吸收式热泵在水泥余热回收领域的应用

  【摘要】热泵是以消耗一部分低品位能源为补偿，使热能从低温热源向高温热源传递的装置，由于热泵能将低温热能转换为高温热能，提高了能源的有效利用率，因此它是回收低温余热的重要途径；而水泥余热炉回转窑筒体内部烟温约为1100℃，尽管内部做了保温，但其外壁温度亦达到200℃～400℃，直接对环境释放辐射热量，不仅造成能量的浪费，而且对环境有较大影响，如将部分辐射热源能结合热泵加以回收利用，可极大提升能源的利用率，本文主要介绍吸收式热泵在水泥余热回收领域的应用方法。

  【关键词】 水泥回转窑  余热  吸收式热泵

  一 研究背景

  随着环境、气候的逐渐恶化，发展低碳经济、促进可持续发展成为人类社会未来的必然选择，我国已是世界上第二大经济体，也是世界上最大的能源消耗国，“节能、减排、降耗”是我国社会发展的一个重要核心，从近年来国家出台的一系列环保政策来看，我国已将环境治理摆在了前所未有的高度，而提高能源利用率，加强余热回收利用是节约能源、降低碳排放、保护环境的根本措施，而目前我国能源综合利用率不到40%，对资源造成了极大的浪费，提高能源利用率成为我们亟待解决的问题，吸收式热泵余热回收利用技术以其高效节能和具有显着经济效益的特点，在余热回收领域得到广泛应用。

  水泥余热锅炉循环水冷却水余热属于低品位热源，直接排放到环境中将造成巨大的能源浪费，对其排放环境也会造成负面的影响,热泵技术的在余热回收领域的成功应用为水泥余热回收利用工程的实施提供了可靠的技术保障。利用热泵技术能有效的回收利用循环冷却水中的低品位热源，将其转换为高品位热能，能提高机组的效率或供热能力；

  二 水泥余热的存在方式

  目前新型干法水泥生产线余热主要为以下两种:

  ① 烟气余热，此部分余热目前大多数水泥厂已利用纯低温水泥余热锅炉产生蒸汽用于发电；

  ② 回转窑筒体的高温辐射热，一般水泥回转窑内最高温度约1100℃，尽管内壁浇注保温材料，但其外壁温度也高达200℃～400℃，而回转窑筒体直接面向大气，直接向大气传递热量，不仅造成能源的浪费，同时也对环境不利；

  根据资料显示，不同产量等级水泥回转窑可回收的余热情况如下：

  1）2500t/d水泥生产线回转窑筒体尺寸为直径4m，长度约60m，可被利用的热能大约为900KW；

  2) 3000t/d水泥生产线回转窑筒体尺寸为直径4.3m，长度约64m, 可被利用的热能大约为1000KW；

  3）5000t/d水泥生产线回转窑筒体尺寸为直径4.6m，长度约74m, 可被利用的热能大约为1200KW；

  三 吸收式热泵工作原理

  吸收式热泵（升温型，又称作热变换器），是利用中温热源驱动，产生高温有用能。主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液换热器、溶液泵等组成,如下图1所示；

图1  吸收式热泵工作原理

  乏汽、低温热水等废热热源进入③蒸发器管程，蒸发器壳程为负压，壳程的冷剂（冷凝液态水）在传热管外表面蒸发，吸收乏汽、低温热水等热源的汽化潜热余热蒸发，形成低压蒸汽，进入④吸收器，吸收器中浓溶液在传热管外表面滴淋，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽气化潜热，并将该潜热释放给吸收器管内的目的工质，目的工质实现一次升温，与此同时，在吸收器内的浓溶液变成稀溶液，经过⑤溶液热交换器与①发生器来的高温稀溶液热交换升温后进入①发生器，发生器中驱动热源（乏汽、低温热水等）加热溴化锂溶液，水蒸汽蒸发，溴化锂溶液变为浓溶液，浓溶液以⑦溶液泵送入④吸收器，并在⑤溶液热交换器与来自④吸收器的稀溶液进行热交换，将热量传递给稀溶液；①发生器中蒸发的冷剂（水蒸汽）进入②冷凝器，并加热管内的目的工质，实现的目的工质的二次升温，冷剂(水蒸汽)冷凝成冷凝液态水通过⑥节流阀进入③蒸发器，蒸发器内的冷凝水再次吸收乏汽、低温热水等废热热源蒸发，而后进入吸收器内……，如此反复，实现热泵循环。

  四 水泥余热与热泵结合的应用

  目前水泥低温余热发电机组大多采用纯凝机组，排汽温度约为30℃～45℃之间，此部分汽化潜热的利用空间巨大，可作为热泵中蒸发器的热源，提取乏汽的汽化潜热加以利用后再排放，提高了热能的利用率，同时也降低了热能排放对环境带来的影响；

  水泥回转窑筒体外壁高达200℃～400℃的热能，可用作热泵系统中发生器的驱动热源，同时，由于其温度高达400℃，可作为热泵系统发生器后部蒸汽的过热热源。

  如仅作驱动热源，可于回转窑筒体外壁制作水冷式辐射罩，将水加热后作为驱动热源加热发生器内的稀溶液，促进稀溶液的蒸发。

  如同时用作热泵系统发生器后部蒸汽的过热热源，则新的热泵系统可变换为图2；水泥回转窑筒体外壁布置半圆形辐射式热水器及过热器，热水器用于加热热水，用作发生器的驱动热源,过热器用作发生器产生的蒸汽后续的过热，由于筒体外壁最高温度200℃～400℃，理论上热泵系统发生器产生的蒸汽可被提升至约200℃，目的工质温度也可提升至此温度区间，从而达到提高低温热源品位的目的。

图2  吸收式热泵回收水泥余热工作原理图

  五 结束语

  通过吸收式热泵系统对水泥回转窑余热的回收，理论上目的工质温度可达到约200℃，提高热能的品位，提高了能源利用率；此部分热能利用前景广阔，可用于集中供热、供暖，也可用作低温余热发电低压缸补汽，提升发电效率，获取经济效益；另外，对此部分热能的回收利用，避免了将其直接排放到环境中造成的能源浪费，同时也缓解了废热排放对环境造成的影响。

  参考文献：

  [1] 吸收式热泵技术及应用/钟晓晖着；冶金工业出版社，ISBN：9787502467593

  [2] 撒卫华. 溴化锂第一类吸收式热泵的研究及应用[J]. 洁净与空调技术， 2010 (2): 21-24.

  [3] 马万龙.水泥回转窑筒体表面余热回收利用技术研究. 《大连理工大学》-2012.

  [4] 何维帅. 水泥回转窑筒体表面余热回收利用分析.《工程技术：文摘版》-2016(3):00073-00073.

  [5] 朱道灿，周欢，桑波，李保国.水泥厂的余热回收利用.《应用能源技术》，1996（2）：30-34.

  [6] 陈海兵.水泥厂循环冷却水余热回收的应用与探讨.《建筑工程技术与设计》，2015（21）