环境中的低品位热能利用研究_墙新奇.pdf
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1、SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 04 期SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能ENERGY SAVING TECHNOLOGYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能SHANGHAI ENERGY CONSERVATION2018 年第 08 期 ENERGY SAVING TECHNOLOGY节能技术收稿日期:2022-07-19作者简介:墙新奇(1967-07-),男,本科,高
2、级工程师,从事仪表和自动化技术工作环境中的低品位热能利用研究墙新奇新疆八一钢铁股份有限公司能源中心摘要:环境中的低品位热能储量巨大,但一般将其视为不可用能,主要是很难将其可用性体现出来。通过深冷制冷循环形成一个远低于环境温度的冷源,环境中的低品位热能的可用性就能充分显现出来。将低品位热能的可用性发挥出来用于此循环,能减少高等级能量的需要。为了达到此目的,需要一个能用低品位热能做功的设备。气动压缩机中动力源来自增压液体工质和增压气体混合的湿蒸气,做功后的湿蒸气一部分节流产生的深冷温度的冷量用于维持深冷制冷循环的需要;温度上升后的低压气体工质在对外输出冷量的同时吸收外部低品位热能,增压、增温后的高
3、压气体工质经喷射器与液体工质混合。循环对外输出的冷量成为循环的收益,可以通过阶梯利用或复用等方式增加制冷的效益。关键词:低品位热能;冷源;制冷循环;气动压缩机DOI:10.13770/ki.issn2095-705x.2023.04.016Research on Utilization of Low Grade Thermal Energyfrom EnvironmentQIANG XinqiEnergy Center of Xinjiang Eight One Steel Co.,Ltd.Abstract:The low grade thermal energy reserves in th
4、e environment are enormous,but they are gen-erally regarded as unusable energy,mainly because it is difficult to demonstrate their availability.Byforming a cold source that is much lower than the ambient temperature through a deep cooling refriger-ation cycle,the availability of low grade thermal en
5、ergy in the environment can be fully demonstrated.Utilizing the availability of low grade thermal energy for this cycle can reduce the need for high gradeenergy.To achieve this goal,a device that can use low grade thermal energy to do work is needed.The493SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023ENERGY SA
6、VING TECHNOLOGYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.0820180 前言全球气候变暖,江海、湖泊、大气、山石和土壤中蕴含的低品位热能也大幅增加。目前利用环境中的低品位热能的方式不多,海洋温差发电1、水源热泵和空气源热泵2等是目前比较熟知的利用环境中的低品位热能技术。海洋温差发电受温差较低、投资较大、地理位置等因素的影响,短期内难以大范围推广;水源热泵、空气源热泵目前主要用于供暖,由于需要消耗高品质的能量较大,使用成本很难降低,对于废热资源丰富的场合十分适用,对于燃气资源短缺的场合可与电制热设备等在市场上竞争3。通过太阳能等提高热源温度,是低品位热
7、能利用的主要方向;而通过合适的冷源,将低品位热能中的可用性显现出来则是另一个研究方向4。1 合适的冷源1)为了将环境中的低品位热能中的可用性能够最大限度地利用,冷源的温度要足够低才能达到目的,从普冷领域过渡到深冷领域后环境中的低品位热能中的可用性就能充分地显现出来。2)目前主流的制冷剂冷凝温度稍高,且在不同程度上对环境有影响,自然或准自然的且满足深冷要求的制冷循环工质成为必然选择。3)液空和液氮等自然工质可很方便地从分布广泛的空分装置获得,能满足上述要求,但其冷源温度的保持十分困难,若需要持续不断地从外部补充才能维持,则经济性等方面就不合适了。4)将低品位热能中的部分可用性释放出来用于维持冷源
8、温度,减少高等级能量的使用和消耗,冷源温度损失后品质稍低的冷量用于制冷,不同温度区间的冷量阶梯利用,放大制冷应用的场合,使这部分高等级能量的消耗远小于直接用于制冷的消耗,成为合适的冷源的基石。5)建立以液空和液氮等自然物质为循环工质的深冷制冷循环,将环境中的低品位热能的可利用温度区间扩大到200 左右的可能性增加。2 新的制冷循环1)为了有一个合适的冷源,需要建立一个适宜的制冷循环,气体压缩制冷是最为普遍的制冷方式,其主要能耗在气体压缩过程,为降低能耗,可从三个方面着手:气体压缩方式,气体压缩后的热能利用,气体压缩的动力源。2)气体压缩方式主要有两种,一是气体直接压缩,二是液体增压后气化,后者
9、能耗远远低于前者,前者压缩后产生大量热能。3)气体压缩后产生的热能通常通过空冷或水冷的方式带走,为此还需要额外消耗能量,若可以有效利用将大幅降低能耗。4)气体压缩的动力源一般来自高等级能量,如power source in the pneumatic compressor comes from the mixture of pressurized liquid working fluidand pressurized gas,and a portion of the wet vapor after work is throttled to generate a cryogenic tem-pe
10、rature,which is used to maintain the needs of the cryogenic refrigeration cycle;the low pressure gasworking medium after temperature rise absorbs low grade external heat energy while outputting coldenergy to the outside.The high pressure gas working medium after pressurization and heating is mixedwi
11、th the liquid working medium through an injector.The cooling output from the cycle becomes the rev-enue of the cycle,which can be increased through stepwise utilization or reuse to increase the efficien-cy of refrigeration.Key words:Low Grade Thermal Energy;Cold Source;Refrigeration Cycle;Pneumatic
12、Compressor494SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 04 期SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能ENERGY SAVING TECHNOLOGYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能SHANGHAI ENERGY CONSERVATION2018 年第 08 期 ENERGY SAVING TECHNOLOGY节能技术电能等,若能将低品位热能转化为动力源的一部分,则能降低
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