煤化工低位热能回收利用

煤化工低位热能回收利用

李万龙

陕西延长石油榆林煤化有限公司  陕西 榆林  719000

摘要：随着工业化进程的加快，能源消耗和环境污染问题日益严重。低品位余热资源作为一种可再生的能源形式，其回收利用对于提高能源利用效率、降低环境污染具有重要意义。本文将探讨低品位余热资源回收利用的途径及技术，为相关人员提供参考。

关键词：煤化工；热能；回收利用

一、煤化工低位热能概述

低品位余热资源是指在实际工业生产过程中产生的温度较低、品质较差的废热。这些废热多数未得到有效的回收和利用，造成了能源的浪费和环境的污染。煤炭作为我国能源的主体，是当前工业生产和人民生活的重要燃料。传统的煤化工采用焦化、气化工艺，其中涉及到大量高温余热资源的回收利用问题。虽然目前在煤化工领域已经取得了一定的研究成果，但大部分仍停留在概念阶段，特别是低位热能利用技术亟待开发和应用。在以煤为主要原料的煤化工过程中，气化炉、流化床锅炉和变换炉等都会产生大量的低位热能，但因其不能直接利用而造成了极大的浪费。

二、煤化工低位热能回收利用的重要性

随着能源危机的不断加剧和环境污染问题日益严重，国家开始重视节能减排工作。在这种形势下，煤化工作为重要的基础产业之一受到了广泛关注。煤化工是指以煤为原料生产化工产品的过程，包括煤炭深加工、煤制油、煤制气等多种技术路线。由于其高效率和低成本的特点，煤化工已经成为全球范围内最具竞争力的传统产业之一。然而，煤化工过程中产生的大量高温余热却没有得到充分利用，造成了资源浪费和环境污染。因此，如何高效回收利用煤化工过程中的低位热能已成为一个亟待解决的问题。

热能回收是指将低品位余热资源通过一定的技术手段转化为有用热能的过程。常见的热能回收技术包括热交换、热管、太阳能热利用等。这些技术的应用能够有效地将低品位余热资源转化为有用热能，减少能源浪费，并降低环境污染。

三、煤化工低位热能的回收利用技术分析

（一）热交换技术

热交换是将两种或两种以上介质进行热量交换的过程，通常包括：蓄热式、蓄放式、转轮式和塔板式等四类。根据其工作方式可以分为传统型热交换系统和新型高效换热器两大类。其中传统型热交换系统的关键是蓄热体（蓄热材料）；而新型高效换热器则以强化换热为目的，通过新的结构设计提高换热器的传热性能。目前比较成熟的有水蓄热型热交换系统、水气换热型热交换系统、空气蓄热型热交换系统、循环流化床型热交换系统以及蒸汽蓄热型热交换系统。从节能效果来看，前三类热交换系统的能效比高，达到了国家对燃煤机组热电联产标准规定的最低门槛值。此外，在供暖领域，熔盐储能技术通过利用弃风、弃光的电能以及“低谷电”来加热熔盐，从而把电能转变为热能存储起来。在用电高峰时再把这些热能利用起来，通过供热系统来替代燃煤（或天然气）锅炉进行供暖。这样既提高了电网的稳定性，又改善了大气环境，同时还可以缓解气荒和降低运营成本。

对于不同的传热储热场合，可以根据工艺技术要求来选取不同类别的熔盐单体，也可以按照一定比例通过复配方式来制成性能稳定的混合共晶盐，以完成特定的传热储热任务。

（二）热泵技术

煤气化过程是复杂的多相化学反应过程，大量反应热产生，造成大量热量浪费。而低温余热回收技术通过利用这部分低位热能，不仅可以提高企业经济效益，而且对于改善环境也具有重要意义。

常见的热泵包括蒸汽压缩式热泵和斯特林热泵等。蒸汽压缩式热泵通过压缩和膨胀的工作原理，将低品位余热资源转化为高温蒸汽，再通过汽轮机发电。斯特林热泵则是一种闭式循环系统，通过一系列的物理和化学反应将低品位余热资源转化为高温热能。这些技术的应用能够将低品位余热资源转化为高品位热能，提高能源的利用效率。

然而，实际工程应用发现，这两类技术均有局限性。如蒸汽压缩式热泵技术中，由于压缩机的频繁启动会增加机组运行成本，且高温高压的蒸汽介质也易腐蚀设备，不利于长时间连续运行；吸收式热泵技术中，受低温余热温度范围限制，当余热温度较低时，系统能效比很难达到预期效果。因此，应根据具体情况选择合适的回收技术，或综合使用多种回收技术以实现最佳效果。此外，系统优化与调试技术是提高低品位余热回收利用系统性能的重要手段。在实际应用中，系统优化与调试技术需要考虑系统整体设计、设备选型、安装调试等多个方面。同时，还需要针对不同的用能场景和用户需求进行个性化优化，以满足系统的长期稳定运行和能源的高效利用。

（三）余热收集技术

余热收集技术是低品位余热回收利用的关键环节之一。余热收集技术主要基于传热学原理，通过换热器等设备将工业、生活等废弃的热量进行收集。影响余热收集技术的因素包括余热源的品质、温度、流量等参数。在政策方面，国家对于余热资源的回收利用给予了大力支持，通过税收优惠等措施鼓励企业开展余热回收利用。热对流是指热量通过流动介质，由空间的一处传播到另一处的现象。在热对流过程中，热量的传播是由于流体的密度差异而引起的，流体的密度差异会导致流体的运动和温度变化。热对流通常发生在流体中，如气体、液体等。

热对流技术是一种利用热对流原理来进行热能传递和热能转换的技术。在实际应用中，热对流技术可以用于各种场合，如加热、冷却、热能回收等。

以下是一些热对流技术的应用案例：

（1）热对流加热器：利用热对流原理将热量从燃料或其他热源传递给待加热的物质，如气体、液体等。

（2）热对流冷却器：利用热对流原理将热量从待冷却的物质（如发动机、电子元件等）传递到冷却介质（如空气、水等）中，实现快速冷却。

（四）低温制冷技术

低温制冷系统由低温冷源、制冷工质、节流装置和蒸发器组成。其中，低温冷源可以采用多种形式，如制冷机、天然气冷能、蒸汽压缩冷凝等；制冷工质分液体制冷剂和气体制冷剂两类，液体制冷剂包括氨、氟利昂等，节流装置主要有液管节流、膨胀阀节流和热节等三种类型；蒸发器分为直接蒸发式蒸发器和间接蒸发式蒸发器两种。

煤化工生产过程中产生的热能主要来自于合成气预热器、变换反应器、精馏塔以及干燥塔中的热损失，此外，还有来自于煤气化炉出口烟道气的余热。这些热能通过低温制冷技术得到有效利用，可以实现节能减排的目标。此外，吸附制冷技术是一种利用吸附和解吸过程实现制冷的技术。这种技术利用某些物质在低品位余热资源中的吸附作用，将热量从冷剂中转移到吸附剂中，从而实现制冷效果。在吸附制冷过程中，吸附剂被加热并释放出热量，从而实现制冷效果。这种技术的应用能够有效地将低品位余热资源转化为制冷量，提高能源的利用效率。

结语

总之，在实际应用中，需要根据不同的余热资源和实际需求选择合适的收集技术。同时，还需要考虑设备的成本和维护成本、能源的可靠性和可再生性等因素。通过低品位余热资源的收集和利用，可以有效地提高能源利用效率，降低能源消耗和环境污染，实现可持续发展。通过积极探索和实践低位热能回收利用的新技术和新方法，可以有效提高煤化工过程的能源利用效率和经济效益，促进可持续发展。同时，也需要政府、企业和社会各界共同努力，加强政策引导和支持，推动热能回收利用技术的推广应用，最终实现绿色、低碳、可持续的发展目标。

参考文献：

[1]李志超.煤化工低位热能回收利用的研究[J].化工管理,2022(31):47-50.

[2]李永亭.煤制天然气装置低位热能回收利用总结[J].中氮肥,2023(05):5-8.