中高溫?zé)岜脵C(jī)組研究與應(yīng)用綜述

作者：任曉東 發(fā)布于：2017-09-20

   能源與環(huán)境問題是當(dāng)今世界各國(guó)面臨的重大社會(huì)問題。我國(guó)地大物博，資源儲(chǔ)量豐富。但是由于人口眾多，煤的人均儲(chǔ)量?jī)H為世界平均的1/5，石油的人均儲(chǔ)量?jī)H為世界平均的1/8，天然氣則僅為世界平均的1/25。不僅如此，我國(guó)能源利用率非常之低，單位產(chǎn)值的能耗是美國(guó)和韓國(guó)的6倍，是日本的12倍[1]。我國(guó)的環(huán)境問題也非常嚴(yán)重。由于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，大氣污染的主要特征是煤煙型污染，全國(guó)每年由于燃煤所排放的粉塵量約為2.3×107t，SO2約為1.46×107t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了全球陸地平均污染負(fù)荷量[2]。在全球大氣污染最嚴(yán)重的前十座城市中，我國(guó)占了其中的5座（北京、沈陽、西安、上海和廣州）[3]。

     近年來，熱泵作為一種既節(jié)能又環(huán)保的技術(shù)越來越受到人們的重視，并且逐步向大型熱泵裝置的方向發(fā)展。熱泵是這樣一種裝置，它按照逆向熱力循環(huán)，利用少量的高位能去提取周圍環(huán)境中的無直接用途的熱量，使其能位提升，從而獲得更多的可利用熱能。熱泵可利用的低位熱源的范圍很廣，如自然環(huán)境資源（如空氣、水、地?zé)崮?、太陽能等）、生活中所排出的廢熱（如排水和排氣中的廢熱）、生產(chǎn)的排除物（廢水、廢氣、廢渣等）等等。中高溫?zé)岜玫摹爸懈邷亍笔窍鄬?duì)于目前占市場(chǎng)主導(dǎo)地位的最高熱水出水溫度在55℃以下的熱泵而言，一般供熱溫度在60℃以上，正常運(yùn)行出水溫度范圍為62℃～70℃，可以滿足所有中央空調(diào)和生活熱水系統(tǒng)對(duì)水溫的要求。雖然在供熱溫度上只有十幾度的提高，但對(duì)于熱泵技術(shù)來說需要極大的突破。

     在我國(guó)的采暖地區(qū)，隨著對(duì)節(jié)能和環(huán)境空氣質(zhì)量要求的不斷提高，各大中城市紛紛對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行取締，這就意味著每年有大量的供熱熱源需要進(jìn)行改造。這些改造項(xiàng)目大都是采用高溫?zé)崴膮^(qū)域供熱系統(tǒng)，用戶末端裝置為散熱器。在保持原有供熱系統(tǒng)形式不變的前提下，將舊有的供熱熱源改造為熱泵進(jìn)行供熱是一種既節(jié)能又環(huán)保的方法。但是，由于目前熱泵機(jī)組的供水溫度較低，難以滿足區(qū)域供熱系統(tǒng)對(duì)熱水溫度的要求（要求80℃以上）。因此，需要進(jìn)一步提高現(xiàn)有熱泵機(jī)組的供水溫度。另外，在原油的生產(chǎn)過程中，需要將原油加熱到55℃以上進(jìn)行輸送（否則原油會(huì)因結(jié)蠟而無法輸送）。目前，這部分能量主要靠燃燒天然氣來進(jìn)行提供，僅大慶油田每年消耗于此的天然氣就高達(dá)1億立方米。同時(shí)，燃燒天然氣的燃燒爐也非常易于損壞，5年左右就需要更換燃燒爐內(nèi)的換熱管壁，維修費(fèi)用很高，因此迫切地要求使用新型的加熱設(shè)備來取代現(xiàn)有的燃?xì)忮仩t，而在中高溫?zé)岜猛瑯訛橐环N有效的替代設(shè)備。

     我國(guó)的工業(yè)廢水中蘊(yùn)涵著大量的低位熱能。在原油生產(chǎn)過程中將分離出大量的含油污水，大慶油田的污水排放量為4.014萬噸/小時(shí)，水溫38℃左右；遼河油田的污水排放量為4.89萬噸/小時(shí)，水溫43℃；勝利油田的污水排放量為5.38萬噸/小時(shí)，水溫40℃。為了保證原油產(chǎn)量，這些污水必須回注到地下，如果不加以利用的話，其中的能量就會(huì)被浪費(fèi)掉。在鋼鐵工業(yè)、電力工業(yè)和石化工業(yè)中也存在大量的低溫廢水，溫度在30～70℃之間。如果將這部分低溫廢水排入河流和大海中，不僅會(huì)造成能源的極度浪費(fèi)，而且會(huì)導(dǎo)致環(huán)境的嚴(yán)重污染。利用中高溫?zé)岜眉夹g(shù)將廢水中的低位熱能提取出來，使其成為高位熱能，就可以應(yīng)用到城市集中供熱和原油拌熱輸送等民用和工業(yè)用熱領(lǐng)域中，從而實(shí)現(xiàn)了能源的合理利用。因此，以工業(yè)廢水為低位熱源的中高溫?zé)岜眉夹g(shù)的開發(fā)，對(duì)于我國(guó)北方城市區(qū)域供熱及其他用熱領(lǐng)域具有十分重要的意義。