污水热能利用

污水热能利用（精选9篇）

污水热能利用 篇1

0 引言

由于污水流量及污水温度是连续变化的,同时建筑负荷也是逐时变化的,而且往往两者之间的变化趋势是相反的,要扩大污水源热泵系统供热空调面积或实现工程全面的污水源热泵供热空调,需要设置污水调节池,对污水供应量进行移峰填谷[1]。

1 几个概念

污水源热泵系统的设计供热量可表示为:

式中:ρ为污水的密度,kg/m3;c为污水的比热容,J/(kg·℃);△tm为污水可利用温差,污水进口温度的单值函数。而污水进口温度随时间连续变化,所以污水可利用温差也是时间τ的单值函数,℃;COP为污水源热泵系统的能效比。

由式(1)可以看出,当污水进口温度确定时,忽略各项因素对COP的影响,把COP看作定值,污水的热供应能力由参与换热的污水流量大小来决定。

假设一个冬季工况的污水源热泵系统中,存在一个体积为V*的污水调节池,且已经蓄满了污水,则有如图1所示关系。

图1中,V*是污水调节池体积,Q*表示污水调节池在蓄满污水的情况下能提供的最大热量,Qi(τ)表示进入污水调节池的瞬时热量,Qo(τ)表示从污水调节池瞬时取走的热量,Q'(τ)表示污水调节池体积不够大时,可能从污水调节池中瞬时溢出的热量。

一天中(一个周期T内),污水温度变化幅度不大,忽略污水进入污水调节池时温度的变化,同时假设污水调节池无热量损失,忽略污水由于不同温度混合产生的熵产,用Q*表示污水调节池在蓄满污水的情况下能提供的最大热量,它是一个定值。

式中:△twm为污水平均可利用温差,定义为污水的体积流量,是时间τ的单值函数,m3/s;T为设计计算周期,一般为24 h。

瞬时进入污水调节池的热量和瞬时从污水调节池取走的热量可分别表示为:

式中:A为系统能供热(或供冷)的建筑面积,通常是未知量,m3;q'(τ)为单位建筑面积瞬时热负荷,W/m2。

由于室外空气温度是不断变化的,因此,q'(τ)是一个与室外空气温度有关的瞬时变化量,引入COP的概念,忽略温度变化等对COP的影响,q'(τ)的定义式由下式表示:

式中:q为采暖面积热负荷指标,可根据相关规范查得,W/m2;ti_w为冬季室内计算温度,可根据相关规范查得,℃;to_w(τ)为冬季室外空气温度,可根据相关气象资料查得,℃;th为冬季采暖室外计算温度,可根据相关规范查得,℃。

假设在一个变化周期内(一般为1天),时刻序列[τi]是Qi=Qo的时刻,[τ2n-1,τ2n](n=1、2…)时段Qi>Qo(流量富余时段),[τ2n,τ2n+1]时段Qi

流量不足时段需从调节池补充的热量为:

当调节池体积不够大时,将有部分高峰流量溢流出调节池,溢流热量为:

在污水管渠确定的条件下,[τj]、△Q1、△Q2是可供建筑面积A的单值函数,而Q*为常数。

2 污水流量与污水的冷热供应能力

污水调节池用来存储[τ2n-1,τ2n]时间段内富余的污水热量,在实际工程中,如果污水调节池的大小不合适,可能会出现污水调节池能存储的最大热量Q*与富余的污水量的热量△Q1不相等的情况,这也就直接影响着热泵系统的供暖能力大小。

2.1 污水调节池体积过大

这意味着在[τ2n-1,τ2n]时间段内,富余的污水并未装满整个污水调节池,即△Q1﹤Q*。此时,由污水调节池里存有的热量来补充系统设计所需的供热量的不足部分。

在已知污水流量和温度的变化曲线,以及当地相关的气象参数等条件下,通过试算或者数值方法,解方程(9)得出该污水源在调节池足够大时能供热的建筑面积Amax。

合并同类项并进行调整,将得到:

根据平均流量和污水平均利用温差△twm、平均热负荷指标qm的意义,可知:

联解式(12)和(13),可得到:

由式(14)可知,在调节池体积足够大的条件下,可以根据来流污水的平均流量V觶m和污水平均利用温度△twm来设计污水源热泵,计算最大可供面积Amax。

2.2 污水调节池临界体积

为了获得临界调节池容积,首先根据式(9)或式(14)计算该污水源的最大可供面积Amax,然后根据下式计算临界调节池容积:

2.3 污水调节池体积过小

这意味着在[τ2n-1,τ2n]时间段内,有一部分污水的热量Q'被浪费了,此时△Q1﹥Q*。污水调节池能提供的最大热量将完全用于补充系统设计所需的供热量的不足部分。

在已知污水流量和温度的变化曲线,以及当地相关的气象参数等条件下,通过试算或者数值方法,解方程(16),即可得出该污水源在调节池体积小于临界体积时能供热的建筑面积A'max。

2.4 不设置污水调节池

如果污水调节池足够小,极限情况就是Q*=0,也就是说在系统中不设置污水调节池,系统取热量只能根据来流实时提供。根据式(16)

如果建筑的瞬时热负荷总是大于污水能提供的瞬时热量,这是不现实的,这样的系统是不合理的。所以本文讨论的前提是,在一个周期T内,Qi≥q'(τ)A

a)被积函数恒为零,则有Qo=q'(τ)A=Qi,即两条函数曲线完全重合,这意味着任何时刻,建筑的热负荷与污水提供的热量完全相等,这种情况是不太可能发生的。如果建筑的瞬时热负荷与污水提供的瞬时热量完全相等,那么设置污水调节池是完全没有必要的;

b)积分上下限相同,可以理解成函数Qo(τ)=q'(τ)A与函数Qi(τ)有且仅有一个交点,或者有多个相同函数值的交点,如图3所示。

结合前提条件时,不符合实际情况,不考虑),函数与函数Qi(t)有且仅有一个交点,数学上可表达为:

解之,得:

根据函数最小值的定义,是函数的最小值,τ*是求得函数最小值A时对应的污水温度(或者污水流量、建筑瞬时负荷)所出现的时刻。ÁÂ()()()QFq???-Á???

函数函数有多个相同函数值,是说在T周期内,存在多个时刻τ1、τ2……τn,建筑的热负荷与污水能提供的热量相等,仍然可以得到类似的结论。

其实这个面积A即为污水源热泵系统能供热的最大建筑面积,因为在系统没有设置污水调节池时,系统能供热的最大建筑面积应该是某个时刻对应的污水能提供的热量与建筑热负荷的比值的最小值,这正好从数学分析和专业角度两个方面证明了系统能供热的最大建筑面积A的正确性。

3 结论

综合上面的分析,可以得出以下结论:

a)建筑的瞬时热负荷与污水提供的瞬时热量完全相等时,系统无须设置污水调节池。在没有污水调节池的系统中,污水能供热的最大建筑面积为一般情况下,设置污水调节池的系统能供热的建筑面积会大于未设置污水调节池的系统能供热的面积,所以在有足够空间和初投资充裕的条件下,系统应该设置污水调节池;

b)污水调节池的最优体积是满足关系Q*=△Q1=△Q2时对应的污水调节池的临界体积,此时系统可以提供最大的供暖建筑面积。污水调节池体积大于最优体积时,将会增加造价,同时无益于系统的运行;

c)如果因为空间和其它原因的限制,污水调节池体积V*'小于最优体积V*,则污水将损失热量Q'=△Q1=Q*',热量损失率为

d)本文讨论的仅仅是污水源热泵系统的冬季工况,对系统夏季工况,对其它冷热媒热泵系统,有类似的结论。当热泵系统全年运行时,为了确保用户全年的冷热需求,系统能供热空调的面积Asupply应该是按上述方法算出的冬、夏两季工况供应面积中的较小值,Asup-ply=min(Asummer,Awinter)。

摘要：以污水源热泵系统冬季工况为例,分别分析了污水调节池体积大小的设计方法,污水调节池设置与否对系统供暖建筑面积的影响,为污水热能利用工程的设计及施工提供参考。

关键词：污水调节池,热泵系统,污水热能利用

参考文献

[1]马最良,姚杨,赵丽莹.污水源热泵系统的应用前景[J].中国给水排水,2003,19(7):41-43.

[2]吴德珠.污水源热泵利用对环境影响综合评价研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010.

污水热能利用 篇2

摘要：以北部污水处理厂为倒,结合沈阳城市污水源热泵系统规划思路,对沈阳市7座污水处理厂及污水特征参数进行了论述及推算.通过调查分析供暖企业的燃煤现状及供暖情况,推算出了采用污水供暖取代燃煤供暖后的环境效益及经济效益,提出了沈阳建立污水源热泵系统的对策及建议.作 者：李晶    刘洪波    尹疆华    孙德远    贾玉鹤  作者单位：李晶(沈阳市环境监测中心站,沈阳,110016)

刘洪波(沈阳市沈水湾污水处理厂,沈阳,110141)

尹疆华,孙德远,贾玉鹤(沈阳市环境保护局,沈阳,110011)

期 刊：环境保护科学  ISTIC  Journal：ENVIRONMENTAL PROTECTION SCIENCE 年，卷(期)：, 34(1) 分类号：X7 关键词：城市污水    热能回收及利用    对策及建议   

现有煅烧状况热能利用分析 篇3

关键词：煅烧状况,热能利用,钛

1已知条件

如表1所示。

工艺条件为:进料浆料浓度520g/L, 脱水的温度为:150℃~200℃, 时间为5h~6 h r;脱硫的温度为:6 5 0℃左右, 时间为3h~4hr;物料从进窑到出料根据不同的工艺制度, 时间在14h~16hr。锻烧的反应方程式为:TiO2·XSO3·YH2O=TiO2+XSO3+YH2O

2热量衡算 (以一天, 25“C为计算基准)

(1) 般烧中燃料提供的热量。

(1) 煤气提供的热量Q1。

(2) 轻柴油提供的热量Q2。

缎烧过程中提供的总热量为:

(2) 锻烧过程中脱水脱硫吸收的热量。

(1) 转鼓过滤后进入转窑的偏钛酸混合物的温度为25℃, 加热到脱水温度175℃, (取平均温度) 需要吸收的热量为Q1。

(2) 脱水需要吸收的热量Q2。

尽管转窑锻烧过程中脱水的温度在175℃左右, 但是该操作过程是在常压下进行的。因此, 水分蒸发的潜热可以取常压下的潜热, r=2260kJ/kg, 脱水需要吸收的热量Q2为:Q2=m×r=55.7842×10000×2260=126072292kJ=126.723GJ

(3) 脱水到脱硫阶段温度升高需要吸收的热量为Q3。

由于脱水后的物质主要是二氧化钛和与其结合的三氧化硫, 其混合物的比热可以近似为二氧化钛的比热, 由二氧化钛的比热图可以得到:随着温度的升高, 二氧化钛的比热略有增加的趋势, 在175℃ (448.15K) 和650, C (923.15K) 时的比热大约为:66.34) / (mol·K) 和74.10/J (mol·K) , 因此, 从脱水到脱硫时间段内的比热可以近似为两个温度的算术平均值, 即Cp=702 2/J (mol·K) =0.879k/J (kg·K) , 该段时间内温度升高吸收的热量为Q3:Q3=m×Cp×△t=38.5858×1000×0.879× (650-175) =16110536K J=16.111GJ

(4) 脱硫需要吸收的热量Q。

水合二氧化钛中硫氧化物的含量总共为4.0994t, 其中锻烧脱硫产生的尾气中SO2和SO3的含量由化学平衡计算知, 分别为:

SO2量为:m=372.67kg

SO3量为:m=3312.24kg

常压下, SO2的蒸发潜热△H=5690Kcal/kmol=389.91kJ/kg。

常压下, SO3的蒸发潜热△H=10190Kcal/kmol=533.32kJ/kg。

脱硫需要吸收的热量Q4为:

(5) 粒子成长和晶型转化高温区吸收的热量Q5。

经过脱水脱硫后的二氧化钛, 随转窑的转动逐渐至窑头的高温区, 由不定型的水合二氧化钛变成锐钛型的二氧化钛, 同时, 在温度达到600℃以后, 粒子开始显著增长, 直至形成0.2um~0.4um左右的颜料颗粒, 到950℃左右, 锐钛型开始向金红石转化。通常工业上窑头高温区控制在800℃~1000℃之间, 而锐钛型锻烧时窑头温度为920℃。

在整个锻烧过程中, 只有在脱水区物料的温度才保持大致恒定, 而从窑头到窑尾的其他过程都有一个温度梯度。所谓的物料滞留时间是指平均滞留时间, 而对单个粒子来说, 其变化较大。由于二氧化钛属于n型半导体, 因此它的锻烧需要在氧化气氛中进行, 以免晶格脱氧生成紫灰色的Ti2O3而使产品带灰相, 降低产品的白度与光泽。以缎烧工艺操作周期15hr计算, 其中脱水时间平均为5.5hr, 脱硫时间平均为3.5hr。因此, 晶粒成长和锐钛型的锻烧时间大致为6hr, 由水合二氧化钛转变成锐钛型的二氧化钛转化热△H转化=0.3kcal/m o l=1 5.7 2 k J/k g (9 1 5 K) 时, 比热为:C p=0.879kJ/ (kg·K) 。该段吸收的热量为以下两个部分。

(a) 650℃ (915K左右) 时由水合二氧化钛转变成锐钛型的二氧化钛吸收的热量Q5.1。

(b) 锐钛型二氧化钛由650℃升温到920℃需要吸收的热量为Q5.2。

总吸收的热量Q5为:

(6) 锻烧热量利用状况表:由于在衡算过程中是以燃料完全燃烧为前提条件下计算出来的, 因此, 计算所得的热量损失率为上限。吨钛白消耗的热量为13421177.5kJ即321.08万千卡.某公司钛白粉厂的吨钛白热耗为321.08万千卡, 这与国际同行的消耗 (250-300万千卡/吨钛白) 差距很大, 且从脱水及尾气带走的热量占到总热耗的74.95%, 若能将这部分热量加以优化利用, 可大大降低转窑的热量消耗。

参考文献

[1]许文照.我国钛白工业生产现状[J].钢铁钒钛, 2007 (3) :68～74.

废旧轮胎的热能利用和热分解 篇4

废旧轮胎的热能利用和热分解

对废旧轮胎的热能利用和热分解技术进行了综述.热能利用介绍了作为锅炉燃料和水泥燃料使用;热分解介绍了制备液体燃料和炭黑.

作 者：周继来 ZHOU Ji-lai 作者单位：三门县环境保护局,浙江,三门,317100刊 名：环境科学导刊英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE SURVEY年，卷(期)：28(4)分类号：X705关键词：废旧轮胎 利用 热能利用 热分解

城市低温热能资源的开发和利用 篇5

1 城市可利用的三种低温热能资源分析

1)城市原生污水特点:温度偏低、管网分布广、处理难度大、可取热能少。原生污水的温度偏低,尤其是北方城市,冬季需要采暖的时候,它的温度最低。像黑龙江省在最冷的时候,可能原生污水温度只有5℃～6℃,温度太低影响运行效率,使用起来难度比较大,而且可用的热能比较少。典型工程见图1。

2)油田回注水特点:油田城市特有的低温热能资源;水质较好;可用温差较大。油田回收水的成因是油田生产的时候,从油井里抽出来的油水混合一体,有一部分是油有一部分是水,需要通过加热以后分离,分离以后这个水还是要注入到地下。油田生产的年限越长,油田的含水量逐年升高。以大庆油田为例,大庆油田每年的产水量达5×104t以上,冬季油田回收水的温度是37℃,夏季是42℃。由于油田回收水对地下温度没有要求,可利用的温差比较大。水质接近中性。典型工程见图2。

3)冷却循环水特点:工业冷却循环水是所有高耗能企业都有的一种低温热源水。冷却循环水是工艺生产过程当中必须产生的一种低温热源。它的特点一是总量大。我国现有的能源消耗结构,高耗能企业消耗了70%的能源,在企业里面通过冷却循环水排放的能量占企业消耗的50%。二是温度比较高,一般都是20℃～40℃之间,有的甚至更高。这个温度在生产和生活中都不能直接利用,只有通过热泵技术才能得以利用。对于热泵来说,这种低温热源应该说是最好的低温热源,如果超过40℃,就可以不用热泵直接供暖了,所以它是热泵系统质量最优的低温热源。三是冷却循环水废能对于企业来说是个巨大包袱,除建设投资外,在排放过程当中,还需要有大量的消耗,其中最大的一部分是水的消耗。排放的方式大概有两种,一种是闭式系统,水损较大,为冷却循环水量的2%～5%。另一种是开式系统,对周围水域环境造成严重热污染。2007年太湖藻类的爆发,热污染是其中的一个原因。但如果能把冷却循环水进行利用,就降低了其消耗的代价。

2 城市低温热能资源的开发利用方式

城市低温热能资源的开发利用需借助热泵装置。

1)按照低温水是否与制冷剂直接换热分为:直接利用式和间接利用式。

2)按照热泵机房的布置位置分为:集中式和分散式。2006年11月末,我们公司成功实施了利用大庆炼化公司的冷却循环水作为低温热源的集中供热工程(见图3)。

3 关于城市低温热能资源开发利用的经济性及风险

1)节约了大量的化石能源;2)节约了大量水资源;3)减少了大量污染物的排放;4)确保不会对企业生产造成任何影响;5)初投资高于燃煤锅炉房,运行费用也高于燃煤锅炉房;6)管网通常会较长,施工难度加大,成本提高;7)末端用户采暖形式影响设备、运行费用。

4 结语

城市低温热能资源的开发利用从技术上看是可行的,如果产业政策予以倾斜和支持,经济效益也将显著提高。但新技术在产业化过程中,仍有许多困难需要面对,但其前景是光明的。

中药蒸发浓缩过程设备及热能利用 篇6

1 蒸发的基本理论

按照分子运动学说, 当溶液受热时, 靠近加热面的分子获得的动能胜过分子间的吸引力, 故逸向液面上空间的变为自由分子, 这就称为气化。因气化而生成的蒸汽, 倘若在逸向空间后不予除去, 则蒸汽与溶液将渐渐趋于平衡状态, 使气化不能继续进行。所以, 进行蒸发的必备条件为热能的不断供给和所产生的蒸汽不断排除。

在蒸发过程中, 溶液中溶剂的气化可分为在沸点时的气化与低于沸点时的气化, 前者的速率远超过后者, 所以工业上的蒸发都在沸腾情况下进行的。在沸腾情况下进行溶剂的蒸发, 仍需要热能的不断供给。蒸发单位重量溶剂所需的热量, 称为蒸发潜热 (或气化潜热) 。如果是水溶液则溶剂为水。工业上采用的热源通常为水蒸汽, 所以遇到水溶液的蒸发时, 一方面用蒸汽作为热源以供给热能;另一方面则水溶液本身蒸发时也产生蒸汽, 为易于区别, 前者称为加热蒸汽, 后者称为二次蒸汽。

2 中药蒸发浓缩设备

蒸发设备是实现蒸发操作的基础。随着工业的需要和发展, 蒸发器构造的形式也逐步改进。先以横管加热式取代了夹套加热式, 再改进成为竖管加热式, 而后者在广泛使用中又继续得到改进, 为了避免溶液静压强的影响, 创造了液膜蒸发器, 为了提高生产强度, 又创造了加热室在外的蒸发器和强制循环蒸发器。此外, 节省加热蒸汽的办法除了将二次蒸汽加以利用成为多效蒸发外, 还可借二次的绝热压缩, 使其温度升高而能再度用于原蒸发器, 以作为加热蒸汽, 如此操作的蒸发器称为热泵蒸发器。这些改进和创造, 都以蒸发的基本原理以及与其生产强度有关的许多因素的研究为依据。

2.1 蒸发设备的类型

以加热面形状和位置来分, 有夹套、蛇管、直管, 加热室在内或在外;以蒸发器本身的放置方法来分, 有横卧、竖立、倾斜;以溶液的循环方法来分, 有自然循环、强制循环。

2.2 蒸发设备形式

图1~图6为各种常用蒸发器的形式。

2.3 对蒸发设备的要求

(1) 尽量保证较大的传热系数; (2) 要适合溶液的一些特性, 如粘度、起泡性、热敏性、溶解度随温度变化的特性及腐蚀性; (3) 能完善地分离液沫; (4) 尽量减少温差损失; (5) 尽量减慢传热面上污垢的生成速度; (6) 能排出溶液在蒸发过程中所析出的结晶体; (7) 能方便地清洗传热面。

3 中药蒸发浓缩过程的工艺组配

蒸发装置流程是指多效蒸发器的数目及其组合排列的方式, 物料和蒸汽的流向, 附属设备如预热器、冷凝器和真空泵的设置, 以及为谋求进一步节省蒸汽和充分利用热能而使用二次蒸汽所采用的方案和流程。

常用的多效蒸发器及其组配方式有: (1) 单效蒸发, 蒸发过程仅利用加热蒸汽 (生蒸汽) 进行一次蒸发浓缩的操作过程; (2) 双效蒸发, 蒸发过程除利用生蒸汽外, 同时利用二次蒸汽进行二次蒸发浓缩的操作过程; (3) 多效蒸发, 多次利用二次蒸汽进行多次蒸发浓缩的操作过程。

3.1 蒸发装置流程的确定

3.1.1 效数的确定

(1) 经济上的限制是指效数超过一定值后, 经济上是不合理的。

(2) 技术上的限制是指效数过多, 蒸发操作将难以进行。一般而言, 若沸点升高较大通常采用2~3效, 若沸点升高较小则可取4~6效。但选择到真正适应的效数, 还需要通过最优化的方法来确定。

3.1.2 多效蒸发装置中溶液流程的选择

在多效蒸发装置中, 溶液的流程可以是并流、逆流和平流, 流程的选择, 主要根据溶液特性、操作方式以及经济程度来决定。

3.2 蒸发浓缩过程的工艺组配

蒸发浓缩过程的工艺组配要根据工艺和产品的要求及物料的特性来确定, 通常有下列几种组配形式: (1) 外循环单效蒸发; (2) 双循环或三循环多效蒸发; (3) 降升膜双效蒸发, 如图7所示; (4) 双降膜双效蒸发, 如图8所示; (5) 一降二升三效蒸发; (6) 三降膜三效蒸发。

4 蒸发过程中的节能

蒸发过程也是一个热平衡过程, 理论上讲, 蒸发1 L水需消耗1 L水蒸汽, 但在实际操作过程中, 由于蒸汽的输送及设备自身的传热阻力, 因此存在相当的热能损耗, 蒸发1 L水实际所消耗的蒸汽要远远大于1 L的蒸汽量。所以, 蒸发过程如何来节约能耗, 除了减少过程的能量损耗外、主要就是要提高换热设备的传热效果和充分考虑过程中二次蒸汽的合理利用。

4.1 可考虑的节能措施

(1) 改进蒸发设备的制作工艺:可考虑改进薄壁管件的焊接或其他加工工艺。

(2) 选用高效的加热设备:工艺中可考虑选用板式换热器或其他高效加热器作为蒸发操作的加热元件。

(3) 改进蒸发工艺和操作, 充分有效地利用加热蒸汽和二次蒸汽:合理选择蒸发设备及工艺组配, 工艺操作中尽力提高二次蒸汽的效能 (如采用差压操作, 即一效正压操作, 二效负压操作;或工艺中采用热泵设备, 绝热压缩, 提高二次蒸汽的温度等) 。

4.2 分离器 (蒸发器) 的改进和设想

要取得良好的蒸发效果, 除了需考虑选用高效的加热设备和充分利用二次蒸汽外, 分离器 (蒸发器) 的改造也是提高蒸发效率的一个很重要的关键环节, 可以从以下2个方面考虑对分离器 (蒸发器) 进行改造: (1) 扩大分离器内液体的分布及蒸发面积; (2) 强化汽液分离的速度和效果。

5 结语

中药的提取浓缩过程是中药生产中的耗能大户, 因此正确理解蒸发的基本理论, 熟悉和掌握中药蒸发浓缩设备的结构及工艺流程, 对提高蒸发过程的节能效果十分重要, 可采取有效措施改进和提高设备效能。

摘要：从中药蒸发浓缩设备理论、类型、发展等方面入手, 对中药蒸发浓缩设备的蒸发过程中的节能工作及蒸发设备和蒸发工艺的更新、改造和发展进行了详细阐述。

关键词：蒸发浓缩,工艺,节能

参考文献

[1]刘道德.化工设备的选择与工艺设计.湖南:中南工业大学出版社, 1992

[2]陈英南.常用化工单元设备的设计.上海:华东理工大学出版社, 1993

[3]曹光明.中药工程学.北京:中药医药科技出版社, 1994

[4]朱宏吉, 张明贤.制药设备与工程设计.北京:化学工业出版社, 2004

[5]张素萍.中药制药工艺与设备.北京:化学工业出版社, 2005

硝盐生产热能综合利用与节能探讨 篇7

能源使用中首先要知道能源的可用程度有多少, 除注意减少能量的数量损失外, 更应重视减少能量的品位上的损失, 对高品位的能源要珍惜使用, 杜绝“大材小用”。蒸汽有个特性, 就是用过之后, 还可以继续降级使用。用的次数越多, 能量利用的越充分, 因此, 使用蒸汽的热力设备, 要根据蒸汽的压力和温度合理使用, 品位高的蒸汽, 尽量多次合理使用, 以充分发挥蒸汽的效能。

一、我公司热能的综合利用概述

我公司作为一个华北地区最大的生产硝盐的化工企业, 十分重视热能的综合利用, 多年来依靠科技创新和技术改造达到了节能降耗的目的, 大力改进生产工艺节约蒸汽消耗。比如硝盐生产原来采用单效蒸发, 蒸汽消耗大, 浪费蒸汽, 现改用双效真空蒸发, 蒸汽消耗大大降低。结晶由过去的间歇船式结晶器改为连续式OSLO结晶器, 将蒸发器布置在结晶器的上方, 连续下料, 结晶器抽负压, 有效利用蒸发液的显热和硝盐的结晶热, 负压蒸发结晶, 节省了蒸汽, 降低了蒸发温度。将一效蒸发蒸汽冷凝液回收送至溶碱、离心及锅炉使用实现了能源的循环利用, 提高了产品品质。利用负压蒸发冷却水用作社区冬季供暖, 供暖面积达10万平米, 创收百余万元, 并且替代了社区小燃煤锅炉, 实现了区域集中供热, 节能减排效果显著。将蒸发二次蒸汽乏汽用作社区澡堂水热源, 通过换热器汽水热交换加热一次水为三矿矿工澡堂供应洗澡热水, 有效地回收了乏汽的热量, 避免了热能的浪费和无序排放, 效果很好。通过一系列措施达到热能的梯度利用, 既满足了化工生产, 又取得了较好的经济效益和社会效益。

现以回收硝盐生产中的一次蒸汽冷凝液至锅炉除氧使用为例做以简要分析, 探讨节能效果。

二、我公司锅炉的汽水流程

我公司为一生产硝盐产品的厂家, 有一台额定蒸发量为20t/h的NJG-20/3.82-M3的蒸汽锅炉供生产硝盐产品蒸汽使用, 链条锅炉的汽水流程为:锅炉给水泵将除氧、除盐后的约104度的热水通过多级给水泵加压后经过三组钢管式省煤器吸收烟气热量后升温至180℃左右送至汽包, 通过炉膛水冷壁吸收煤燃烧释放的热量后, 在汽包中产生1.3 MPa左右的饱和蒸汽, 经过低温过热器、表面式减温器、高温过热器后加热成过热蒸汽, 过热蒸汽在过热蒸汽集箱中汇集然后送至减温减压器减温减压为压力0.65 MPa温度约165℃的蒸汽供硝盐蒸发岗位使用。

三、传统的锅炉给水除氧方法

锅炉给水经软化或除盐后, 除去了钙镁离子, 但水中的溶解氧没有除去。未经除氧的水进入锅炉, 会对锅炉产生氧腐蚀, 缩短锅炉使用寿命。水中的溶解氧、二氧化碳气体对锅炉金属表面会产生化学和电化学腐蚀, 因此必须除氧。

给水除氧常用的方法有三种:真空除氧、化学除氧和热力除氧。而在一般燃煤工业锅炉常用热力除氧, 利用水中的溶解氧随着水温的升高而降低的特性来达到除氧的目的。供热锅炉给水除氧大都采用大气式热力除氧器, 除氧器内保持的压力较低, 一般为0.02MPa, 在此压力下的饱和温度为104℃, 以前大气式热力除氧方法是采用蒸汽作热源, 将软水加热到除氧器压力下的沸腾温度而使溶解氧脱除。采用这种除氧方法消耗蒸汽约占锅炉产汽量13%, 使得锅炉产生的蒸汽有一部分被自身消耗掉, 降低了锅炉的有效蒸发量。

四、我公司硝盐一次蒸汽冷凝液回收至锅炉除氧器使用价值分析

蒸汽间接加热系统中, 蒸汽在加热设备内释放出气化潜热后, 会产生大量的高温凝液。这些冷凝液回收利用至锅炉除氧器后, 会节省大量资源, 实现了汽水的循环利用, 将硝盐蒸发后产生的冷凝液回收至高位冷凝液罐中成为压力0.2MPa、温度130℃的汽水混合物, 依靠位差和自身压力由硝盐工段送至锅炉工段除氧器, 冷凝液进入除氧器后压力突然降至工作压力0.02MPa, 冷凝液因过热而沸腾并与除盐水混合, 除盐水中的溶解氧被脱除除氧后的乏汽由排汽管排出。通过这种技改措施节省了除盐水成本, 锅炉除氧用加热蒸汽成本, 每小时可回收120℃除盐水10吨左右, 实现了热能的循环利用, 节约了煤炭, 经济效益可观, 节省了传统热力除氧用的锅炉自产蒸汽。

锅炉每小时产汽量约12吨, 每小时可回收120℃冷凝液10吨左右, 把20℃的水加热到120℃的水蒸汽需要热量

水由20℃升温到120℃的显热4.2*10000* (120-20) =4200000k J/h

蒸发潜热10000*2202=22020000 k J,

总计需要热量26220000 k J/h

若锅炉的热效率80%, 标准煤的燃料热值是:29300kj/kg

节约标煤1119kg/h

每天节约1.119*24=26.8吨,

按500元每吨煤计算, 每天节约13428元

锅炉各种设备电耗:

给水泵132kw, 鼓风机55kw, 引风机132kw, 除渣机2.2k w袋式除尘卸灰器绞龙7.5*3=22.5 k w、下料器5.5*3=16.5 k w, 空压机15 k w, 除尘泵7.5 k w等设备功率损耗合计约383 kw/h按每度电0.7元计算每小时节电费267元, 每天节电费6430元

节约除盐水成本:

制10吨除盐水需消耗

各种电气设备, 原水泵5.5 kw、高压泵18.5 kw、中间水泵3 k w、脱碳风机1.5 k w、除盐水泵5.5 k w节电34k w/h

制10吨除盐水耗酸0.0028吨、耗碱0.0032吨

每天节约除盐水240吨在水资源日益短缺的今天, 节约用水显得尤为重要, 经济效益和社会效益可观。

结论

汽车排气热能回收再利用技术研究 篇8

众所周知, 发动机在运行时会产生大量热量, 而现有的自然吸气汽油机中, 不论是国产还是进口汽车, 都只有不到30% 的热能被利用, 约40% 的热能以排气方式损耗, 约30%在引擎冷却过程中被损耗, 这表示高达70%的可用能源因此而浪费。传统柴油机由于高的压缩比, 发动机膨胀效率被有效利用, 其热效率也只有约37%. 目前国际上在用内燃机最高热能利用率也只有40% 多一点, 仍然有大量的热能以废气和冷却方式浪费。如果能将如此众多的热能加以有效利用, 可以让能源的使用率提升到更高的程度。

德国宝马公司于2012 年推出了利用废弃余热产生的高压蒸汽助力发动机曲轴的设想, 并已经投入研究实验。在该设想中, 必须在发动机的曲轴前端加装一个一定体积的助力驱动装置。其设想的动力产生及利用原理如下:

废气 (600℃ -1000℃) 加热安装于消声器附近的蒸汽锅炉→产生高压蒸汽→蒸汽管道→曲轴蒸汽涡轮助力器→散热器 (蒸汽凝结) →高压微型水泵→蒸汽锅炉

日本丰田公司正在其混合动力汽车上加装汽轮发电机, 进行废弃余热产生高压蒸汽驱动发电机实验。然后将发电机发出的电能输送给混合动力汽车的电池组。其动力产生及利用原理如下:

废气 (600℃-1000℃) 加热安装于消声器附近的蒸汽锅炉→产生高压蒸汽→蒸汽管道→蒸汽涡轮发电机→散热器 (蒸汽凝结) →高压微型水泵→蒸汽锅炉

宝马公司的研究是将热能动力作用于发动机曲轴, 在发动机运行过程中, 发动机的曲柄连杆机构和配气机构、变速器的机械摩擦将消耗部分能量, 能源得不到最大程度的利用。丰田公司的蒸汽涡轮用来在混合动力汽车上产生电能, 能量也经过了两次转换, 转换过程中的能量损失同样不可小视。汽车发动机蒸汽涡轮助力驱动系统直接作用于汽车变速器后端, 避开了发动机和变速器等需要在运行时消耗部分机械能的机械构件, 使机械摩擦损失小, 能源利用率能够得到进一步的提高。

国内多家企业和科研单位的研究人员目前将主要目标集中在发电机余热发电方面, 也就是将热能直接转换为电能, 没有进行热能至动能的直接转换。由于能量在每次转换过程中都有部分损失, 经过二次转换以后的最终利用率不是很理想。

2 排气热能提取利用系统

2.1 排气热能提取利用系统结构组成

本研究拟部分提取以排气方式输出的约40% 的热能, 产生高温高压蒸汽 (蒸汽排出压力可达到3MPa, 即30 公斤力) , 由该高压蒸汽直接驱动汽车行驶。可以有效的降低燃油耗, 提高发动机有效热效率,

内燃机排气管由于考虑消声的问题, 排气效率在一定程度上被限制, 本研究在大量吸收热能的同时, 使排气管内高温气体被急速冷却, 导致管内背压下降, 排气阻力减小, 从而气缸内排气彻底, 汽缸循环过程中的进气量增大, 内燃机输出功率增加 (相当于进气增压) 。

本研究结合发动机和汽车运行工况, 在排气管前段安装一环型锅炉, 该锅炉由加热炉和气化炉组成, 发动机运行时, 加热炉将水加热至80 摄氏度左右, 在安装于锅炉上部的重力压水箱作用下, 经过加热炉加热的水被压入前部的气化炉, 气化炉表面温度高达200-300 摄氏度。进入气化炉的高温水瞬间被气化并在形成约2MP以上压力的高压蒸汽, 该高温蒸汽沿管道及相关部件进入驱动叶轮室, 蒸汽压力作用在叶轮表面, 助力叶轮旋转。为便于制造安装, 驱动叶轮轴安装在从动车轮 (对于轻型乘用车, 后轮为从动轮)

结构组成如下图:

2.2各运行工况工作原理

(1) 倒车工况

倒档时, 发动机不管处于什么工况系统状态均关闭, 保证在汽车倒车时不向驱动叶轮施加反向力阻碍车辆倒车

(2) 低温工况

发动机冷却水低于60摄氏度时, 由于排气管表面温度较低, 产生的蒸汽量有限, 对于驱动叶轮的作用较小, 此时截断电磁阀均关闭, 系统不工作。在发动机冷却液温度低于60摄氏度, 而截断电磁阀1、2、3均处于截断状态时, 如气化锅内压力高于2.5MP时, 旁通阀打开, 释放气化锅内高温蒸汽至冷凝器

(3) 高温工况

发动机冷却水达到60摄氏度以上时, 发动机排气管前节表面温度达到150摄氏度以上, 并随着发动机的持续工作, 该温度将保持持续升高, 且持续产生高温, 此时, 截断电磁阀1、2、3均打开, 气化锅内产生的高温 (120摄氏度) 高压 (约2-2.5MP) 蒸汽经截断电磁阀1、膨胀阀、驱动叶轮室、截断电磁阀3、冷凝器、重力压水箱、截断电磁阀2、预热锅、气化锅完成一个循环。在蒸汽循环的过程中温度逐步降低, 到达冷凝器后蒸汽将被散热冷却成约50摄氏度液态水进入重力压水箱。在重力压水箱自身重力作用下, 液态水被重新注入预热锅, 此时如重力压水箱出口端压力低于3MP, 压力开关接通, 压力补偿电机启动, 通过减速及凸轮机构驱动水箱上部压水活塞给注入预热锅的液态水加压, 保证预热锅的两端具有近1MP的压力差, 高温液态水能在此压力下顺利注入气化锅。在发动机冷却液温度高于60摄氏度, 如气化锅内压力高于2.5MP时, 旁通阀打开, 释放气化锅内高温蒸汽至冷凝器。

3 结语

本研究着重解决发动机排气热能的高效利用问题, 即将微型锅炉安装于排气管前端, 离热源较近, 使其能够快速的吸收能量, 并快速转化为能驱动汽车行驶的机械能。将热能转换成为机械能后直接作用于传动系统, 机械摩擦损失小, 能源利用率更高。

参考文献

[1]姚秀平:燃气轮机与联合循环[M], 北京, 中国电力出版社, 2009年

[2]谢诞梅等:汽轮机原理[M], 北京, 中国电力出版社, 2012年

[3]王建昕:汽车发动机原理[M], 北京, 清华大学出版社, 2011年

[4]尉庆国:汽车发动机构造及原理[M], 北京, 国防工业出版社, 2012年

[5]严兆大:热能与动力工程测试技术[M], 北京, 机械工业出版社, 2006年

[6]秦洪武等:发动机排气热能回收装置工作过程的试验研究[J], 天津, 小型内燃机与摩托车, 2007, (6) :16-18

加速地热能的开发利用与研究 篇9

面对日益严峻的能源危机和环境污染, 全世界都在研究应对措施。开发利用新型能源和可再生能源是必然采取的重要措施。其中地热能具有很大的开发利用潜力。据有关资料报导每年从地球内部传到地球表面的热量大约相当于1×1011桶石油燃烧时所放出的热量。如果把地球上贮存的全部煤燃烧时放出的热量作为100计算, 那么石油的量约为煤的3%;目前可利用的燃料约为煤的15%, 而地下热能的总量约为煤的170 000 000倍。中国的地热资源十分丰富, 已发现天然露头温泉就有2 000多处, 且每处有若干温泉群和温泉点。温度大多在60℃以上, 有的达100℃~140℃。

地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。

地热发电分蒸汽型地热发电和热水型地热发电。热水型地热发电是地热发电的主要方式。目前热水型发电站有两种循环系统。闪蒸系统和双循环系统。

直接利用目前有以下方面:

a) 地热供暖。将地热能直接用于采暖, 供热和供热水。冰岛在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统, 现已发展得非常完善, 每小时可从地下抽取7 740 t 80℃的热水供全市11×104居民使用。由于没有高耸的烟筒被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外还可以利用地热给工厂供热, 供给烘干、食品加工、硅澡土生产, 以及木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源。使工厂节省大量的能源与污染。降低成本、改善环境;

b) 服务农业。地热在农业中的应用范围十分广阔。例如灌溉、养鱼、建造温室大棚, 给沼气加温等, 可以利用地热大力发展养殖业和种植业;

c) 服务医疗。地热水除有较高温度外:常含一些特殊的化学元素, 世界各国很重视这种资源, 发现具有一定的医疗效果, 如含碳酸的矿泉水供饮用, 可调节胃酸。平衡人体酸碱度。含铁矿泉水饮用后、可治疗缺铁性贫血症, 氢泉, 硫化氢泉洗浴可治神经衰弱, 关节炎皮肤病等;

d) 服务旅游业。温泉的特殊条件常常成为休闲旅游和度假疗养的胜地。可吸引大批的疗养者和旅游者。在日本就有1 500多个温泉疗养院, 每年吸引1×108人疗养旅游。

由于地热资源丰富, 用途广阔, 清洁无污染, 因此充分开发利用地热大有可为, 随着科技的发展, 人类对社会发展的科学要求, 地热利用必将进入1个飞速发展的阶段。

2 中国的地热能开发

目前, 中国共有40多个地热研究与开发机构、其中15个从事地热地质勘测;25个从事地热能利用, 地热工程设计与施工;30个地热公司。中国是世界上地热能利用最早的国家之一, 目前基本形成以天津为重点开展城市供热, 以羊八井为重点进行发电利用的格局。中国地热利用发展最快的是供暖和养鱼。例如天津建成13×104人供热的区域供暖系统。陕西建成2个3×104、6.6×104m2的鱼塘。北京小汤山建成300多只鸵鸟的鸵鸟养殖场。养殖周期3 a至5 a。经济效益显著。

3 忻州市地热能情况

据了解忻州市范围内存在丰富的地热资源。境内现已发现3处热水。水温36℃~54℃, 含热水层均为第四系松散层, 至1988年未进行止水工作, 为混合抽水。原平大营热水井, 位于大营村西公路边, 井深118.89 m, 主要开采段为25 m~36 m、78 m~113 m, 自流量30 t/h, 水温36℃。定襄白村乡上汤头村东南181号井, 井深66.7 m。60 m见基石, 开采段为32m~36 m、42 m~43 m、54 m~59 m, 水温53℃, 自流。水位降至23.95 m时出水量为30 t/h, 水温56.8℃。忻州南高热水区, 以水温20℃为边界范围呈椭圆形, 长轴方向约北10 m东, 长3 km, 宽1.5 km左右, 出水量为30.6 t/h。抽水2 min, 温度由48.3℃变为49.9℃, 1 h后水温达53.3℃井深40 m左右。

4 分析

地热技术已发展多年, 有不少成功的经验, 而忻州又具备地热资源。这是一种自然的, 最有实用价值, 又充足而且没有污染的能源, 因此开发利用地热资源为忻州市人民谋幸福是一项利国利民的好事。目前, 忻州的这一资源仅限于洗澡, 度假的规模也很小, 名声不大、旅客少, 主要是娱乐度假的开发规模和范围小, 服务设施及服务单一。特别应该加强地热在人民生活中, 在农业生产中, 在农副产品加工中的应用。例如农业可以利用地下热水灌溉、保温、育秧、养鱼和栽培热带作物等等, 工业可用地下热水作为热源、节约大量燃料。从地下水中还能提取有用的矿物原料, 稀有化学元素和原子能电站所需用的重水等, 在医疗上, 在建筑取暖方面都有很大的发展潜力。特别是建蔬菜大棚和民用居住房屋方面应加大投入, 在节约能源减少环境污染、改善生存环境方面有重要的意义。因此要充分利用本地这一资源优势, 充分发挥其作用, 将是使忻州市又好又快发展的重要的措施。

5 建议

加速地热能的利用是利国利民, 加速忻州市和谐发展、科学发展、又好又快发展的重要途径。而忻州市地热能的利用没有引起足够的重视, 且应用范围和规模十分有限。针对现状我们提出以下几点建议。

a) 要引起有关部门与有关领导的重视。通过调研掌握目前地热利用的技术、范围、效果, 分析地热利用的投资及基本情况;

b) 深入考察本地关于地热能的利用情况, 同时进一步摸清本地区资源的情况。制定发展规划;