建陶类工业低品位烟气余热分段利用研究

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在钢铁、煤电、冶金、水泥、化工等工业领域,每年余热资源数量已超过四千三百多万吨标准煤。目前以钢铁行业为代表的高温烟气余热利用研究和应用比较多,但在以建陶类工业为代表的低品位烟气余热利用方面,则缺乏相关应用。本文首先对典型建陶类工业余热情况进行了现场调研,确定了余热利用对象温度范围为150℃~200℃的烟气,并测试了烟气成分,据此分析了目前低品位余热利用方式中技术比较成熟、应用比较广泛的有机朗肯循环发电技术及溴化锂吸收式制冷技术。论文基于Aspen Plus软件,建立了有机朗肯循环发电系统和溴化锂吸收式制冷系统的物理数学模型,并选取了合适的物性参数,利用其它文献数据验证了模型的有效性。在研究有机朗肯循环发电系统时,本文重点分析了在余热不同温度段,R227ea、R245fa、R236ea及R123四种干性工质与系统的匹配性,同时分析夹点温差、蒸发压力、冷凝压力及系统过热度对系统性能的影响:夹点温差主要影响系统经济性,不同工质在不同烟气温度下存在其最优夹点温差使系统经济性达到最佳;在蒸发压力方面,更高的蒸发压力可使系统达到更高的热效率,但存在最佳蒸发压力使系统有更高的经济性,且不同热源温度对应不同的最佳蒸发压力,使系统达到最大净功;在冷凝压力方面,冷凝压力的升高对系统热效率、净功、(火用)损失及经济性都有着负面影响,因此应结合冷却水温度尽可能地降低冷凝压力;烟气温度一定时,过热度主要影响系统净功和经济性,相同蒸发压力下,两者均随过热度增加而减小。研究单效溴化锂吸收式制冷系统时,本文分析了在不同余热温度段系统稀溶液浓度、流量以及系统高低侧压力对系统性能的影响:当余热温度一定时,在其他条件不变的前提下,系统COP、经济性等均随系统稀溶液浓度、高压侧压力、系统稀溶液流量的升高而减小;低压侧压力决定了系统输出(火用)品质,随着系统低压侧压力升高系统(火用)损失增大。无论是有机朗肯循环发电还是单效溴化锂吸收式制冷,系统参数在不同温度段的选择范围不同,且在不同指标下有不同的优化结果,因此需要统一的优化指标来对各个参数进行合理配置。本文提出基于层次分析法的多因素综合评价指标,为不同温度段系统运行参数进行优化选择,并以夹江县某厂房脱硫塔入口处烟气为例,根据参数优化结果指导其进行余热回收,结果表明该实例中溴化锂吸收式制冷系统是更好的选择。
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