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超级热泵 让低品位余能实现回收利用

2019-07-19 03:52 来源: 中国新闻网

超级热泵 让低品位余能实现回收利用

刘思江 本报记者 王 春

把“命门”掌握在自己手中

“我国年工业用能约29.1亿吨标准?#28023;?#20294;其中150摄氏度以下余热(低品位热能)往往是‘废热’,其总量相当于工业用能的14.2%。如果40%的余热能得?#25509;行?#21033;用,一年就能节约1.65亿吨标?#28023;?#24847;义巨大。”上海交通大学制冷与低温工程研究所所长王如竹说。

王如竹教授已经和绿色能源“磕”了30余年,藏着20多项顶尖的绿色能源?#38469;?#30340;中意绿色能源实验室,是他多年?#38469;?#25915;坚?#21215;商?#29616;。在这里,基于数十载制冷、换热?#38469;?#30340;研发,王如竹带领团队开展了“低品位余能回收?#38469;?#21450;热泵装备研发与示范”项目,破解节能减排“痛点”。

热泵作为一种节能?#38469;酰山?#20302;?#36335;?#28909;变成有用的高品位热能,例如替代常规煤锅炉进行供暖,可极大?#33322;?#21271;方集中供热热源紧张局面,同时实现工业生产的节能降耗,让天更蓝、地更绿。

超强热泵背后的“引擎”

不同温度的废热有不同的用武之地。如中高温余热通过热机对外做功可发电,中低温余热通过回收可发电、制冷和供热,低温余热可通过热泵供应生活热水等。通过消耗少量的化石能源或电力,可以把回收的余热转化为有用的高品位热能,再用于工业流程或供暖工程。

“温度低、能量密度低且分散等原因是低温余热难以回收利用的大难题。”王如竹说。压缩式热泵、吸收式热泵和化学热泵是余热品位提升的主要途径。三种热泵?#38469;?#34429;已有?#27426;?#21457;展,但一直以来难以突破热泵容量、能效比、温升与可靠?#32422;?#24471;的瓶颈。项目不仅需要攻?#24605;际?#38590;题,还要考虑经济效益。如果节能不节钱,这些?#38469;?#19982;装备也难以推广应用。

?#28304;耍?#29579;如竹带领的项目组攻坚?#22235;眩?#36890;过单个?#38469;?#30340;研发?#25237;?#27969;程、工艺等方面的创新优化,研制出效率高、容量大、热负荷适应性强的“超级”热泵,突破了低品位余能规模化应用?#21215;际?#22721;垒,并促进了新兴热泵装备产业发展。

性能提升和?#20302;?#20248;化匹配是提高压缩式热泵能效的关键。“一般设备采用蒸发器和冷凝器各一个的单一?#20302;场!?#29579;如竹说。项目组将压缩式热泵蒸发和冷凝温度各分为两段,采用独立逆流双?#20302;?#36827;行分?#25569;?#21457;?#22836;?#27573;冷凝,减少了蒸发和冷凝的换热温差,降低压缩机压比,从而提升能效。

“高性能吸收式热泵示范机组容量特别大,只能实地组装,任何返工或修改?#23478;?#20184;出巨大代价。”项目组的潘权稳博士说,由于机组体积大,还需根据运输?#21215;?#38480;尺寸进行分割设计与制造,并?#24742;?#20010;部件进行严格的测试和质量把关,保证实地组装一次成功。

相比而言,化学热泵?#21215;际?#25104;熟度远低于压缩式和吸收式热泵。项?#23458;哦友?#31350;的50千瓦级化学热泵在国际上没有先例可参考,研究人员的不懈努力,保证了示范工程的一次成功。

?#25226;?#36884;下蛋?#20445;?#20135;业化溢出效应显著

研究的产业化应用为项?#23458;哦友?#21046;的超级热泵提供了广阔天地。

用于鞍钢灵山供暖改造工程的压缩式热泵示范机组,制热能效比较?#38469;?#31361;破前提升了15%—20%,达6.67,热输出容量9兆瓦,可年节省3500余吨标煤。“目前世界最先进的机组能效比也仅约5.5—5.8,我们的机组已超世界最先进水平。”王如竹很自豪,“该热泵?#20302;?#31034;范成功后,客户马上又加订了5台。”

在大?#32856;?#32899;发电有限公司西固热电厂余热回收供暖的示范项目中,项目研发的高效吸收式热泵供热效率是蒸汽供热的1.77倍,目前已稳定运行了两个供暖季。“第一个供暖季就回收了约4.34万吨标煤的余热,节省了52.9万吨的水,减排13.5万吨二氧化碳排放。”王如竹说,这相当于15900台常规家用空调热泵的制热量。

废热利用,除了热能转化,储热?#38469;?#20063;相当关键。?#28304;耍?#22242;?#21451;?#21457;了相变储热材料和?#20302;常?#24182;直接?#25226;?#36884;下蛋?#20445;?#22312;江苏昂彼特堡能源集团实现了成果转化。“该储热器完全可以满足我国北方地区的冬季供暖需求。”王如竹说。储热供暖示范工程也已落地?#26412;?#24310;庆区政府大楼,3年不到就可回收投资。

此外,在行业难点“高温水蒸气热泵”方面,团?#21451;?#21046;出采用双螺杆带中间喷水冷却的压缩式热泵?#38469;酰?#24182;在汉钟精机股份有限公司成功转化应用。

同时,与项目牵头单位上海交大合作的企业和单位也在?#27426;?#21457;展壮大:珠海格力电器股份有限公司已开发出13项压缩式制冷和热泵相关的国际领先?#38469;酰?#21452;良节能?#20302;?#32929;份有限公司建成了亚太地区规模最大的溴化锂中央空调制造基地;中国科学院工程热物理研究所建成国内首台50千瓦级化学热泵样机……

基于示范工程,工业余热的网络化利用、规模化应用还在探索中。项?#23458;?#38431;编著的《低品位余能网络化利用导则》将成为工业余热规模化利用的指导书。“未来要综合考虑余热热源、余热转换?#38469;酰?#26681;据用户的需求,按照能量目标和匹配准则实现优化匹配,形?#23665;?#20915;工业余能电、热、冷、储高效利用的整体网络化解决方?#31119;?#36825;对量大面广的节能减排具有重要意义。”王如竹说,“希望我们的这本指导书能为工业节能减排的大规模应用提供经验。”

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发电, 鞍钢, 能源, 节能减排, 电力,
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