余热资源是指在生产过程中由各种热能转换设备,用能设备和化学反应设备中产生而未被利用的热量,其数目大得惊人。称余热为资源,就是因为这数目惊人的余热中,有许多是可再利用的。在我国,建材、冶金等行业的余热占耗能的比例在30%以上,可见余热资源的潜力有多么大!
余热资源只有具备一定数量才有回收的可能,余而不热就没有回收的价值了。余热的价值是由其温度、压力、化学潜热共同构成的。温度、压力越高,化学潜热越大,则价值就越大。
围绕余热利用的新技术很多,如余热发电、低沸点有机工质循环、高效换热器等等。在前面的地热利用一章中,我们已经了解了利用低沸点有机工质循环来开发低温热源发电的技术概况,这里我们将着重向大家介绍换热器技术的发展。
正如大家所知道的,从热源到循环工质,热的传递必须通过换热器这一必由之路。平时,我们北方冬天使用的暖气片就是最常见的换热器之一。由于每经过一次热交换,能量就要损失掉一部分,因此在本来品位就不是太高的余热利用中,就更要求提高换热效率。近年来,技术人员们开发出了多种换热器传热强化技术,如在换热器表面开出各种槽纹、增加翅片、附加涂层或使载热流体产生脉动等等。但在余热利用中,由于温度参数较低,往往需要相当大的传热面积,从而导致金属耗量大,占地面积大,增加了设备及基础投资。同时,余热流体及被加热低温工质在换热器内流程加长,增加了阻力损耗和泵功率消耗,提高了运行费用。这些因素常迫使人们降低了对余热的回收率。
美国技术人员研制成功的热管换热器则打破了长期以来余热利用率上不去的僵局,以其结构简单、性能优良而被广泛应用于许多领域。热管组装的换热器作为一种高效的余热回收装置,越来越受到人们的重视。(www.daowen.com)
热管是由管壳、吸液芯和传热工质组成的一个密闭系统。它的工作原理是工质在管内连续循环和相变,潜热不断被吸收与释放而传递热量。传热过程可分为四个阶段:吸热、传输、放热和回流。在吸热阶段,蒸发端从外界余热流体中吸收热量,通过管壳沿径向传递给液态工质,使其受热;在传输阶段,蒸汽腔内的蒸汽从蒸发端沿轴向通过绝热段传输到冷凝端;在放热阶段,冷凝端蒸汽冷凝成液体并放出凝结热,并沿径向传递给低温循环回路的工质;在回流阶段,冷凝后的液体在吸液芯毛细作用力的作用下,从冷凝端回流到蒸发端。如此循环,热量就从一端连续不断地传递到了另一端。
由于热管换热器跳出了传流换热器依靠金属热传导的框架,利用相变换热而工作,不仅提高了传热效率,也降低了制造材料的消耗。如果把热管当作一个导热元件,则它的等效热导系数要比铜大数十倍到数千倍,被誉为热的超导体。正由于热管换热器的这种优势,其技术发展十分迅速,在节能方面倍受重视。日本用于回收高炉热风炉余热的特大热管换热器投入运行以后,烟气的处理量为46万立方米/小时,余热回收量为5.7×107千焦/小时。目前。国内也已有20多个研究机构,60多家企业开始热管换热器的研究和制造,并已在节能领域取得了不小的成绩。
作为节能产业中的一个重要课题,余热利用具有很高的经济效益和社会效益。各种新技术在余热利用中的应用将对提高能源利用率产生至关重要的影响。
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