在工业生产的各个环节,如发电、化工、冶金等领域,乏气的产生是不可避免的。乏气通常是指在热力过程或工艺过程中经过做功或热交换后剩余的气体,这些气体中往往含有大量的余热。乏气余热的有效回收对于提高工业能源利用效率、降低生产成本和减少环境污染具有至关重要的作用。本文将详细阐述乏气余热回收技术的原理、方法及其在工业中的应用情况。
根据能量守恒定律,能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只会从一种形式转化为另一种形式。在工业过程中产生的乏气虽然经过了一定程度的能量利用,但仍蕴含着可观的热能。热力学第二定律指出,热量不能自发地从低温物体传向高温物体,这为乏气余热回收技术提供了理论指导。我们需要通过一定的技术手段,克服热力学第二定律所带来的限制,将乏气中的低品位热能进行有效回收和利用,使其转化为可被再次利用的能量形式。
乏气的特性因不同的工业来源而有所不同。例如,在蒸汽轮机发电过程中产生的乏气,主要是蒸汽经过膨胀做功后的低压蒸汽,其温度、压力和湿度等参数都有特定的值。这些参数决定了乏气中热量的含量和可利用性。一般来说,乏气的温度相对较低,但由于其通常具有较大的流量,所以总的余热能量仍然相当可观。在化工生产中,一些反应过程产生的乏气可能含有特定的化学成分,这也会影响余热回收的方法和设备选择。
管壳式热交换器
管壳式热交换器在乏气余热回收中应用广泛。它将乏气和需要加热的介质分别引入管内和壳侧(或反之),通过管壁进行热量传递。对于蒸汽轮机乏气的回收,可以将乏气通入管壳式热交换器的壳侧,使另一侧的水被加热,产生热水或蒸汽,用于供热或其他工业用途。在设计管壳式热交换器时,需要考虑乏气的压力、温度、流量以及可能的结垢和腐蚀问题。例如,对于湿度较高的乏气,要防止在换热器内形成水滴积聚,影响热交换效率。
板式热交换器
板式热交换器利用一系列具有波纹形状的金属板片实现热交换。在乏气余热回收中,它具有传热效率高、结构紧凑的优点。乏气和工作介质在相邻的板片间流动,通过板片进行热量交换。与管壳式换热器相比,板式换热器的传热系数更高,能够在较小的温差下实现较大的热量传递。然而,板式换热器对介质的清洁度要求较高,因为杂质容易堵塞板片间的通道。对于含有杂质的乏气,需要在进入换热器前进行适当的预处理。
热泵技术
热泵技术是一种将低品位热能提升为高品位热能的有效方法。在乏气余热回收中,常用的热泵有压缩式热泵和吸收式热泵。以压缩式热泵为例,它通过压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等部件构成的循环系统,利用制冷剂从乏气中吸收热量,