筑维护结构的整体保温和密闭性能。为了保证良好的室内卫生条件,既要适当地通风又要设计配备能量回输系统,只有这样才能做到有效地节省建筑维护结构向室外散失的能量。以建筑维护结构中耗能量最大的外窗为例,透光材料从普通的单层3mm玻璃发展到使用镀膜、中空玻璃,大大提高了外窗的保温和隔热性能。③除了门窗以外,要提高外围护墙体保温隔热的构筑技术和材料性能。众所周知,外墙内保温构造具有施工方便、保温层不受室外气候侵蚀的优点,但内保温易于形成热桥,容易产生内部结露,室内墙面装修容易损坏保温层。由于保温层设在室内一侧,因此降低了室内的热惰性。而建筑外墙外保温比内保温更具有一定的优越性,它可避免热桥的产生,保温效率高。

开源:建筑节能的另一个方面则是开发利用新能源,尤其是太阳能。其目的是尽可能多地替代和节约常规能源,减少由于燃料对环境造成的污染。太阳能作为一种取之不尽的洁净能源,是建筑上非常具有利用潜力的新能源之一。太阳能在建筑上的利用方式主要有被动式太阳能采暖、太阳能供热水,主动式太阳能采暖与空调和太阳能发电等。

4 案例

餐饮业的废油脂回收后用于生产有机肥料、肥皂、化妆品等。如北京市西城区环保局从瑞典TTM公司引进一项新技术,该技术可回收利用餐馆排放的污水、油脂及残渣来生产有机肥料、肥皂、化妆品等。在废油脂回收利用方面,如香港九龙巴士公司在1999年与香港大学合作,利用餐饮业的废油脂提炼成生物柴油供九龙巴士公司的车辆使用;福建省采用新技术使垃圾油变为优质生物柴油,现已产出生物柴油5000多t,这两项关键技术降低了生物柴油的生产成本,使生物柴油生产从实验室走进了车间。随着垃圾油生产生物柴油技术问世后,“地沟油”将会得到有效的利用。

5 小结

旅游业各企业能源使用多元化、能源消耗量大是其基本营运性质决定的,特别是对旅游业三大支柱之一的酒店业而言,如何减轻能源耗损这一议题在当前已迫在眉睫。“科学技术是第一生产力”——在旅游业各企业中大力提倡和使用能源高效利用和节约技术,将有助于缓解旅游业中的能源需求压力,实现旅游循环经济质的飞跃。此外,科学合理的旅游规划、先进的旅游管理、创新的思维理念、切实可行的政策支持也是发展旅游循环经济的有力保障。

参考文献

[1]李琳桂.基于循环经济的“农家乐”旅游思考[J].哈尔滨学院学报,2005,26(11)∶83-86.

[2]张管生.科学用能原理及方法[M].北京:国防工业出版社,1986∶1-2.

[3]熊清华,程思厚.走向绿色的发展———云南“绿色经济强省建设理论探索”[M].昆明:云南人民出版社,2002∶20-24.

[4]谭志宣,孙一坚.饭店节能技术及应用实例[M].北京:化学工业出版社,2006∶97-197.

能源高效利用技术 篇2

作为山西省近年来快速发展起来的民营钢铁企业, 立恒钢铁股份有限公司坚持“节能环保型、循环经济型、清洁高效型”的发展理念, 实施全系统、全流程的能源高效优化管理, 加大节能项目投入, 采用了高炉BPRT、TRT、干熄焦和焦炉煤气直燃式发电等多项重大节能新技术、新工艺, 将钢铁生产过程中又产生出的可燃气体 (焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等可燃气体) 、余热 (蒸汽、热水、烟气) 以及余压 (高炉炉顶煤气的压差) 等这些二次能源充分回收、循环利用, 取得了非常显著的效果。不仅节约了能源改善了环境, 而且降低了企业的生产成本, 提高了产品的市场竞争力。

煤气回收与利用

公司产生的高炉煤气除了供烧结厂、炼钢厂、高线厂、水渣微粉厂、石灰厂等生产工序使用外, 富余的煤气全部用于煤气发电;转炉煤气全部供给高线厂、带钢厂、白灰厂生产使用;焦炉煤气全部用于发电。

高炉煤气回收与利用

公司六座高炉总容积2 896m 3, 高炉吨铁产煤气量为1 700m 3, 其中高炉系统自用50%, 富余的50%外供, 除了供给六台烧结点火炉、三台轧钢加热炉、石灰竖窑, 配套了一台75吨燃气锅炉和一台12MW汽轮发电机组;两台75吨燃气锅炉配套四台7.5MW凝气式汽轮机驱动四台高炉鼓风机, 使高炉煤气得到全部回收利用, 实现了零排放。高炉煤气平衡表如表1所示。

转炉煤气回收与利用

目前公司转炉煤气回收量达到吨钢120m 3, 日回收转炉煤气153万m 3, 与高炉煤气配合使用供给高线厂、带钢厂、白灰厂。

焦炉煤气回收与利用

立恒公司两座焦炉日产焦炭4 000吨, 每吨焦炭产生煤气量420m 3, 则焦炉煤气日发生量为1 680km 3, 外供50%为840km3/d全部用于发电, 配套了四台功率为15MW燃气轮发电机组, 日发电量为134.4万kw·h, 在燃气轮发电机组后, 配置了四台20吨余热锅炉和一台12MW纯凝式蒸汽轮机, 将燃气的余热也通过发电充分回收利用, 日发电量为28.8万kw·h, 以上两项共计163.2万kw·h, 使焦炉煤气得到全部循环利用。

余能回收与利用

立恒公司在余热余能回收与利用方面, 除了采用常规的余能利用技术对烧结矿显热回收、炼钢余热蒸汽回收、轧钢加热炉蒸汽回收, 还采用了高炉煤气干式除尘的余压发电技术、炼钢蒸汽发电技术、干熄焦余热发电技术等, 使钢铁生产过程的余热余能得到充分利用。

烧结余热的回收与利用

立恒公司本部两台100m 2烧结机的余热回收系统是充分利用带冷机的高温废气, 在两台带冷机附近设置1台20吨双压余热锅炉, 吸收高温烟气废热, 产生过热蒸汽, 驱动1台4 500kw双压补汽凝汽式汽轮发电机组发电。两台50吨转炉余热蒸汽并入余热发电的低压蒸汽母管用来发电。带冷机热废气属于中、低温热源, 废气温度在250~400℃之间变化。该系统自2011年5月投用以来, 运行稳定, 日发电量稳定在10万kw·h左右。烧结余热回收发电系统流程如图1所示。

立恒新区4台100m 2烧结机的余热回收系统正在建设中。

炼钢余热回收与利用

立恒公司本部的两台50吨转炉余热蒸汽并入烧结余热发电的低压蒸汽母管用来发电, 产汽量为10t/h。立恒新区三座65吨转炉, 开二备一, 产汽量为16t/h, 配套两台590kw螺杆发电机, 日发电量为2.2万kwh。

轧钢余热回收与利用

由于轧钢厂加热炉余热蒸汽量较少, 收集蒸汽投资不经济, 因此, 这部分蒸汽主要用于烧结预热混合料、浴池、冬季取暖等生产、生活用汽。

干熄焦余热发电

在焦炉的热平衡中被红焦带走的热量相当于焦炉加热所需热量的37%, 干熄焦可回收红焦热量的80%。采用干法熄焦, 每处理1吨焦炭, 可以回收约为1.35GJ的热量, 每干熄1吨焦炭可以产生压力为3.8MPa, 450℃的蒸汽0.54吨。立恒公司充分利用制氧厂产生的氮气, 配套了108吨余热锅炉和25MW汽轮发电机, 实现了干熄焦余热发电, 日发电量达到56.4万kw·h, 该技术的采用, 不仅实现了余热资源的回收利用, 并且还节约了用水量、减少了大气污染物的排放, 具有显著的经济效益以及社会效益。

BPRT的应用

立恒本部两座608m 3高炉均采用了将煤气干式透平机与AV50压缩机同轴设计的BPRT机组, 其工艺布置如图2所示。

1#、2#高炉BPRT的额定功率均为4 200k W。立恒本部高炉采用干式BPRT工艺, 目前吨铁发电量1#高炉达到40k Wh/t铁, 2#高炉达到42k Wh/t铁, 节能消耗显著。

TRT的应用

立恒新区四座420m 3高炉由于采用汽拖风机, 余压发电全部采用TRT, 配套了四台功率3 000kw的炉顶余压透平发电机组, 吨铁发电量为32kw·h。TRT工艺布置如图3所示。

建筑节能技术与能源利用浅析 篇3

中国人口众多、人均资源能源紧缺,随着城镇化进程的推进和居民对住房舒适度的不断提高,建筑能耗持续增加,我国政府已确立了以节能和提高能源和资源利用率为核心的发展战略,财政部长朱光耀在出席哥本哈根气候峰会时表示,中央财政在2010年及“十二五”(2011-2015年)期间将会加大在节能减排和可再生能源方面的支持力度,大力提倡发展风能、太阳能以及新能源科技装备技术,促进可再生能源的利用和开发。

1 建筑节能定义

建筑节能是指在建筑中通过采取合理的建筑设计、有效利用自然资源、采用高效设备和运行系统、提高能源利用率等,达到环境舒适性、降低建筑能耗的目的。

2 建筑节能指标

新建的建筑全面实行节能50%的设计标准,直辖市以及北方严寒和寒冷地区的重点城市试行节能65%的国家标准。

3 建筑节能的技术方式

建筑节能技术方式分为被动式节能和主动式节能。

3.1 被动式建筑节能技术

3.1.1 合理规划并优化设计方案减少能量损失

(1)总体规划中,充分考虑当地气候特征和生态环境,根据气候合理规划,严寒地区建筑物不宜布置在冷空气气流聚集处以减少热量损失,夏季炎热地区建筑物应布置在通风良好环境中,利用自然通风将热量带走,达到节约能耗改善室内热环境目的。紧密开发土地,合理组织各功能分区,综合开发利用地下空间,尽量减少土地占用,充分利用建筑场地周边的自然条件,保留和合理利用现有适宜的地形、地貌、植被和自然水系等。节能的规划可以营造理想的室外环境,为改善室内热舒适环境创造有利的节能条件。(2)建筑设计中,合理的确定建筑朝向、空间布局、建筑形态、平面形状等。建筑朝向应考虑当地日照方向和区域风环境,利用自然通风可以减少气流对区域微环境和建筑本身的不利影响。控制建筑物体型系数,在严寒地区应尽量减少建筑物外表面积;控制窗墙比面积,开窗面积要适宜室内的热环境和光环境;控制整个外围护结构热工性能,消耗最少的能量。建筑物合理布局可以形成优化微气候的良好界面,建立小型组团的自然平衡,最大限度减少建筑物能自身的能量消耗。

3.1.2 提高建筑物围护结构的热工性能

(1)外墙采用节能型材料提高保温性能减少外围护结构的传热来达到节能效果,如采用加气混凝土砌块及挤塑聚苯乙烯保温层等保温体系。外墙保温可以避免建筑热桥和墙面结露,保护主体结构并减少温度应力等。(2)屋顶应考虑通风降温设施,坡屋顶宜设置阁楼层,平屋顶设置架空层。采用倒置式防水挤塑聚苯乙烯保温,采用浅色屋面体系或涂刷热反射型涂料,屋面种植绿化和屋面遮阳等措施,有效降低夏季热负荷,改善建筑顶层室内空间热环境。(3)外窗采用中空玻璃、隔热玻璃、反射玻璃和LOW-E断桥铝合金镀膜玻璃等高效节能的玻璃,选择优秀的塑钢门窗、铝合金门窗及断桥式铝合金门窗等,增强门窗的保温性和气密性,防止室内外空气对流,改善室内环境,从而降低设备能耗。(4)室内外遮阳等措施,利用建筑构件遮阳,如采用外廊、屋顶挑檐,利用内外遮阳装置,如热反射窗帘、可调外遮阳及固定百叶等,建筑遮阳把夏季太阳辐射热阻挡挂在室外,有利于保持室内舒适度,对降低空调制冷和采暖能耗起到重要的作用。

通过提高建筑围护结构的保温隔热性能可以直接有效地减少建筑物的冷热负荷。在夏季可减少室外热量传入室内,在冬季可减少室内热量的流失,最大限度地提升建筑外围护结构的节能措施,从而可以降低本工程年耗热量。

3.2 主动式建筑节能技术

3.2.1 采用高效设备并降低建筑设施运行的动力能耗

(1)采暖通风与空调系统选用效率较高的用能设备和系统,如热泵系统、蓄能系统和区域供热、供冷系统、碳感觉器设置新风量等,采用能源管理和监控系统监督,调控室内的舒适度、室内空气品质和能耗情况。建立耗能基准分析,耗能效能分类措施,后期的运营维护和管理培养相关人员的使用习惯等。(2)选用节能的电气产品,如节能电力变压器及各种节电元器件及节能灯具的利用,节能灯光源(如T5日光灯,LED灯),采用电子镇流器等,照明器具根据日照强度进行自动调节并具备调暗功能,楼道照明采用节能自熄式开关,分类电计量及无功率补偿。室外公共区域采用LED灯具,电梯采用高效电机,选用具有节能拖动及节能控制装置的产品,如VVVF发动机并具有休眠状态功能。(3)建筑智能技术,设置实现冷热源、输配系统、照明和电力等能耗单独分项计量的设施和能耗监测管理系统,智能室温调控系统、室内智能采光系统、阳光自动追踪系统等。

3.2.2 可再生能源的利用

(1)太阳能开发利用技术。太阳能主要利用方式有太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。其中太阳能热水系统技术因节能显著应用广泛,太阳能与建筑一体化设计,结合屋顶集中设置太阳能热水集热板分户独立设置储水箱与其他辅助能源(电、其他燃料能等)组成分体热水系统,向住宅提供大部分生活热水。太阳能光电转化技术,利用太阳能组件将太阳能转变为电能,向住宅设备和家用电器提供生活电源并为庭院灯、公共空间提供照明用途等。(2)地热能开发利用技术。地热能利用方式有水源热泵和地源热泵技术,其中地源热泵技术能效比高,能同时给建筑物供冷、供热及生活热水。主要是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性,通过消耗电能,在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方,夏天把室内的余热转移到低位热源中,实现冬季采暖、夏季空调冷热源的高效节能设备,中国近些年浅层地热的应用,在二氧化碳减排方面取得不错效果,节省了大量的煤炭和电力资源。(3)风能发电技术。风力发电是风能开发利用的主要方式。该系统是将风能转化成电能的机械、电气、控制设备的组合,我国陆地风力发电设备主要分布在华北、东北、西北地区,这些地区风电场地形平坦,没有破坏性风速,近年来我国海上风能将成为风力发电产业发展的新领域,将成为未来风能发展的重点。(4)其他的能源的综合利用,如海洋能、核能、生物质能等可再生资源。

4 结论

我国高度重视节能减排工作,建筑节能工作的实施,对减少温室气体排放,发展低碳经济和保护生态环境起到至关重要的意义,国家也制定了相关的政策和法规来规范建筑节能工作。在现有资源和环境约束下,更新传统用能结构,综合开发和利用新能源,降低转化成本,提高能源使用效率,是未来新能源的发展方向,将进一步实现中国经济向可持续的发展的目标。

参考文献

[1]中国建筑节能网www.chinagb.net[OL].

[2]杨惠忠.建筑节能新技术研究与工程应用[M].北京.中国建筑工业出版社,2009.

[3]中国新能源网www.newenergy.com.cn[OL].

能源高效利用技术 篇4

中国在畜禽养殖场沼气工程发展方面较快，截至2007年，建成畜禽养殖场沼气工程约2.66万处，总池容285万m3，年产沼气达3.56亿m3，但作为发酵原料的畜禽粪便出现不足。中国是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一，利用农作物秸秆和藤蔓作为发酵原料可解决沼气原料不足的问题，并且同时还可以有效利用资源，实现生态、可持续农业的发展要求。利用秸秆和藤蔓作为原料，进行循环综合利用，对缓解我国常规能源紧张状况，促进社会经济的可持续发展和生态环境的改善都具有重要意义。此外，为减少PM2.5等有害颗粒物和气体对空气的危害，各级农业管理部门为防止农户焚烧秸秆，每年都投入大量人力物力，控制成本较高。通过实施该技术，可就近消化农田产生的秸秆和藤蔓等，变废为宝，建立农业现代化的示范区，最终达到发展生态农业的战略要求。目前我国大型干发酵处理技术还处于技术研发阶段，技术模式还没有定型，相应的干法厌氧发酵技术装备也还没有完全定型的产品。

一、秸秆和藤蔓综合利用

1. 秸秆和藤蔓综合利用的实现方式

农作物秸秆和藤蔓是一种宝贵的资源，提高秸秆和藤蔓的综合利用率，是建设资源节约型、环境友好型社会的必然要求，秸秆和藤蔓综合利用是发展循环农业经济，实现农业可持续发展的重要手段，秸秆和藤蔓循环综合利用，正是按照科学发展观的要求，避免秸秆藤蔓焚烧造成资源浪费和环境污染，为建立生态农业奠定坚实的技术基础，通过实施该技术，可就近消化农田产生的秸秆和藤蔓等，变废为宝，建立农业现代化的示范区，最终达到发展生态农业的战略要求。

秸秆和藤蔓等有机物质经过粉碎，通过厌氧发酵产生的沼气是一种可持续的清洁能源，沼气是一种可以燃烧的气体，主要成分是甲烷，可用来发电、燃烧烧饭等，解决农村用电紧张和生活燃料不足的问题。发酵产生的沼渣、沼液含有农作物所需的丰富的氮、磷、钾、腐殖酸等有机质和植物生长需要的多种营养成分，是理想的有机肥料，可减少化肥等无机肥料的使用量，有利于改良土壤结构，促进农作物增产，提高农产品质量，降低生产成本，改善和治理水污染。

2. 秸秆和藤蔓综合利用流程

秸秆和藤蔓综合利用的流程如图1所示，首先对秸秆和藤蔓进行原料的预处理，即把搜集到的秸秆和藤蔓用粉碎机进行粉碎，然后对发酵原料进行1-3天的好氧堆沤，然后把原料输送到调节室并进行搅拌，同时加入降解菌，将调节好的料液通过上料装置送到厌氧发酵反应器，与接种物充分混合，并通过反应器的搅拌装置进行混合，发酵后获得沼气、沼渣和极少量沼液。沼气经过脱硫塔等装置后，进入缓冲罐，经过压缩机，得到清洁的沼气进入储气罐，用来满足生活用气、燃烧锅炉供暖等。沼渣直接排出反应器被收集，可直接作为有机肥料使用，也可经过加工后，制成复合肥料。

二、基于干法发酵技术的综合利用技术

1. 利用秸秆和藤蔓干法发酵技术。

本项目采用的原料主要为富含有机营养物质的秸秆和藤蔓，厌氧发酵技术采用在中温(35℃左右)条件的干法发酵技术，与传统湿法发酵技术相比，耗能低，可节省自身能量15%左右;沼气质量高，含硫量远远低于湿法沼气，脱硫成本低;占地少，反应室土建费用低，并且为模块化机构，易扩展;进料出料可使用通用的装载机，通用性较强;发酵剩余物中废液很少，不用经脱水装置处理，经过短时间堆积即可作为有机肥料还田，所以沼渣存储和后处理费用较低;为保证温度，在整套装置外罩一塑料大棚。在发酵过程中, 对发酵原料的PH值进行监控, 当PH值低于6.4时, 可加入石灰水或者氨水调节, 可保证沼气干发酵过程的顺利进行。

2. 秸秆和藤蔓综合利用的关键。

在沼气干发酵过程中，温度是调控发酵菌群、强化产气的重要条件，因此保证中温并基本恒定是实现预期目标的关键一环;由于干发酵底物固体含量较高，发酵原料有一定的浓度，传热和传质比较困难，因此，接种物与底物混合有一定的难度，为提高反应的传质效率，在反应器中设置混合搅拌装置，可加快沼气产生的速度;采用多点进料和多点出料，保证原料充分反应。

三、结束语

能源高效利用技术 篇5

一、地源热泵的技术原理

根据国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB50366, 地源热泵系统定义为:以土壤或地下水、地表水为低温热源, 由水源热泵机组、地能采集系统、室内系统和控制系统组成的供热空调系统。地能或地表浅层地热资源的温度一年四季是相对稳定的, 土壤与空气的温差一般为17℃, 冬季比环境空气温度高, 夏季比环境空气温度低, 可以分别在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度, 是很好的热泵热源和空调冷源。在冬季, 把土壤中的热量“取”出来, 提高温度后供给室内用于采暖;在夏季, 把室内的热量“取”出来释放到土壤中去, 达到降温和制冷的目的。地能的温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%~60%, 可以节能和节省运行费用40%~50%左右。

二、地源热泵的技术分类

根据地能采集系统的不同, 地源热泵系统分为三种不同的系统:以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵;以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统;以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统。这样的分类在国内的暖通空调界已经达到了共识。在这三种系统中, 由于土壤资源广泛, 目前和将来土壤源热泵将是地能利用的重要形式和今后发展的主要方向。

三、地源热泵的技术优势

1. 可再生能源利用技术

地源热泵是利用地球表面浅层地能资源作为冷、热源进行能量转换的供热制冷空调系统。地表浅层地能资源是指地表浅层通过吸收太阳能、地热能而蕴藏的低品位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器, 它收集了50%左右的太阳能量, 比人类每年利用的能量还多500倍。它不受地域、资源等限制, 真正是资源广阔、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源, 使地能成为清洁的可再生的能源。同时, 地下是一个巨大的蓄能体, 他可将热泵迁移的能量部分地蓄存, 实现冷、热源的交替再利用。

2. 经济有效的节能技术

地能资源的温度一年四季相对稳定, 冬季比环境空气高, 夏季比环境空气低, 是很好的热泵热源和空调冷源。这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%~60%, 因此, 可节省运行费用40%~60%。另外, 地能温度恒定, 使热泵机组运行更可靠、稳定, 保证了系统的高效性和经济性。

当然, 影响地源热泵使用经济性的因素有很多, 如国家能源政策、环保政策、电与燃料价格、建筑环境和使用者、气候条件以及非正常的炎热或寒冷季节等。据世界环境保护组织的一份有关空调的未来发展趋势的报告所得出的结论:地源热泵技术在为家庭居民带来舒适、可靠和高效节能的同时, 将成为降低国家能源消耗和环境污染的一个主要力量。设计安装良好的地源热泵, 平均可以节约40%甚至更高的供热制冷空调的综合运行费用。

3. 环境效益显著

地源热泵虽然仍采用制冷剂, 但可比常规空调装置减少25%的充灌量, 属自含式系统, 即该装置能在工厂车间内事先整装密封好, 因此, 制冷剂泄漏机率大大降低。地源热泵的运行没有任何直接污染, 可以建造在居民区内。由于替代锅炉燃烧供热, 没有排放物及废弃物, 不需要堆放燃料和废物的场地, 以及不用远距离输送热量。没有目前空气源空调的热污染和较大的噪声污染等。

4. 使用寿命长, 维护费用低

地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管, 寿命可达50年, 是分体式或窗式空调器的2~4倍。地源热泵系统运行部件比常规系统少, 因而维护次数少, 维护费用低。机组紧凑, 节省空间。全电脑控制, 性能稳定, 可以电话遥控, 可以进行温湿度控制和新风配送。系统安装在室内, 不暴露在风雨中, 可免遭损坏, 更加可靠, 使用寿命更长。

5. 采暖、供热和制冷一体化

地源热泵系统可采暖、空调制冷, 还可提供生活热水, 一机多用。一套热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调以及生活热水加热的三套装置或系统。可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑, 更适合于别墅住宅的采暖、供热和空调。

四、地源热泵的技术问题

要说明的是在应用地源热泵系统时, 不能破坏地下水资源。这里引用《地源热泵系统工程技术规范》GB50366的强制性条文, 即:3.1.1地源热泵系统方案设计前, 应进行工程场地状况调查, 并对浅层地热能资源进行勘察。5.1.1地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计, 并必须采取可靠回灌措施, 确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层, 不得对地下水资源造成浪费及污染。系统投入运行后, 应对抽水量、回灌量及其水质进行监测。

另外, 如果地源热泵系统采用地下埋管式换热器的话, 要注意并进行长期应用后土壤温度变化趋势的预测。由于应用地区采暖和空调使用时间不同, 对于以采暖为主地区, 抽取土壤热量 (冬季) 会大于向地下土壤排热量 (夏季) , 结果长期使用后 (比如5年, 10年, 15年后) , 土壤温度会逐渐下降, 以至冬季机组运行效率下降, 出力下降。对于以空调为主地区, 向地下土壤排热量 (夏季) 会大于抽取土壤热量 (冬季) , 结果长期使用后, 土壤温度会逐渐上升, 同样, 机组夏季运行效率下降和出力下降。因此, 在设计阶段, 应进行长期应用后 (比如25年后) 土壤温度变化趋势平衡模拟计算。或者, 要考虑如果地下土壤温度出现下降或上升变化时的应对措施, 比如, 有可能设冷却塔, 有可能设辅助热源, 有可能设计复合系统等等。

五、地源热泵的节能意义和发展前景

目前, 70%的大气污染源于燃煤, 特别在冬季, 国内大部分采用燃煤取暖。煤是各种能源中污染环境最严重的能源, 只有减少煤的使用, 大气污染问题才有可能得到解决。另外, 随着经济和社会发展和城市化进程的加快, 建筑能耗在整个社会终端能耗中所占比例越来越高, 建筑节能问题已成为社会发展过程中不可忽视的重要问题之一。要想在满足社会发展和人民生活水平不断提高的前提下, 大幅度降低建筑能耗水平, 实现城市建设的可持续发展, 必须从“开源”和“节流”两方面采取措施。其中, “开源”就是要促进可再生能源在建筑中的规模化应用。

国家总的能源政策是节能和新能源开发、再生能源利用并重, 因此, 地源热泵技术的推广应用在我国具有极大的现实意义。地源热泵比风冷热泵节能40%, 比电采暖节能70%, 比燃料锅炉效率提高50%, 所需制冷剂比一般热泵空调减少50%。从降低运行费用、节省能源、减少CO2排放量来看, 地源热泵都是一个不错的选择。它不但是一种先进的技术, 高效、节能、环保, 有利于可持续发展;而且它的能量来源于自然能源, 不向外界排放任何废气、废水、废渣, 是一种理想的“绿色空调”。因此, 地源热泵被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统, 该系统无论严寒地区还是热带地区均可应用, 可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等区域。

地源热泵技术在美国、加拿大和北欧国家已广泛应用了几十年, 并且每年的普及率还在递增, 其技术已经日趋成熟。在过去的10年中, 超过30个国家的地源热泵年增长率达到了10%。地源热泵的优势使其成为近年来世界可再生能源利用及建筑节能领域中增长最快的产业之一。

我国的地源热泵行业已经开始起步, 而且发展势头良好。目前, 北京、天津、上海、武汉、南京等地政府出台了针对地源热泵技术应用的地方性法规, 积极开展地源热泵工程项目示范, 并逐步进行规模化推广应用。随着生态环境保护的深入人心和节能意识的加强, 可以预计中国的地源热泵市场将非常广阔, 将会有越来越多的人开始认识和熟悉利用广阔地能资源的供热制冷热泵系统。

六、天房集团采用地源热泵系统的示范工程

天房集团作为天津城市建设的“主力军”和“排头兵”, 始终致力于改善民计民生、履行社会责任。近年来, 集团积极响应市委、市政府“构筑生态宜居高地”的总体部署, 大力推进建筑节能和绿色建筑, 实现了由点到线、由线到面的跨越式发展。集团在所开发建设的各类项目中, 突出生态宜居理念, 注重低碳节能, 大胆引进先进的绿色节能环保技术, 其中地源热泵系统就是集团一直在大力推广的示范技术之一, 在天津市乃至全国起到了引领和带动作用。

集团股份公司2008年在天房美域会馆项目就采用了地源热泵供暖空调系统, 共计打了48口地下换热井, 经过一年的试运行, 达到了降低能耗的效果, 显现出了新能源的技术优势。

集团天港公司在团泊示范镇配套公建项目中, 也采用了地源热泵这种更加节能和环保的供热方式, 满足了公建冬季供暖和夏季制冷的需求。经过测算, 与锅炉加空调的传统供热制冷方式相比, 此技术年运行费用可以节省19元/平方米。土壤源热泵方式不直接排放二氧化碳, 从耗电角度折算, 相比传统工艺可以减少二氧化碳排放量117吨/年。同时公司联合高校的专家, 博采众长, 共同开发了一套土壤能+太阳能综合创新技术交叉应用体系, 很好地解决了目前地源热泵在北方地区使用中遇到的土壤温度不平衡的问题。

七、结语

呵护人类共有的地球家园, 建设生态宜居城市, 积极应对气候变化, 实现人口、资源、环境可持续发展是所有房地产开发企业的共同责任。今年, 天房集团房地产开发面积将超过500万平方米, 其中保障性住房项目开发规模超过300万平方米, 随着各开发项目的逐渐铺开, 地源热泵系统的利用前景将更加广阔。集团已经具备了较好的热泵科研与应用基础, 我们有理由相信, 在充分学习和借鉴业内先进技术和运行经验的基础上, 集团完全有能力在不长的时间内开拓出具有天房特色的地源热泵供热制冷应用体系。

参考文献

[1]高青, 于鸣.效率高、环保效能好的供热制冷装置—地源热泵的开发与利用[J]吉林工业大学自然科学学报, 2001, 31 (2) :96-101

能源高效利用技术 篇6

一、教学理念和方法的提升

专业选修课的特点决定了它的教学不同于必修课。它强调知识的系统性、完整性, 重视研究兴趣的激发、最新科研动态的传递及学习和科研方法的引导。这就需要高校教师创新教育观念, 采用多种教学方法, 提高学生的学习兴趣和爱好, 高质量地完成教学过程。

1、注重学生主观能动性的发挥。

改变以教师“教”为中心的传统灌输式教学, 根据教学目标和教学内容, 将问题教学法、案例法、示范法等多种教学方法灵活运用。采用启发式教学方式, 引导学生提出问题、思考问题、研究问题, 变学生被动接受为主动学习, 而教师的角色则从以“教”为主逐渐转化为以“导”为主。积极开展以案例分析为背景的教学模式, 运用丰富生动的案例讲解深奥的理论, 通过对案例的分析提高学生分析解决和解决问题的能力。根据教学内容, 可以适当采取讲授法、讨论法和自学指导法相结合的教学方法, 提高学生积极主动的参与意识, 鼓励学生提问、概括、假设、陈述、主动求知。

2、充分而合理利用多媒体教学。

多媒体作为一种现代化教学手段, 被广泛应用于各高校的教学当中。灵活的图形、视频和动画, 能够直观、形象地再现客观事物和过程, 有助于调动学生学习的积极性, 激发求知欲望;也能提高教学效率, 优化教学过程, 有利于因材施教, 激发学生的创新精神。

二、教学内容的更新

可再生能源利用技术处于学科发展的前沿, 教学内容需要不断更新, 现有教材往往难以满足日新月异的知识更迭。因此, 笔者在有限的能力范围内, 更新并整合了最新的科技发展成果和科研成果作为教学内容, 向学生阐述可再生能源利用技术的基本原理、关键技术及发展趋势, 让学生充分接触各种知识, 拓宽视野, 了解科技前沿的最新动态, 激发和培养学生的创新意识, 这也恰恰是本专业选修课的目标所在。以波浪能部分的教学内容为例。波浪能发电涉及地理学、空气动力学、机械设计及多种电气工程专业方面的学科, 学生缺乏相应的知识储备。因此, 如何系统高效的介绍相关的基础知识并摒弃冗余部分是问题的关键。为此, 笔者从最新的《国家地理》的环保达人系列精选出《海水发电》部分, 该部分内容深入浅出、图文并茂, 科普性和前沿性并重, 在充分调动学生兴趣的同时, 把晦涩难懂的原理和知识传递给学生。再结合书本和板书, 学生们轻松掌握了诸如波浪能到电能的转换步骤、波能转换器模式、波能转换装置的主要结构等内容。

三、考核方式的优化

考核环节作为教学活动的有机组成部分, 是整个教学过程的重要环节之一。长期的实践证明, 此环节能有效地促使学生复习和巩固所学内容, 检查他们对所学知识、方法和技能的理解、掌握及运用情况, 既是评定学生学习成绩的有效手段, 也是检验教学效果、取得反馈信息、改进和提高教学质量、推进教学改革的主要途径[4]。传统的课程考核方式——考试, 虽有其合理性, 却束缚了学生的发散思维, 忽视了对学生学习能力和创新能力的考查。对于专业选修课, 有必要根据不同教学内容采取灵活多样的考核方法。笔者对采取了平时表现与期末考核相结合的方式:平时成绩占总成绩的30%, 在平时授课过程中, 对每位学生的学习情况进行记录, 包括随机提问兼顾出勤考查、回答教师问题的质量、讨论课上发言等;期末考试成绩占总成绩的70%, 试题多以论述题为主, 学生根据对问题的理解和认识进行解答, 解答过程中学生可以充分发挥自身的创新意识, 对当今能源领域的一些问题提出有参考价值的意见与思考。通过这样的考试学生不仅掌握了可再生能源方面的知识, 而且分析问题、解决问题的能力也得到提到。这种考试方式也得到广大学生的普遍认可。同时笔者可以了解不同学生的兴趣所在, 从而为春季学期毕业设计的定题提供依据, 为教学的连续性提供帮助。

四、结语

“可再生能源利用技术”作为热能与动力工程专业学科前沿的专业选修课, 具有多学科交叉, 知识面广且知识更新速度快的特点, 课程的教学内容需要不断调整, 教学方法也应不断改进。“可再生能源利用技术”的教学应以人才培养为中心, 优化教学方式、更新教学内容、加强实验环节、强化创新意识, 培养学生主动学习能力和创新能力, 解决学生重书本、轻能力、缺乏创造性及灵活性、主动性不够的问题, 培养出紧跟时代步伐的有技术、有创新能力的合格的应用型人才。从教学效果和学生们的反馈结果来看, 学生学习兴趣浓厚, 缺课人数少, 课堂反响强烈, 取得了较好的效果。当然考虑到本门课的特点, 在今后的教学实践中, 还需不断探索创新, 积极培养学生研究式和探索式的学习方式, 不断提高教学质量和人才培养水平。

摘要：阐述了开设热能与动力工程专业选修课《可再生能源利用技术》的意义和目的, 系统地探讨了《可再生能源利用技术》课程的教学理念和方法、教学内容和考核方式的更新和优化, 以提高该课程的教学质量和效果。

关键词：可再生能源,教学研究,专业选修课

参考文献

[1]《可再生能源中长期发展规划》, 《可再生能源》, 2007, (05) :1-5。

[2]庞力平、康志忠、王世昌:《热能工程高年级选修课的创新教学实践》, 《中国电力教育》, 2008 (7) :84-85。

[3]祁强、张广溢:《电机与拖动基础多媒体教学的体会》, 《高等教育研究》, 2008, 25 (3) :33-36。

能源高效利用技术 篇7

关键词：剩余污泥,材料化,能源化

0 引言

近年来我国对污水处理越来越重视,污水处理设施建设得到了高速发展,污水处理厂的数量大幅增长,在污水处理的同时,越来越多的剩余污泥也随之产生。污泥中所含成分极其复杂,处置不当很容易给水体、土壤、大气带来二次污染。因此,污泥处理处置被列为国家污染防治规划的重点方向,受到了广泛关注。

目前,厌氧消化是国际上常用的较为经济的污泥生物处理方法。M.Pogrzeba等将厌氧消化后的干污泥与飞灰混合用于重金属污染的土壤,减轻了重金属对微生物、菌类、植物的毒理作用[1]。光大水务济南市污水处理二厂将剩余污泥与稻壳、泥炭、粉煤灰等调理剂在优化配比58∶16∶40∶36的条件下进行好氧堆肥[2]。S.Nanekar[3]则采用混合微生物与香根草结合的方式处理油性污泥中的芳香烃和重金属。由于剩余污泥中含有大量的硅、铝、铁和钙等成分,与许多建筑材料的原料组成很接近[4],因此有学者利用剩余污泥制备生态水泥、生化纤维板,制砖、陶粒等建筑材料[5,6,7]。据统计我国每年产生的污泥约有48%进行了农田利用,34%进行了填埋,4%用于焚烧及其他处理,其余的排放到环境中[8]。由此可见我国污泥仍以农田利用为主,但农用对污泥要求较高,且污泥农用对污泥中有机质的利用率也不高。从《欧盟污泥指南》中得知,许多欧盟国家在农业上对利用污泥进行了严格限制,但我国目前并没有提出相关指标[9];而污泥的其他处置方式也具有各自的局限性,如填埋占用土地,泥中所含有的重金属与复杂有机物会对土壤及地下水造成污染;污泥焚烧则会产生废气,浪费热能,存在对空气产生二次污染等问题。近些年固废处理政策由减量化向资源化的方向发展,而制备吸附材料和能源利用是污泥资源化的两个主要方向,目前污泥材料化和能源化处理技术取得了快速发展,但技术的成熟度、配套设备还不够完善,大量相关研究也仅停留在实验阶段。本文在综述大量文献的基础上,着重从利用剩余污泥制备吸附材料以及污泥的能源利用方面探讨剩余污泥的出路;并对剩余污泥的处理与急需解决的秸秆问题进行了展望,以期达到在“泥秆共治”的基础上使剩余污泥材料化与能源化有机结合。

1 污泥吸附剂研究进展

利用污泥为原料制备的吸附材料主要成分为碳,该类技术不仅可以解决污泥产生的二次污染问题,还节省制备商品活性炭所用到的木材、煤炭等资源,而且用污泥制备吸附材料会使成本大大降低,制备的吸附材料还可以用于有毒有害气体与重金属等污染物质的吸附,污泥中所含有的大量重金属氧化物使污泥基活性炭充当吸附剂的同时作为催化剂[10],达到以废治废的目的。

1.1 单一污泥为原料制备吸附剂

ZnCl2、H2SO4、KOH、Na2CO3、H3PO4等是污泥制备吸附剂时常用的活化剂[11]。余兰兰等[12]探讨了不同活化剂对污泥吸附剂性能的影响,研究认为将ZnCl2与H2SO4复合后对污泥活化的效果最好,其碘值为596.58 mg/g,收率为51.8%,当吸附剂的投加量为0.5%时,城市污水的COD去除率为79.09%,吸附容量为47.84mg/g。张伟等[13]以市政剩余污泥为原料,以硫酸作为活化剂制备吸附剂,并将其应用到含亚甲基蓝废水处理中。该研究表明,当吸附剂的投加量为2.0g/L、pH值为7.5时,吸附剂对亚甲基蓝的最大吸附量为38.4794mg/g。苏欣等[14]直接将含水率大于80%的脱水污泥与ZnCl2粉末混合浸渍,使污泥浸渍活化更充分,制备的碳质吸附剂比表面积高于干污泥活化,且节省了前期污泥干燥等预处理过程。卫新来等[15]以脱水污泥为原料,KOH为活化剂,当KOH溶液质量浓度为40%、KOH与污泥的质量比为3∶1、活化温度500℃、活化时间60 min时,制备的吸附剂碘吸附值达到631mg/g,对电镀废水中主要重金属的去除率平均可以达到73.46%,吸附去除效果良好。Anderson等[16]研究指出在pH值较低或超过150℃的加热等预处理条件下,污泥的物理结构会发生不可逆转的变化,增强污泥的脱水性,预处理后的污泥展现出更好的渗透性和更高的硬度。崔龙哲等[17]将污泥经过硝酸溶液浸泡,振荡并离心分离,再用去离子水洗涤等程序,制备成碳质吸附剂。在pH值为2.0的条件下,吸附剂对水溶液中活性红4的最大吸附量为(25.8±0.4)mg/g;在pH值为7.0的条件下,吸附剂对亚甲基蓝的最大吸附量为(161.2±10.0)mg/g。盛蒂等[18]采用微波活化与化学活化结合的方式处理剩余污泥,在活化剂KOH溶液浓度0.5mol/L、固液比1∶1.5、浸泡24h、微波炉活化420s时,制备的吸附剂碘吸附值达到537.63mg/g。

1.2 污泥添加生物质废弃物制备吸附剂

由于污泥中的含碳量偏低,因此在制备过程中有研究人员向污泥中添加生物质废弃物以提高材料的含碳量,其中秸秆类材料选用较多。陈友岚等[19]将活性污泥和玉米秸秆混合制备吸附剂,用于吸附垃圾渗滤液中有机物。研究得出当混合原料中秸秆质量分数占45%时制备的吸附剂,在pH值为4.0的条件下对渗滤液中COD去除效果最好。金玉等[20]将秸秆和污泥制备的吸附剂用于重金属废水的吸附处理,得到了较好的去除效果。他们也提到了实验所用的活化剂并没有进行回收利用,可能会造成二次污染的问题。以壳类物质作为制备污泥吸附剂的添加剂也有较多的研究成果,如卢雪丽等[21]以污泥与谷壳为原料制备了污泥-谷壳吸附剂(SCA),谷壳的添加增加了污泥的含碳量,有利于吸附剂性能的提高。在吸附温度为25℃、吸附时间400 min的条件下,酸性大红的吸附量为125mg/g,碱性嫩黄的吸附量可达170mg/g。J.H.Tay以消化污泥与废弃椰子壳等有机材质联合制备了污泥活性炭,认为低成本的污泥活性炭具备污染治理应用的前景[22]。此外还有学者将植物纤维内芯作增碳剂,如游洋洋等[23]在污水处理厂生物污泥和Fenton氧化法产生的含铁化学污泥中添加玉米芯作为增碳剂,以ZnCl2为活化剂,实现炭质载体制备与金属氧化物负载过程的结合,制备出含铁氧化物的污泥活性炭。在该试验中,污泥基活性炭被应用于催化臭氧氧化降解水中罗丹明B;将臭氧的强氧化性与催化剂的吸附、催化特性结合起来,随着臭氧通量的增加以及溶液pH值的增大,罗丹明B的去除率可达80%以上。

1.3 污泥添加矿物材料制备吸附剂

矿物材料中含有多种无机物成分,研究显示一些金属及其化合物对碳的气化有催化作用,能调控吸附剂的孔结构,从而极大改善污泥基吸附剂的性能。羊依金等[24]将软锰矿添加到污泥中,采用ZnCl2活化制备污泥炭,研究发现添加软锰矿后的污泥炭表面出现更多的孔,从而导致软锰矿-污泥炭比表面积增大,孔容增加。分析认为软锰矿中的β-MnO2以及α-Fe2O3是一种良好的化学反应催化剂,能够催化分解污泥中难分解的有机质,从而使样品活化炭化更加彻底;钛铁矿中含有多种金属化合物如二氧化钛、氧化铁和氧化锰等。污泥在活化过程中能通过自身挥发产生孔道,也能对碳的气化起催化作用,使污泥中难分解和转化的有机物充分转化,从而促使更多的孔生成,增加了复合吸附剂的比表面积[25]。孙瑾等在剩余污泥中添加少量钛铁矿制取钛铁矿-污泥复合吸附剂,在吸附时间为100min的条件下,吸附剂对酸性品红的吸附平衡容量为24.93mg/g,吸附率可达99.71%。研究发现材料中如果含有SiO2,在原料被炭化的时候能够给新生的碳提供骨架,随着温度的升高,材料形成孔隙发达的微晶结构[26]。陈红燕等[27]将城市污泥与膨润土按一定比例混合后用适量的水混合均匀,陈化12h,用挤出造粒机制成柱状颗粒,在空气中自然干燥,然后经马弗炉焙烧制成颗粒状吸附剂。其中污泥与膨润土质量比在6∶4、550℃焙烧2h的条件下制成的吸附剂对铅离子的去除率达90%以上。此外,杨潇瀛[28]在活性污泥中加入粉煤灰,污泥与粉煤灰配比为9∶1,在300℃时制得的污泥基吸附剂对亚甲基蓝印染废水的最大吸附量为37.49mg/g。

大量的实验研究显示利用剩余污泥制备吸附材料都有较好的吸附效果,但是制备过程繁琐,历经脱水、烘干、研磨、活化剂浸泡、热解活化、酸洗、漂洗、烘干和研磨等多道工序;对制备过程中的副产物没有进行深入的分析探讨,活化剂、酸等试剂使用后没有进行妥善处理。虽然在污泥中添加生物质材料能提高污泥的含碳量,但在制备过程中仍采用了大量的化学活化剂,使用后易造成环境的二次污染。草木灰为草本木本植物燃烧的灰烬,经测定草木灰中含有植物体内所含有的大部分矿物质元素,其中的氧化钾吸水后会形成KOH,而KOH可以充当污泥制备吸附材料的活化剂。因此利用生物质废弃物代替活化剂对避免环境污染能起到积极的作用,随着污泥活化技术的创新优化,制备方法日益精简成熟,制备成本的降低,污泥制备吸附剂定会大规模应用于生产实际,形成工业规模[29]。

2 剩余污泥能源利用技术研究进展

剩余污泥作为能源利用既能减轻环境污染,又能减少现有资源的损耗,污泥自身在提供能量的同时实现了减量化目的。目前剩余污泥能源化的处理量仅次于污泥农田利用,未来的能源化处理比例必定会更高,能源利用率也会更高。

2.1 热解制油产气与厌氧发酵产气

在无氧或缺氧的条件下将污泥加热到一定温度,在催化剂的作用下经过干馏、热分解等作用将污泥中的有机物转化为碳氢化合物与油或炭等发生作用的可燃性产物。S.Rio.C等[30]通过实验得出污泥热解可分为3个阶段:20~200℃污泥中水分和少量易挥发有机物挥发;200~500℃污泥第一次炭化,挥发性有机物和生成的液体油被去除;500℃以上污泥深度裂解和炭化。Aneta等[31]采用热重分析法分析出污泥减量化主要发生在180~580℃的污泥分解过程。朱玉雯等[32]通过实验研究了污泥热解产物的热值,得出热解液热值在550~650℃时达到最大值,气液产物总热值在650~850℃热解时达到综合最大值,随温度的升高,气体热值所占比例升高,热解液热值所占比例降低。Chen Hongmei等[33]研究认为热解温度从550℃到800℃的升高会使有机生物油和有机碳的产率下降,有机碳的比表面积增加,生成的有机生物油由酚、酯、胆甾、酮、酰胺、吲哚、腈等组成。喻健良[34]研究指出污泥在催化剂碳酸钠的作用下,在反应温度为270℃、碳酸钠用量为4.0%实验条件下,热解75min后的产油率可达18.4%,具备较好的经济价值。贾相如等[35]研究了双流化床中污泥的工艺,研究表明在双流化床中可实现污泥热解制油和半焦燃烧工艺的耦合,在实现污泥自持燃烧无害化处理的同时获取了污泥热解产生的油和气。Urciuolo等学者[36]通过研究湿污泥在流化床的燃烧特性,系统分析了污泥热解挥发分、成团焦炭、燃烧灰渣等物质的析出规律。胡萍等[37]对厌氧颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥与蓝藻混合厌氧发酵产沼气进行研究,结果表明,蓝藻与污泥混合可以有效促进沼气发酵,蓝藻与厌氧颗粒污泥物料比为6∶1时产气效果最佳。桂成民[38]在分析了大量文献的基础上,综述了微波热解污泥技术。Lyes Bennamoun[39]则通过实验得出微波法干化污泥干燥速率与污泥初始投加量及微波功率成正比。桂成民和Lyes Bennamoun的研究指出相比于常规的加热方式,微波加热具有即时性、整体性、选择性、高效性和安全无污染等优点。微波热解污泥法不需要提前干燥,减少了大量的能量损耗,且生成的液态油中所含脂肪类产物较高。尤其在提高污泥脱水率,重金属固定和资源再利用方面有很大的优势,为无害化减量化及资源化处理污泥提供了思路。

2.2 污泥资源化焚烧

污泥干化是最直接、有效的降低污泥含水率的方式之一,污泥干化后减容效果显著,且性质稳定,便于运输与储藏。姬鹏等[40]将热烟气作为干燥介质,将脱水污泥在炉前进行干燥,干燥后污泥含水率从80%降至20%以下,可直接进行燃烧,燃烧后的污泥灰渣作建筑和化工原料,蒸汽产品用于发电和供热。无锡市惠联垃圾热电厂污泥专用焚烧锅炉每天处理污泥量120t(含水率60%),在污泥烘干机中污泥含水率从60%烘干至40%以下,再进入焚烧炉进行安全无害化焚烧,实现最终的减量化处理。然而污泥在高温条件下的直接干化会使得污泥干化的同时有机成分被破坏,挥发物的产出是否会带来二次污染目前没有具体测定,而且污泥干化能耗大,处理成本高,温度不易控制这些负面因素也都需要考量[41]。

已有研究指出矿物质有催化热化学反应的功能,可以使剩余污泥氧化、气化反应温度降低[42]。实际应用中也有矿物质与剩余污泥混合反应的例子,如电厂混烧污泥技术在我国得到迅速发展,在适当的掺加比例下,污泥与煤混烧不会对燃料燃烧特性和电厂生产造成显著不利影响。山东胶南污泥焚烧发电工程采用生物质燃料饼,通过高压技术将湿污泥、粉煤灰等废弃物混合料加工成生物质燃料,当含水率降至40%以下时,与少量次煤混合后直接进入锅炉取代煤炭燃烧发电[43]。

Ing等[44]研究了将工业污泥燃料化,通过实验得出纸浆污泥热值为9.46 MJ/kg,纺织污泥热值为15.25 MJ/kg,纸浆污泥中的纤维组织增强了污泥的凝结性能,纺织污泥的添加可以提升污泥热值与可燃性。可观的热值与可燃性使得污泥可为污泥所在体系供能的同时自身得到处理,而且也为与其他生物质混烧提供了可行性。无锡国联环保科技成功将“微生物法源头减量+调质深度脱水+资源化焚烧”应用于污泥处理。苏黎世污泥热处理厂采用最先进的流化床焚烧系统配合满足最严格排放标准要求的烟气处理工艺,在达到污泥彻底减量化的同时,能源的利用又满足处理厂运行的能源需求;而磷的回收使污泥热处理提高到工业化的级别[45]。由于生物质原料(尤其是秸秆)固有的高碱金属含量的特点,在流化床燃烧利用过程中存在受热面积灰、腐蚀、结渣以及床料粘结等问题。而城市污水污泥与麦秆混烧可以显著减轻KCl引起的积灰,污泥麦秆底灰K含量呈降低趋势。麦秆与适量污泥混烧,可以形成微观结构疏松的底灰颗粒,既不发生麦秆单独燃烧时的烧结现象,也未出现污泥单独燃烧时的熔融现象[46]。

剩余污泥能源化虽已在各地实际应用,并取得较好的效果,但是污泥能源化利用对污泥含水率要求较高,这就需要相应配套的污泥脱水工艺作为前提,污泥在热解以及资源化焚烧过程中产生的副产物、烟气等的处理也需要定性定量分析和规范,污泥在能源化后的灰渣处理也需要进行相应研究,总而言之。在污泥得到处理的同时应采取最优化的处理方式避免产生二次污染。

2.3 消化污泥的能源利用

活性污泥经过厌氧消化产生沼气,但其中的有机质并没有得到完全利用。因此消化污泥可转化为生物炭、肥料和固体燃料。Irene Nansubuga[47]研究指出热解消化污泥产生的生物炭热值低于消化污泥,分析认为是由于生物炭灰分含量高所导致。N.Mills等[48]总结了近些年消化污泥的能源化利用方式,具体内容详见表1。

污泥的消化产生了可再生能源沼气,而沼气既可以进行发电又可以提供热量。为污水、污泥处理的运行提供了可能,即产生的能量抵消了处理污染消耗的能量[49]。而热水解预处理可以减少反应体系能量的损耗,提高沼气产量,为体系内能量的自给自足提供保障[50]。

2.4 其他能源利用方式

E.Slavik等提出的湿法氧化法(Wet oxidation)可有效去除污泥中的COD 65%~70%,VSS 95%~98%,并且给体系供能的90%都会从产品中重新获得,使污泥减量化,降低其稳定性,溶解金属,减少微生物负载、部分矿物质和有危险的气体混合物;使溶解或悬浮于污水中的混合物处于高温高压的环境,将不能生物降解的物质和有毒有机物转化为二氧化碳、水和可生物降解的化合物[9]。此法对设备要求较高,各环节所涉及工艺、设备需要配套,但在能源方面基本达到自给自足,污泥处理也较为彻底。污泥在低温缺氧的环境中燃烧能避免产生二噁英,同时炭化生成炭,并能保留泥化炭中的可燃性气体,使其发热量达到4000大卡左右[51]。Shim等通过实验研究也指出干化污泥在中度与强化低氧稀释的条件下燃烧,可以减少所排放烟气的热损失,降低氮氧化物的排放量[52]。低温缺氧条件下虽然避免了二噁英等有害气体的产生,但是研究人员对燃烧过程中所释放的气体却没有进行定性定量分析。燃烧后剩余的灰渣可作为土壤改良剂的配料或者充当建筑材料的辅料。

3 展望