评估工作场所的余热回收潜力外文翻译资料

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评估工作场所的余热回收潜力

摘要：

随着化石能源的不断消耗，传统的能源正在变得越来越少。尽管如此，仍有大量以热能为主的能源不断被浪费。因此，可以通过余热循环的方式来提高工作场所的能量效率（定义为每单位输入能量所能输出的能量），从而节约一次能源。

在这项工作中，余热被定义为一种用来评估工作场所的余热循环的潜力的方法，考虑刀加工场所和一些公用设备（包括加热炉，余热发电，冷却和制冷系统）的温度和被浪费的热量。在这里介绍加工场所的能量效率的概念来支撑这个理论——输入的能量被转化为可利用的能量的部分（包括用来加热和冷却）。那些把热能作为一次能源的余热循环技术，包含有机朗肯循环（使用纯有机物和混合有机物作为工作流体的），吸收式制冷机和吸收式加热泵。简化这些余热循环技术的数学模型来支持这个理论。这些模型被应用于评估余热中可利用能量的循环潜力。

对使用石油炼厂的案例研究的现有流程说明了该方法。通过利用余热循环，加工场所的能量效率提高了10%。如果有一个极大的能量循环需求（例如所有的可回收的余热都被充分利用），这个能量效率可以增加至33%。这个理论还表明将理论结合实际可以创造更大的潜力来充分使用余热。

由于化石燃料的消耗，传统能源变得越来越少。尽管如此，能源仍然被浪费，特别是在热的形式。通过废热利用，可提高加工场地的能量效率（定义为每单位能量输入有用的能量输出），从而产生一次能源节约。在这项工作中，余热是定义一种方法，以确定在加工场所余热回收潜力；考虑到温度和从现场工艺废热源和公用系统的数量（包括加热器、热电联产、冷却和制冷系统）。一个网站的能源效率的概念被引入-被转换成有用的能量（热量或功率或冷却）的能量输入的馏分，以支持该方法。此外，简化的数学模型的余热回收技术，利用热作为主要能源，包括有机朗肯循环（使用纯和混合有机物作为工作流体），吸收式制冷机和吸收式热泵的开发方法。这些模型应用于评估潜在的余热回收有用的能源。该方法示出了现有的工艺现场使用的石油炼油厂的案例研究。现场的能源效率增加了10%，余热回收的结果。如果有一个无限的需求，回收能源（即所有可回收的废热资源被利用），现场能源效率可能会增加33%。该方法还表明，结合到一个系统的技术创造了更大的潜力，利用现有的余热在加工现场。由于化石燃料的消耗，传统能源变得越来越少。尽管如此，能源仍然被浪费，特别是在热的形式。通过废热利用，可提高加工场地的能量效率（定义为每单位能量输入有用的能量输出），从而产生一次能源节约。在这项工作中，余热是定义一种方法，以确定在加工场所余热回收潜力；考虑到温度和从现场工艺废热源和公用系统的数量（包括加热器、热电联产、冷却和制冷系统）。一个网站的能源效率的概念被引入-被转换成有用的能量（热量或功率或冷却）的能量输入的馏分，以支持该方法。此外，简化的数学模型的余热回收技术，利用热作为主要能源，包括有机朗肯循环（使用纯和混合有机物作为工作流体），吸收式制冷机和吸收式热泵的开发方法。这些模型应用于评估潜在的余热回收有用的能源。该方法示出了现有的工艺现场使用的石油炼油厂的案例研究。现场的能源效率增加了10%，余热回收的结果。如果有一个无限的需求，回收能源（即所有可回收的废热资源被利用），现场能源效率可能会增加33%。该方法还表明，结合到一个系统的技术创造了更大的潜力，利用现有的余热在加工现场。由于化石燃料的消耗，传统能源变得越来越少。尽管如此，能源仍然被浪费，特别是在热的形式。通过废热利用，可提高加工场地的能量效率（定义为每单位能量输入有用的能量输出），从而产生一次能源节约。在这项工作中，余热是定义一种方法，以确定在加工场所余热回收潜力；考虑到温度和从现场工艺废热源和公用系统的数量（包括加热器、热电联产、冷却和制冷系统）。一个网站的能源效率的概念被引入-被转换成有用的能量（热量或功率或冷却）的能量输入的馏分，以支持该方法。此外，简化的数学模型的余热回收技术，利用热作为主要能源，包括有机朗肯循环（使用纯和混合有机物作为工作流体），吸收式制冷机和吸收式热泵的开发方法。这些模型应用于评估潜在的余热回收有用的能源。该方法示出了现有的工艺现场使用的石油炼油厂的案例研究。现场的能源效率增加了10%，余热回收的结果。如果有一个无限的需求，回收能源（即所有可回收的废热资源被利用），现场能源效率可能会增加33%。该方法还表明，结合到一个系统的技术创造了更大的潜力，利用现有的余热在加工现场。由于化石燃料的消耗，传统能源变得越来越少。尽管如此，能源仍然被浪费，特别是在热的形式。通过废热利用，可提高加工场地的能量效率（定义为每单位能量输入有用的能量输出），从而产生一次能源节约。在这项工作中，余热是定义一种方法，以确定在加工场所余热回收潜力；考虑到温度和从现场工艺废热源和公用系统的数量（包括加热器、热电联产、冷却和制冷系统）。一个网站的能源效率的概念被引入-被转换成有用的能量（热量或功率或冷却）的能量输入的馏分，以支持该方法。此外，简化的数学模型的余热回收技术，利用热作为主要能源，包括有机朗肯循环（使用纯和混合有机物作为工作流体），吸收式制冷机和吸收式热泵的开发方法。这些模型应用于评估潜在的余热回收有用的能源。该方法示出了现有的工艺现场使用的石油炼油厂的案例研究。现场的能源效率增加了10%，余热回收的结果。如果有一个无限的需求，回收能源（即所有可回收的废热资源被利用），现场能源效率可能会增加33%。该方法还表明，结合到一个系统的技术创造了更大的潜力，利用现有的余热在加工现场。由于化石燃料的消耗，传统能源变得越来越少。尽管如此，能源仍然被浪费，特别是在热的形式。通过废热利用，可提高加工场地的能量效率（定义为每单位能量输入有用的能量输出），从而产生一次能源节约。在这项工作中，余热是定义一种方法，以确定在加工场所余热回收潜力；考虑到温度和从现场工艺废热源和公用系统的数量（包括加热器、热电联产、冷却和制冷系统）。一个网站的能源效率的概念被引入-被转换成有用的能量（热量或功率或冷却）的能量输入的馏分，以支持该方法。此外，简化的数学模型的余热回收技术，利用热作为主要能源，包括有机朗肯循环（使用纯和混合有机物作为工作流体），吸收式制冷机和吸收式热泵的开发方法。这些模型应用于评估潜在的余热回收有用的能源。该方法示出了现有的工艺现场使用的石油炼油厂的案例研究。现场的能源效率增加了10%，余热回收的结果。如果有一个无限的需求，回收能源（即所有可回收的废热资源被利用），现场能源效率可能会增加33%。该方法还表明，结合到一个系统的技术创造了更大的潜力，利用现有的余热在加工现场。由于化石燃料的消耗，传统能源变得越来越少。尽管如此，能源仍然被浪费，特别是在热的形式。通过废热利用，可提高加工场地的能量效率（定义为每单位能量输入有用的能量输出），从而产生一次能源节约。在这项工作中，余热是定义一种方法，以确定在加工场所余热回收潜力；考虑到温度和从现场工艺废热源和公用系统的数量（包括加热器、热电联产、冷却和制冷系统）。一个网站的能源效率的概念被引入-被转换成有用的能量（热量或功率或冷却）的能量输入的馏分，以支持该方法。此外，简化的数学模型的余热回收技术，利用热作为主要能源，包括有机朗肯循环（使用纯和混合有机物作为工作流体），吸收式制冷机和吸收式热泵的开发方法。这些模型应用于评估潜在的余热回收有用的能源。该方法示出了现有的工艺现场使用的石油炼油厂的案例研究。现场的能源效率增加了10%，余热回收的结果。如果有一个无限的需求，回收能源（即所有可回收的废热资源被利用），现场能源效率可能会增加33%。该方法还表明，结合到一个系统的技术创造了更大的潜力，利用现有的余热在加工现场。

1.介绍

加工工业每年会消耗全球能量消耗总量的27%，需求的热力和电力预期每年会分别提高1.9%和2.4%。制造业中像钢铁、水泥、石油、石化、化学加工、开采天然气、造纸业一般就要消耗整个工业所需的69%的能源。尽管需求日益增加，化石能源储量日益减少，能源价格日益增长，能源仍以低位热的形式被大量浪费。在全球范围内，从煤、天然气、石油、核能以及其他可再生能源中获得的能量被转换成电能、热能以及其他各种形式的能量被运用到工业、运输、建筑等行业的比例为67%。然而在英国，有至少40%的燃料的能量是被浪费了的。更有效的应用能量可以减少对燃料的需求，从而需要节约资源、降低操作成本以及减少碳排放。提高生产过程的能源效率，有可能在2035减少全球排放量的44%。为此，提出了一种概念以提高工业过程的能源效率以及最小化工业能源需求。

“夹点分析”的概念因此被提出，并将其应用到工业过程中，通过热交换使得过程中的余热回收达到最大化。这个概念是基于通过回收和再利用热能来评估热力学可用能源直到这个过程被制约，例如达到了一个最低温度。然而，即时一个过程中的热回收达到了最大化，也会有一些剩余热不再能冷却水或空气；这取决于夹点，这个临界温度可能高到足够可以以热能的形式回收，或者它太接近环境温度以至于没有回收价值。

为了最大化每个过程之间的热回收，“总点分析”的概念被提出来。这个概念考虑到场所中不同过程的剩余热量和剩余热量，可以使用现场配置文件来确定供热、制冷、制冷和功率的现场能源需求，从而最大限度地提高现场过程之间的能量回收。 虽然可以使用合适温度的余热通过热回收产生蒸汽，但是在较低温度下就会失效。

对于公用设施（例如蒸汽，电力，高温热和冷却）的使用过程（或场地）的需求可以使用夹点分析来确定，用于单个过程或站点上多个过程的总站点分析。中央公用系统通常设计为满足蒸汽和电力的需求，高温热需求需要在炉内进行燃烧加热，同时通过冷却水系统，空气冷却或制冷系统满足冷却需求。可用性系统设计为产生热量和功率，以最大限度地利用给定量燃料的能量含量。 然而，热电联产单位的主要缺点是剩余的大量余热，特别是在蒸汽产生的温度太低或超过工艺加热现场需求量的情况下。

因此，为了解决过剩余热的问题，Varbanov等人介绍了一种方法。通过评估蒸汽的真实值并通过减少过程消耗或产生附加功率来节省蒸汽来提高能源利用。在蒸汽产生的温度太低的情况下使用余热的潜力，不考虑使用朗肯循环的发电和燃烧装置如锅炉和燃气轮机的排气中的热量。 Zhang等人提出了通过在过程中采用热集成，回收剩余热量和低温热回收的过程来改造现有公用事业系统的优化程序。然而，低温热回收仅限于用于蒸汽发电和锅炉给水预热的足够高的温度。为了评估从剩余热量产生有用能量（电力，热量和冷却）的潜力，需要定义术语“工业余热”。

各种定义都归功于工业余热。Viklund和Johansson将余热定义为作为工业过程的副产品产生的热量。在该定义中，省略了工艺内和工艺之间的热回收的可能性。Ammar等人将余热定义为经济上不能恢复的热量，而Bendig等人 将余热定义为在热回收和公用设施一体化之后的过程中可用的有效能的总和。 Ammar等人和Bendig等人认识到一个过程中热回收的可能性，但也不考虑设计用于满足过程能量需求的现场公用事业系统所拒绝的热量。

在本文中，工业余热被定义为从场地过程中排出的剩余热量和从满足能源需求（即加热，制冷，制冷和电力）的现场公用事业系统拒绝的剩余热量的总和。对于现场的过程，余热是在过程中热回收之后冷却水和空气的热量，或使用总站点集成在站点上的过程之间的热回收。因此，当过程和现场达到热回收的最大潜力时，定义余热的范围。在过程中或过程之间恢复热量直到过程或位置被挤压是相对便宜且易于实现的。对于公用事业系统而言，余热是由设计用于满足现场能源需求的公用事业系统的冷却水和空气排出的热量。在很宽的温度范围内可能产生热量，并且可能会在过程现场的多个来源产生热量，使用多余的热量可以提供减少一次能源需求的方法。

存在多种技术，以余热作为主要能源，以余热的电力，冷却和热能形式回收能源。工作生成技术的例子包括热电发生器，相变材料，有机朗肯循环（ORC），Kalina循环和三边闪光循环。在热电发电机中，由于通过材料的热能传递引起的温度梯度，在导体中产生电压差时产生电。市售的低温热电材料可达250℃。发电机没有移动部件，结构紧凑，安静，高度可靠，环保。然而，相对低的效率限制了其使用（通常约5-10％），但是它们以容易和简单的方式具有高的利用大量余热的能力。相变材料使用膨胀和收缩的石蜡混合物，当它从固体状态变为液体状态以从热量产生电力时。来自膨胀和收缩的机械能在发电机中转换成电。电效率非常低; 2.5-9％[15]，技术还处于示范阶段。有机朗肯循环使用循环的有机液体泵送在电路周围，并通过余热在蒸发器中产生蒸气膨胀发电。 由于高效率和灵活性，近年来已经受益。 Kalina循环使用具有不同沸点的两种流体的混合物从余热中产生电力。 与一些纯工作流体相比，可以从热源提取更多的热量，因为混合物在一定温度范围内逐渐蒸发。

有机朗肯循环和卡利纳循环可以通过与相同残留条件下的蒸汽进行比较来评估。首先，ORC具有更高的热效率，更小的系统体积和重量。其次，卡利纳循环具有更好的热力学性能。 三相闪蒸循环通过加压沸水的膨胀膨胀来提供动力，并且在相同的最大和最小循环温度下具有比有机朗金循环更低的热效率，但仍处于技术开发的状态。尽管Kalina周期的功率输出比有机朗肯循环多3％，但卡利纳循环具有更大的循环复杂性和更高的资本支出。此外，性能上的这种小的增益需要复杂的工厂方案，大的表面热交换器和特定的高耐压性和无腐蚀性的材料。与Kalina循环和热电发电机相比，有机朗肯循环是最成熟和测试的技术。

Johansson和Souml;derstrouml;m回顾了使用热电发生器，有机朗肯循环和相变材料相对于热源的温度范围，转换效率将余热转换为电力的热力循环；有机朗肯循环具有更高的转化效率和更长的技术寿命。Bianchi和De Pascale还比较了热电发电机，有机朗肯循环，斯特林发动机和反向布雷顿循环的电效率，ORC效率最高，适用于30 kW至20 MW的发电。 因此，目前的工作考虑了有机朗肯循环，因为它们是成熟的，商业上可以从30千瓦到20兆瓦的尺寸，并且工业示范项目也存在。开发的方法可以应用于从余热产生电力的其他热力学循环。

来自余热的冷却技术的例子是吸附式制冷机和吸收式制冷机（AbC）

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