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低品位余熱的網絡化利用 版權信息
- ISBN：9787030703927
- 條形碼：9787030703927 ; 978-7-03-070392-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
低品位余熱的網絡化利用 本書特色
適讀人群 ：低品位工業余熱利用領域的研究人員和從業人員通過余能網絡化利用對系統進行高質化集成，*終實現工業余能的高效利用。
低品位余熱的網絡化利用 內容簡介
低品位余熱的有效利用是提高能源利用效率的重要手段，本書對低品位工業余熱提出了網絡化利用的概念，主要針對余熱利用網絡的節點技術和構建方法展開介紹與討論：從余熱條件和能量需求匹配出發，總結了低品位工業余熱利用的電、熱、冷、儲、運技術，并且對熱泵這種熱能品位提升技術提出了廣譜化利用的概念和方法；介紹了余熱利用網絡的構建方法，包括熱力學優化和數學規劃，以及基于負荷預測的余熱利用網絡柔性調節方法，并對低品位工業余熱網絡化利用的部分實際案例進行了介紹與分析。 本書旨在為低品位工業余熱利用領域的研究人員和從業人員提供技術參考與借鑒。
低品位余熱的網絡化利用 目錄
目錄
序
前言
第1章 低品位工業余熱利用 1
1.1 低品位工業余熱 1
1.1.1 工業余熱的分類 1
1.1.2 低品位工業余熱的定義 3
1.1.3 集中式余熱與分散式余熱 4
1.2 低品位余熱的采集、品位提升與儲存技術 6
1.2.1 余熱采集技術 6
1.2.2 余熱品位提升技術 8
1.2.3 余熱儲存技術 12
1.3 低品位工業余熱利用現狀和問題 13
1.3.1 各行業余熱利用現狀 13
1.3.2 各行業余熱利用問題 15
1.4 余熱利用網絡 16
1.4.1 余熱利用網絡的定義 16
1.4.2 余熱利用網絡的實現方式 16
1.4.3 余熱利用網絡的特征 19
1.5 低品位工業余熱利用的研究熱點與展望 20
參考文獻 21
第2章 低品位余熱發電技術 22
2.1 余熱發電 22
2.2 低品位余熱發電循環 23
2.2.1 ORC 23
2.2.2 氨水動力循環 32
2.2.3 其他余熱發電技術 40
2.3 低品位余熱發電工質 45
2.3.1 ORC工質 45
2.3.2 氨水動力循環工質 51
2.4 低品位余熱發電系統關鍵部件 53
2.4.1 膨脹機 53
2.4.2 工質泵 61
2.5 低品位余熱發電系統案例 65
2.5.1 ORC發電系統案例 65
2.5.2 氨水動力循環發電系統案例 70
2.6 低品位余熱發電技術的發展趨勢和展望 72
參考文獻 73
第3章 低品位余熱利用的制冷/熱泵技術 79
3.1 概述 79
3.2 提升余熱品位的壓縮式熱泵技術 79
3.2.1 壓縮式熱泵技術 79
3.2.2 壓縮式熱泵工質 82
3.2.3 壓縮式熱泵系統 89
3.2.4 余熱回收熱泵系統案例介紹 97
3.2.5 總結與展望 103
3.3 余熱利用的吸收式制冷/熱泵技術 104
3.3.1 吸收式制冷/熱泵簡介 105
3.3.2 吸收式系統工質對 107
3.3.3 吸收式制冷系統 111
3.3.4 吸收式熱泵系統 122
3.3.5 吸收式制冷/熱泵系統在余熱回收中的應用 127
3.3.6 總結與展望 129
3.4 余熱利用的吸附式制冷/熱泵技術 130
3.4.1 工作原理 130
3.4.2 吸附工質對 131
3.4.3 吸附式制冷/熱泵循環 135
3.4.4 吸附式制冷/熱泵系統 142
3.4.5 吸附式制冷在余熱回收利用中的應用 148
3.4.6 總結與展望 150
3.5 本章小結 150
參考文獻 151
第4章 熱能儲存與輸運 156
4.1 儲熱的基本原理和性能評價 156
4.1.1 儲熱原理 156
4.1.2 儲熱性能評價 160
4.2 顯熱儲存技術 160
4.2.1 顯熱儲存介質 160
4.2.2 儲熱水箱 162
4.2.3 地下含水層儲熱 163
4.2.4 巖石儲熱 165
4.3 潛熱儲存技術 166
4.3.1 相變材料 166
4.3.2 應用舉例 178
4.4 化學儲熱技術 184
4.4.1 儲熱原理 184
4.4.2 吸附劑的篩選原則 188
4.4.3 儲熱工質對 189
4.4.4 熱化學儲熱系統 196
4.5 熱輸送技術 206
4.5.1 移動式遠距離熱輸送 206
4.5.2 管道式遠距離熱輸送 208
參考文獻 216
第5章 余熱熱泵技術的廣譜化利用 222
5.1 壓縮式熱泵的廣譜選型 223
5.2 吸收式熱泵的廣譜選型 234
5.3 吸附式熱泵的廣譜選型 239
5.4 化學熱泵的廣譜選型 242
5.5 余熱熱泵的廣譜化利用 246
5.5.1 可行性 246
5.5.2 熱經濟性 247
5.5.3 環保性與安全性 248
5.6 余熱熱泵廣譜化利用示例 249
5.7 總結 252
參考文獻 252
第6章 低品位余熱網絡化利用方法 256
6.1 余熱利用網絡構建的熱力學方法 256
6.1.1 夾點技術 256
6.1.2 低品位余熱利用的夾點法 272
6.1.3 低品位余熱利用的火積方法 283
6.2 余熱利用網絡構建的數學方法 297
6.2.1 線性規劃與非線性規劃 297
6.2.2 數學方法的應用示例 299
6.3 低品位余熱網絡化利用的方法選擇與評價指標 306
6.3.1 低品位余熱網絡化利用的方法選擇 306
6.3.2 低品位余熱網絡化利用的評價指標 307
參考文獻 309
第7章 基于負荷預測的柔性調節余熱網絡 310
7.1 基于神經網絡的負荷預測 310
7.1.1 需求側負荷預測基本模型 311
7.1.2 需求側負荷預測基本方法 313
7.1.3 神經網絡算法 316
7.1.4 基于神經網絡算法的需求側負荷預測 321
7.1.5 案例分析 325
7.2 余熱網絡柔性調度 330
7.2.1 一級熱網蓄熱特性 331
7.2.2 供熱區域熱慣性特性 340
7.2.3 系統調度 342
7.3 案例分析 344
7.3.1 案例條件 344
7.3.2 案例目標 346
7.3.3 負荷預測 346
7.3.4 案例結果 347
參考文獻 351
第8章 余熱網絡化利用項目及案例分析 353
8.1 余熱網絡化利用 353
8.2 吸收式制冷用于大型能源熱網優化節能改造 355
8.2.1 項目簡介 355
8.2.2 節能改造系統 357
8.2.3 節能分析 359
8.2.4 經濟性分析 359
8.3 寬溫區高效制冷供熱耦合集成系統用于食品行業綜合能源利用 360
8.3.1 項目簡介 361
8.3.2 冷凝熱余熱回收系統 362
8.3.3 經濟性分析 363
8.3.4 環境效益分析 365
8.4 基于吸收式熱泵的電廠冷卻塔余熱回收供暖 366
8.4.1 項目簡介 366
8.4.2 流程原理 367
8.4.3 吸收式熱泵 369
8.4.4 運行情況 370
8.5 基于離心式壓縮式熱泵的余熱供暖 371
8.5.1 項目簡介 371
8.5.2 壓縮式熱泵 372
8.5.3 運行情況及節能分析 373
8.6 ORC發電與吸附式制冷余熱梯級利用 374
8.6.1 項目簡介 375
8.6.2 ORC發電系統 377
8.6.3 吸附式制冷系統 377
8.6.4 運行情況 379
8.6.5 理論分析 379
8.7 分布式工業供熱的空氣源熱泵蒸汽鍋爐 380
8.7.1 項目簡介 381
8.7.2 空氣源熱泵蒸汽鍋爐系統介紹 382
8.7.3 節能環保效益評估與經濟性分析 383
8.8 ORC用于軋鋼廠余熱回收 385
8.8.1 項目簡介 385
8.8.2 余熱回收系統 386
8.8.3 ORC機組 386
8.8.4 運行情況 387
8.8.5 經濟環境效益情況 388
8.9 吸附式制冷用于數據中心余熱回收 389
8.9.1 項目簡介 389
8.9.2 余熱回收系統 389
8.9.3 吸附式制冷機 390
8.9.4 運行情況 391
8.9.5 節能效益分析及后續項目 393
8.10 吸收式熱泵用于壓縮式熱泵和空壓機余熱回收 394
8.10.1 項目簡介 394
8.10.2 運行策略 395
8.10.3 運行效果 395
8.11 總結與展望 396
參考文獻 396
序
前言
第1章 低品位工業余熱利用 1
1.1 低品位工業余熱 1
1.1.1 工業余熱的分類 1
1.1.2 低品位工業余熱的定義 3
1.1.3 集中式余熱與分散式余熱 4
1.2 低品位余熱的采集、品位提升與儲存技術 6
1.2.1 余熱采集技術 6
1.2.2 余熱品位提升技術 8
1.2.3 余熱儲存技術 12
1.3 低品位工業余熱利用現狀和問題 13
1.3.1 各行業余熱利用現狀 13
1.3.2 各行業余熱利用問題 15
1.4 余熱利用網絡 16
1.4.1 余熱利用網絡的定義 16
1.4.2 余熱利用網絡的實現方式 16
1.4.3 余熱利用網絡的特征 19
1.5 低品位工業余熱利用的研究熱點與展望 20
參考文獻 21
第2章 低品位余熱發電技術 22
2.1 余熱發電 22
2.2 低品位余熱發電循環 23
2.2.1 ORC 23
2.2.2 氨水動力循環 32
2.2.3 其他余熱發電技術 40
2.3 低品位余熱發電工質 45
2.3.1 ORC工質 45
2.3.2 氨水動力循環工質 51
2.4 低品位余熱發電系統關鍵部件 53
2.4.1 膨脹機 53
2.4.2 工質泵 61
2.5 低品位余熱發電系統案例 65
2.5.1 ORC發電系統案例 65
2.5.2 氨水動力循環發電系統案例 70
2.6 低品位余熱發電技術的發展趨勢和展望 72
參考文獻 73
第3章 低品位余熱利用的制冷/熱泵技術 79
3.1 概述 79
3.2 提升余熱品位的壓縮式熱泵技術 79
3.2.1 壓縮式熱泵技術 79
3.2.2 壓縮式熱泵工質 82
3.2.3 壓縮式熱泵系統 89
3.2.4 余熱回收熱泵系統案例介紹 97
3.2.5 總結與展望 103
3.3 余熱利用的吸收式制冷/熱泵技術 104
3.3.1 吸收式制冷/熱泵簡介 105
3.3.2 吸收式系統工質對 107
3.3.3 吸收式制冷系統 111
3.3.4 吸收式熱泵系統 122
3.3.5 吸收式制冷/熱泵系統在余熱回收中的應用 127
3.3.6 總結與展望 129
3.4 余熱利用的吸附式制冷/熱泵技術 130
3.4.1 工作原理 130
3.4.2 吸附工質對 131
3.4.3 吸附式制冷/熱泵循環 135
3.4.4 吸附式制冷/熱泵系統 142
3.4.5 吸附式制冷在余熱回收利用中的應用 148
3.4.6 總結與展望 150
3.5 本章小結 150
參考文獻 151
第4章 熱能儲存與輸運 156
4.1 儲熱的基本原理和性能評價 156
4.1.1 儲熱原理 156
4.1.2 儲熱性能評價 160
4.2 顯熱儲存技術 160
4.2.1 顯熱儲存介質 160
4.2.2 儲熱水箱 162
4.2.3 地下含水層儲熱 163
4.2.4 巖石儲熱 165
4.3 潛熱儲存技術 166
4.3.1 相變材料 166
4.3.2 應用舉例 178
4.4 化學儲熱技術 184
4.4.1 儲熱原理 184
4.4.2 吸附劑的篩選原則 188
4.4.3 儲熱工質對 189
4.4.4 熱化學儲熱系統 196
4.5 熱輸送技術 206
4.5.1 移動式遠距離熱輸送 206
4.5.2 管道式遠距離熱輸送 208
參考文獻 216
第5章 余熱熱泵技術的廣譜化利用 222
5.1 壓縮式熱泵的廣譜選型 223
5.2 吸收式熱泵的廣譜選型 234
5.3 吸附式熱泵的廣譜選型 239
5.4 化學熱泵的廣譜選型 242
5.5 余熱熱泵的廣譜化利用 246
5.5.1 可行性 246
5.5.2 熱經濟性 247
5.5.3 環保性與安全性 248
5.6 余熱熱泵廣譜化利用示例 249
5.7 總結 252
參考文獻 252
第6章 低品位余熱網絡化利用方法 256
6.1 余熱利用網絡構建的熱力學方法 256
6.1.1 夾點技術 256
6.1.2 低品位余熱利用的夾點法 272
6.1.3 低品位余熱利用的火積方法 283
6.2 余熱利用網絡構建的數學方法 297
6.2.1 線性規劃與非線性規劃 297
6.2.2 數學方法的應用示例 299
6.3 低品位余熱網絡化利用的方法選擇與評價指標 306
6.3.1 低品位余熱網絡化利用的方法選擇 306
6.3.2 低品位余熱網絡化利用的評價指標 307
參考文獻 309
第7章 基于負荷預測的柔性調節余熱網絡 310
7.1 基于神經網絡的負荷預測 310
7.1.1 需求側負荷預測基本模型 311
7.1.2 需求側負荷預測基本方法 313
7.1.3 神經網絡算法 316
7.1.4 基于神經網絡算法的需求側負荷預測 321
7.1.5 案例分析 325
7.2 余熱網絡柔性調度 330
7.2.1 一級熱網蓄熱特性 331
7.2.2 供熱區域熱慣性特性 340
7.2.3 系統調度 342
7.3 案例分析 344
7.3.1 案例條件 344
7.3.2 案例目標 346
7.3.3 負荷預測 346
7.3.4 案例結果 347
參考文獻 351
第8章 余熱網絡化利用項目及案例分析 353
8.1 余熱網絡化利用 353
8.2 吸收式制冷用于大型能源熱網優化節能改造 355
8.2.1 項目簡介 355
8.2.2 節能改造系統 357
8.2.3 節能分析 359
8.2.4 經濟性分析 359
8.3 寬溫區高效制冷供熱耦合集成系統用于食品行業綜合能源利用 360
8.3.1 項目簡介 361
8.3.2 冷凝熱余熱回收系統 362
8.3.3 經濟性分析 363
8.3.4 環境效益分析 365
8.4 基于吸收式熱泵的電廠冷卻塔余熱回收供暖 366
8.4.1 項目簡介 366
8.4.2 流程原理 367
8.4.3 吸收式熱泵 369
8.4.4 運行情況 370
8.5 基于離心式壓縮式熱泵的余熱供暖 371
8.5.1 項目簡介 371
8.5.2 壓縮式熱泵 372
8.5.3 運行情況及節能分析 373
8.6 ORC發電與吸附式制冷余熱梯級利用 374
8.6.1 項目簡介 375
8.6.2 ORC發電系統 377
8.6.3 吸附式制冷系統 377
8.6.4 運行情況 379
8.6.5 理論分析 379
8.7 分布式工業供熱的空氣源熱泵蒸汽鍋爐 380
8.7.1 項目簡介 381
8.7.2 空氣源熱泵蒸汽鍋爐系統介紹 382
8.7.3 節能環保效益評估與經濟性分析 383
8.8 ORC用于軋鋼廠余熱回收 385
8.8.1 項目簡介 385
8.8.2 余熱回收系統 386
8.8.3 ORC機組 386
8.8.4 運行情況 387
8.8.5 經濟環境效益情況 388
8.9 吸附式制冷用于數據中心余熱回收 389
8.9.1 項目簡介 389
8.9.2 余熱回收系統 389
8.9.3 吸附式制冷機 390
8.9.4 運行情況 391
8.9.5 節能效益分析及后續項目 393
8.10 吸收式熱泵用于壓縮式熱泵和空壓機余熱回收 394
8.10.1 項目簡介 394
8.10.2 運行策略 395
8.10.3 運行效果 395
8.11 總結與展望 396
參考文獻 396
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低品位余熱的網絡化利用 節選
第1章 低品位工業余熱利用 根據《中國統計年鑒2020》，中國能源消費總量為47.2億 t標準煤，其中工業能源消費達到了31.1億 t標準煤[1]，占比為65.9%，是國家能源消費的主要領域。一次能源的大量消耗引起了人們對能源危機和環境污染問題的重視。工業生產過程中，能源消耗大部分以燃料燃燒產生熱能的方式進行能量的利用與轉化，然而根據熱力學定律，燃燒產生的熱能無法全部轉化為需求能量，并且受限于當前技術水平，工業生產過程產生了大量的低品位工業余熱，以固態、液態、氣態等形式排放到環境中，造成了能源的極大浪費。《工業余能資源評價方法》(GB/T 1028—2018)(以下簡稱 GB/T 1028—2018[2])中對工業余熱的定義：工業生產工藝系統消耗輸入能源后輸出可利用的熱能。具體來說，工業余熱資源是二次能源，是生產過程中某種設備或系統所排出的可以以熱能形式回收的能量，通常這種熱能已無法用于本設備或系統的工藝生產過程。我國主要工業產品單位能耗平均比國際先進水平高出30%左右，除了生產工藝相對落后等因素之外，工業余熱往往沒有得到很好的利用，也是造成單位能耗高的重要原因。我國工業余熱資源豐富，廣泛存在于工業各行業生產過程中，余熱資源占其燃料消耗總量17%～67%，節能潛力巨大，近年來余熱回收和利用已經成為我國節能減排工作的重要內容。 1.1.1 工業余熱的分類 工業余熱來源廣泛、溫度范圍廣、存在形式多樣，存在于冶金、化工、建材、機械、紡織、造紙、食品、電力等行業。其分類如下。 1)按余熱溫度劃分 (1)高溫余熱：固態>700℃，液態>200℃，氣態>400℃。 (2)中溫余熱：固態400～700℃，液態120～200℃，氣態250～400℃。 (3)低溫余熱：固態<400℃，液態<120℃，氣態<250℃。 2)按余熱載體形式劃分固態載體余熱資源：包括固態產品和固態中間產品的余熱資源、排渣的余熱資源及可燃性固態廢料。液態載體余熱資源：包括液態產品和液態中間產品的余熱資源、冷凝水和冷卻水的余熱資源、可燃性廢液。氣態載體余熱資源：包括煙氣的余熱資源、放散蒸汽的余熱資源及可燃性廢氣。 3)按余熱資源存在的行業劃分各個行業都會產生一定量的不同溫度的余熱，余熱主要存在于以下幾種行業。 (1)冶金行業，余熱來源為軋鋼加熱爐、均熱爐、平爐、轉爐、高爐、焙燒窯等，占燃料消耗量33%以上。 (2)建材行業，余熱來源為高溫的煙氣、窯頂冷卻、高溫產品，占燃料消耗量40%。 (3)化工行業，余熱來源為化學反應熱、可燃化學熱等，占燃料消耗量15%以上。 (4)玻搪行業，余熱來源為玻璃熔窯、搪瓷窯、坩堝窯等，占燃料消耗量20%。 (5)機械行業，余熱來源為鍛造加熱爐、沖天爐、熱處理爐等，占燃料消耗量15%。 (6)造紙行業，余熱來源為烘缸、蒸鍋、廢氣、黑液等，占燃料消耗量15%。 (7)紡織行業，余熱來源為烘干機、漿紗機、蒸煮鍋等，占燃料消耗量15%。 4)按余能資源等級劃分 按工業余能資源的可用勢、溫度、壓力可劃分包括余熱資源在內的余能資源等級，其劃分如表1.1所示[2]。 表1.1 余能資源等級 以上對余熱在溫度、載體形式、行業及等級等方面的分類，可以提供對余熱較為清晰的認識，在利用余熱資源時可以進行有效的參考。 1.1.2 低品位工業余熱的定義 工業余熱可以劃分為高品位工業余熱和低品位工業余熱。高品位工業余熱可以直接回收用于其他生產工藝，以減少余熱的回收和轉換次數，提高一次能源利用率；也可以直接進行能量轉換，滿足冷、熱、電等需求。由于驅動熱源品位高，能量轉換系統具有多種技術路線和較高的系統效率，有良好的技術可行性和經濟性。 相對于高品位工業余熱而言，低品位工業余熱難以用于其他生產工藝過程，多種余熱利用技術不再可行。如果能量轉換系統的熱效率過低，會導致低品位余熱回收利用系統的收益低于系統的功耗，反而使低品位余熱的回收利用得不償失。因此，這種情況對低品位工業余熱的利用提出了兩點需求：一是需要低品位工業余熱能量轉換系統具有更高的工況適應性和系統熱效率；二是需要低品位工業余熱利用能夠實現整體的規劃或優化，獲得*優的能量目標和經濟目標。低品位工業余熱的有效利用直接決定了工業生產的一次能源利用率。 對于低品位工業余熱的定義有不同的觀點，有研究者認為低于100℃的液體和乏汽余熱、低于200℃的煙氣余熱、低于400℃的固體余熱屬于低品位工業余熱[3]，這里規定的低品位工業余熱溫度，比按溫度劃分的低溫余熱溫度還要低，這是因為研究者在這里是針對利用工業余熱實現集中供熱而提出的余熱載體和溫度劃分，并不能反映出廣義的低品位工業余熱的載體和溫度劃分。 Papapetrou等[4]在對歐盟各個國家鋼鐵、有色金屬、化工、食品、印刷等行業余熱進行評估后認為低于100℃的余熱體量*小，100～200℃的余熱體量*大，而200～500℃的余熱體量也十分顯著。這部分溫區的余熱基本屬于中、低溫余熱，其溫度低、體量大，難以全部回收用于工藝過程，需要能量系統進行回收利用。因此，結合余熱資源的溫度分類標準，本書中涉及的低品位工業余熱是：工業生產過程中有利用價值但尚未充分或有效利用的中低溫余熱，包括低于700℃的固態顯熱余熱、低于200℃的液體顯熱余熱或蒸汽余熱、低于400℃的氣體余熱。由于較低溫度的余熱可以通過熱泵技術進行品位提升利用，也可以具有良好的經濟性，這里的余熱載體溫度并沒有設下限。事實上利用熱泵可以把冷卻塔的余熱回收利用，提升30～40℃就可以用于集中供熱，利用自然工質高溫熱泵甚至可以將空氣源熱能提升近100℃，從而使空氣源熱泵成為可以將水加熱成高壓蒸汽的裝備。 1.1.3 集中式余熱與分散式余熱 根據低品位工業余熱的載體形式以及余熱“量”的集中程度，可以將低品位工業余熱分為集中式余熱和分散式余熱，這對于選擇何種余熱利用的技術非常重要。 1.1.3.1 集中式余熱 集中式余熱是指發電廠、鋼廠等工業單位在生產過程及排放中產生的大量余熱，以國內某鋼廠軋鋼區域為例，有各類主要爐窯30余座，余熱主要集中在煙氣部分，另外還有蒸汽冷凝水余熱、保護氣余熱、冷卻水余熱等，各類余熱資源年累計量達到328萬 t標準煤。這種集中式余熱可以根據余熱資源的載體形式進行回收，產生蒸汽或者熱水，可以賣出或自用，也可以通過余熱轉換技術滿足冷、熱、電等能源需求，實現余熱的有效再利用，是提高工業一次能源利用效率的重要手段。集中式余熱在回收利用時具有以下優點。 1)清潔的余熱載體 集中式余熱大多來自廢氣、廢渣、廢水等介質以及各工藝的冷卻過程，余熱來源眾多，需要集中回收利用，這需要載熱媒介來實現。而且，余熱介質通常性質惡劣，例如，煙氣中含塵量大或含有腐蝕性物質，如果直接將煙氣接入余熱利用設備，對吸收式制冷機、有機朗肯循環( organic Rankine cycle，ORC)發電機組和熱泵等余熱利用設備的運行及維護十分不利。因此，通過熱能采集設備產生清潔的蒸汽和熱水作為余熱載體，能夠實現清潔的余熱傳輸、利用和轉換。 2)余熱的規模化利用 工業余熱來源于多個生產工藝過程，但是余熱回收利用不能點對點進行，而是需要規模化集中利用，這樣可以減少余熱利用設備以及輔助設備的數量、降低系統及管線的復雜度及成本、提高余熱利用系統的空間利用率，實現冷、熱、電的規模化輸出。 3)余熱的規模化儲能工藝生產過程中存在周期性、間斷性或生產波動，會導致余熱量不穩定。集中式余熱可以實現規模化的低成本儲熱，使余熱溫度、流量穩定，有利于余熱利用系統的穩定運行和控制。 4)余熱利用設備的可靠性與高效性 由于集中式余熱載體的清潔性，以及余熱載體能夠保持溫度、流量穩定，因此集中式余熱利用系統的設備設計簡單，制造工藝成熟，能夠保障余熱利用設備運行可靠。而且余熱的規模化利用可以采用 ORC發電機組、吸收式制冷機、吸收或壓縮式升溫熱泵等大型的余熱利用轉換裝置產生電能、冷能和熱能，系統設備數量減少、輔助設備功耗降低，提高了余熱利用系統的熱效率。 1.1.3.2 分散式余熱 相對于集中式余熱，小型柴油發電機、小型鍋爐、車船用發動機、空壓機等能量轉換裝置產生了分散式余熱，其余熱利用率相比集中式裝置大大降低，甚至余熱沒有得到任何利用。以船用小型柴油發電機為例，其余熱占能量消耗值的比例可達65%。分散式余熱分布廣泛，雖然沒有集中式余熱體量大，但是由于余熱沒有得到有效利用，余熱量也相當可觀。分散式余熱的有效利用是工業余熱利用的重要補充。然而分散式余熱相比集中式余熱更加難以利用，原因如下。 1)顯熱余熱載體 分散式余熱體量小，其載體是氣體和液體等顯熱余熱載體。這種余熱載體具有比熱容小、溫度滑移大、部分情況有腐蝕性等特點，因此帶來了余熱利用系統的復雜性和適應性問題。集中式余熱通常以蒸汽和熱水為余熱載體，其溫度、流量可以相對穩定，因此集中式余熱利用系統制造工藝成熟，運行穩定可靠。相比之下，分散式余熱利用系統對換熱器等提出了更高的要求，比如，需采用微通道換熱器實現系統的緊湊性等。 2)余熱資源的不穩定性 對于分散式裝置，如柴油發電機、車船用發動機等，其輸出功率和工況有關，相應的余熱輸出也隨之變化。以車用發動機為例，發動機的功率隨汽車的加速、減速、怠速等工況變化，尾氣的溫度和余熱熱量的大小也隨之變化，這給余熱的利用帶來了極大的挑戰，熱輸入的急劇變化會影響余熱利用系統的運行穩定性，對余熱利用系統的設計、制造和控制提出了更高的要求。 3)熱效率需要足夠高 對于分散式余熱，其體量相對較小，如果系統熱效率不夠高，余熱利用系統的散熱會引起輔助設備耗電增加，從而使余熱利用的經濟性變差，甚至得不償失。因此提高分散式余熱利用系統的熱效率是必須考慮的。 4)設備安裝空間較小分散式余熱利用系統的安裝空間通常較小，這對余熱利用系統的設備體積提出了要求，系統的傳熱傳質部件需要進行有效的強化和設計，實現高體積熱流密度。分散式余熱利用系統的部件和系統與集中式余熱利用系統相比，需要更加高效緊湊的傳熱傳質部件設計與系統優化。 從分散式余熱利用的特點可以看出，分散式余熱利用系統并不是僅將集中式余熱利用系統小型化利用，而是在系統效率、體積、可靠性和穩定性上都提出了更高的要求。分散式余熱的利用作為集中式余熱利用的補充，其利用系統必須考慮以上特點進行設計和研發。 1.2 低品位余熱的采集、品位提升與儲存技術 要對余熱進行利用首先要對余熱進行采集，采集到的余熱可以直接使用，也可以經過品位提升后再進行利用。下面對余熱的采集和品位提升方式以及相關過程的能量儲存進行簡單的介紹。 1.2.1 余熱采集技術 各種溫度區間和不同類型的余熱，所使用的余熱采集方式也是不一樣的。余熱采集過程只是將余熱傳遞給余熱能量系統，在采集過程中余熱的品位會由于傳遞而降低，但采集過程并不改變余熱的能量形式。余熱采集采用熱交換技術，這是回收工業余熱*直接、效率較高的經濟方法，相對應的設備是各種換熱器。 1.2.1.1 間壁式換熱器 間壁式換熱是指熱流體和冷流體被固體壁面隔開、不直接接觸的熱交換過程。間壁式換熱可采用多種換熱器形式，如管式換熱器、板式換熱器、同流換熱器等。管式換熱器的熱流體和冷流體在管殼內進行換熱，管程易于清洗，通常設置為非潔凈流體通道。管式換熱器雖然傳熱效率較低，緊湊性和金屬耗材等方面也遜色于其他類型換熱器，但它具有結構堅固、適用彈性大和材料范圍廣的特點，是工業余熱回收中應用*廣泛的熱交換設備，冶金企業
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