【摘要】熱泵是以消耗一部分低品位能源為補償，使熱能從低溫熱源向高溫熱源傳遞的裝置，由于熱泵能將低溫熱能轉換為高溫熱能，提高了能源的有效利用率，因此它是回收低溫余熱的重要途徑；而水泥余熱爐回轉窯筒體內部煙溫約為1100℃，盡管內部做了保溫，但其外壁溫度亦達到200℃～400℃，直接對環境釋放輻射熱量，不僅造成能量的浪費，而且對環境有較大影響，如將部分輻射熱源能結合熱泵加以回收利用，可極大提升能源的利用率，本文主要介紹吸收式熱泵在水泥余熱回收領域的應用方法。

  【關鍵詞】 水泥回轉窯  余熱  吸收式熱泵

  一 研究背景

  隨著環境、氣候的逐漸惡化，發展低碳經濟、促進可持續發展成為人類社會未來的必然選擇，我國已是世界上第二大經濟體，也是世界上最大的能源消耗國，“節能、減排、降耗”是我國社會發展的一個重要核心，從近年來國家出臺的一系列環保政策來看，我國已將環境治理擺在了前所未有的高度，而提高能源利用率，加強余熱回收利用是節約能源、降低碳排放、保護環境的根本措施，而目前我國能源綜合利用率不到40%，對資源造成了極大的浪費，提高能源利用率成為我們亟待解決的問題，吸收式熱泵余熱回收利用技術以其高效節能和具有顯著經濟效益的特點，在余熱回收領域得到廣泛應用。

  水泥余熱鍋爐循環水冷卻水余熱屬于低品位熱源，直接排放到環境中將造成巨大的能源浪費，對其排放環境也會造成負面的影響,熱泵技術的在余熱回收領域的成功應用為水泥余熱回收利用工程的實施提供了可靠的技術保障。利用熱泵技術能有效的回收利用循環冷卻水中的低品位熱源，將其轉換為高品位熱能，能提高機組的效率或供熱能力；

  二 水泥余熱的存在方式

  目前新型干法水泥生產線余熱主要為以下兩種:

  ① 煙氣余熱，此部分余熱目前大多數水泥廠已利用純低溫水泥余熱鍋爐產生蒸汽用于發電；

  ② 回轉窯筒體的高溫輻射熱，一般水泥回轉窯內最高溫度約1100℃，盡管內壁澆注保溫材料，但其外壁溫度也高達200℃～400℃，而回轉窯筒體直接面向大氣，直接向大氣傳遞熱量，不僅造成能源的浪費，同時也對環境不利；

  根據資料顯示，不同產量等級水泥回轉窯可回收的余熱情況如下：

  1）2500t/d水泥生產線回轉窯筒體尺寸為直徑4m，長度約60m，可被利用的熱能大約為900KW；

  2) 3000t/d水泥生產線回轉窯筒體尺寸為直徑4.3m，長度約64m, 可被利用的熱能大約為1000KW；

  3）5000t/d水泥生產線回轉窯筒體尺寸為直徑4.6m，長度約74m, 可被利用的熱能大約為1200KW；

  三 吸收式熱泵工作原理

  吸收式熱泵（升溫型，又稱作熱變換器），是利用中溫熱源驅動，產生高溫有用能。主要由發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器、溶液換熱器、溶液泵等組成,如下圖1所示；

圖1  吸收式熱泵工作原理

  乏汽、低溫熱水等廢熱熱源進入③蒸發器管程，蒸發器殼程為負壓，殼程的冷劑（冷凝液態水）在傳熱管外表面蒸發，吸收乏汽、低溫熱水等熱源的汽化潛熱余熱蒸發，形成低壓蒸汽，進入④吸收器，吸收器中濃溶液在傳熱管外表面滴淋，吸收來自蒸發器的冷劑蒸汽氣化潛熱，并將該潛熱釋放給吸收器管內的目的工質，目的工質實現一次升溫，與此同時，在吸收器內的濃溶液變成稀溶液，經過⑤溶液熱交換器與①發生器來的高溫稀溶液熱交換升溫后進入①發生器，發生器中驅動熱源（乏汽、低溫熱水等）加熱溴化鋰溶液，水蒸汽蒸發，溴化鋰溶液變為濃溶液，濃溶液以⑦溶液泵送入④吸收器，并在⑤溶液熱交換器與來自④吸收器的稀溶液進行熱交換，將熱量傳遞給稀溶液；①發生器中蒸發的冷劑（水蒸汽）進入②冷凝器，并加熱管內的目的工質，實現的目的工質的二次升溫，冷劑(水蒸汽)冷凝成冷凝液態水通過⑥節流閥進入③蒸發器，蒸發器內的冷凝水再次吸收乏汽、低溫熱水等廢熱熱源蒸發，而后進入吸收器內……，如此反復，實現熱泵循環。

  四 水泥余熱與熱泵結合的應用

  目前水泥低溫余熱發電機組大多采用純凝機組，排汽溫度約為30℃～45℃之間，此部分汽化潛熱的利用空間巨大，可作為熱泵中蒸發器的熱源，提取乏汽的汽化潛熱加以利用后再排放，提高了熱能的利用率，同時也降低了熱能排放對環境帶來的影響；

  水泥回轉窯筒體外壁高達200℃～400℃的熱能，可用作熱泵系統中發生器的驅動熱源，同時，由于其溫度高達400℃，可作為熱泵系統發生器后部蒸汽的過熱熱源。

  如僅作驅動熱源，可于回轉窯筒體外壁制作水冷式輻射罩，將水加熱后作為驅動熱源加熱發生器內的稀溶液，促進稀溶液的蒸發。

  如同時用作熱泵系統發生器后部蒸汽的過熱熱源，則新的熱泵系統可變換為圖2；水泥回轉窯筒體外壁布置半圓形輻射式熱水器及過熱器，熱水器用于加熱熱水，用作發生器的驅動熱源,過熱器用作發生器產生的蒸汽后續的過熱，由于筒體外壁最高溫度200℃～400℃，理論上熱泵系統發生器產生的蒸汽可被提升至約200℃，目的工質溫度也可提升至此溫度區間，從而達到提高低溫熱源品位的目的。

圖2  吸收式熱泵回收水泥余熱工作原理圖

  五 結束語

  通過吸收式熱泵系統對水泥回轉窯余熱的回收，理論上目的工質溫度可達到約200℃，提高熱能的品位，提高了能源利用率；此部分熱能利用前景廣闊，可用于集中供熱、供暖，也可用作低溫余熱發電低壓缸補汽，提升發電效率，獲取經濟效益；另外，對此部分熱能的回收利用，避免了將其直接排放到環境中造成的能源浪費，同時也緩解了廢熱排放對環境造成的影響。

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