热泵技术在我国钢铁冶金行业的应用与发展.pdf

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1、【摘要】结合我国钢铁冶金行业现状，介绍了具有节能环保效益的热泵技术及其类型以及目前采用热泵技术对钢铁冶金工业余热的利用方式，分析了热泵技术今后的发展方向，为相关专业人员在钢铁冶金行业用热泵技术的研究方面提供参考。【关键词】钢铁冶金热泵技术节能环保应用发展热泵技术在我国钢铁冶金行业的应用与发展国家知识产权局专利局(北京100082)侯红梅一．前言我国是钢铁冶金工业大国，近年来随着我国现代化经济建设的飞速发展，科技水平的不断进步，我国的钢铁冶金行业也发展迅速。据国家统计局数据显示，截至2015年。11月，我国生铁产量

2、累计63846．4万t，粗钢产量累计73837．8万t，钢材产量累计达102812．3万t，10种有色金属产量累计4704．6万t，仍然保持高产量高增长态势。然而，钢铁冶金行业作为高能耗的行业，消耗的能量占社会总能耗的10％以上，且能源利用率偏低，同时还排放相当数量的CO：、SO：和粉尘，给环境造成了严重污染。随着我国资源供应压力的不断增加、环境问题的日益严峻，钢铁行业节能减排也变得刻不容缓。在冶金工业的能源消耗方面，冶金中产生的余热占有相当大的比26l然鬈慧：嘶年嬲例，目前我国的钢铁冶金行业的余热利用率低，存在

3、着大量的余热资源浪费，而热泵技术是世界上公认的重要节能措施之一，能够利用工业余热，变废为宝，既可以节约能源的消耗，又可以减少排放，降低对环境的污染，符合我国“十三五”规划实现钢铁工业绿色低碳发展的战略方针，对于节能减排具有重大意义。二、热泵原理及类型热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的，热泵是一种将低品位热源的热能转移到高品位热源的装置，其作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象(温度较高)。根据驱动能源的不同，热泵主要分为压缩式热泵和吸收式热泵两类。压缩式热泵采用电能或机械能驱动，主要由蒸发器、压缩机

4、、冷凝器和膨胀阀组成，通过让工质不断完成蒸发(吸收热量)一压缩一冷凝(放出热量)一节流一再蒸发的热力循环过程来实现制热功能。吸收式热泵采用热能直接驱动，主要由再生器、吸收器、冷凝器、蒸发器和溶液热交换器等组成，是利用两种沸点不同的物质组成的溶液的气液平衡特性来工作的。冶金工业的很多工序中都会产生大量低品位余热，所以热泵技术在冶金工业中具有很大的应用潜力和发展空间。相比较而言，压缩式热泵除利用余热外还需要利用电能等二次能源，而吸收式热泵由于不需要其他能源，可以直接利用余热进行制热，因此能耗成本低，更加节约能源，但是

5、压缩式热泵的能效比COP远比吸收式热泵大，其在提升低品位热量的能力上更强；在其他方面两者各有优缺点。根据循环原理的不同，热泵还可分为第一类热泵和第二类热泵。三，应用现状目前，我国钢铁冶金工业中综合利用余热方式主要有以下两种。1．热利用即直接利用余热的热能，不需进行能量转化，包括预热、供热供暖、制冷、蒸发、干燥和发酵等。如果供热温度需求在100℃以下，则低温余热如各种加热设备烟气余热，从焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及轧钢等工序中产生的余热等均可作为热源；通常情况下，如果合理设计，第二类热泵可利用60～90U热水，

6、产生高于100。C的蒸汽或高温热水，也可利用20～40"C的热水，产生50～60。C的热水，作为生活用水使用。例如，莱芜钢铁集团公司提供了一种高炉循环水余热回收系统(专利号CNl01135437A)，系统流程如图1所示。通过利用蒸汽压缩式热泵机组系统可将40～50。C高炉循环水热量置换出来并提高温位后，换热到锅炉新水中，使其温度提高到70～80。C，起到预热目的。GM锕锘冶金2．动力利用动力利用即将余热转化为电能或机械能使用。钢铁企业的余热资源中，烧结、高炉炼铁和转炉炼钢环节余热资源丰富，是钢铁余热发电应用的主要

7、领域。在有些场合可以采用热电联产。例如，苏州新华软智能装备有限公司提供了一种余热回收利用系统(专利号CN203518324U)，将热能系统循环和电能系统循环结合在一起，可以利用较低品位的热量，从温度为15～80℃的热源中提取余热，实现供热、供电及热电联供，从而使系统的整体经济性得到提高，降低能源消耗和污染排放，余热回收利用系统如图2所示。r————————·—————————叫同"1P‘—————————————————]循环水输送管道I二：'豳回图1高炉循环水余热回收系统四．热泵技术的发展研究目前热泵技术研究和

8、发展方向主要集中在以下两个方面。1．新工质的研究。压缩式热泵中通常采用氟氯碳氢化合物(HCFCs)作为工质，因为它具有理想的热力学性质，但是由于其对臭氧层的破坏作用，处于被取代的状态；吸收式热泵通常以溴化锂水溶液或氨水溶液为工质，溴化锂水溶液和氨水溶液均是较理想的吸收剂，但溴化锂易结晶，溴化锂水溶液应用温度范围较窄，对一般金属具有较大的腐蚀性；氨水溶液具有一定毒性，可燃易