基本信息
- 项目名称：
- 工业余热驱动的空气除湿机组
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对我国工业余热资源回收利用不足和冷冻除湿消耗电等高品位能源的现状，提出了工业余热驱动的空气除湿机组。机组将溴化锂溶液除湿技术和低温余热利用技术相结合，通过溶液外循环、溶液内循环、冷却水循环的三循环复合运行模式，实现机组无制冷循环；整体机组可实现利用150℃~250℃低温烟气、除湿能力10~15g/m3、能效比4.2的技术指标。作品设计了风量为2000m3/h的低温烟气余热驱动的空气除湿机组。
- 详细介绍：
- 在各种工业窑炉的能量支出中，烟气余热占15%~35%，我国钢铁企业对余热的平均回收率约为25.8%，而发达国家钢铁企业余热平均回收率高于50%。尽管高温废气的余热已经普遍被回收利用于预热助燃空气或产生蒸汽，但300℃以下的中低温废气余热仍然没有得到很好的回收和利用。湿热地区的空气除湿已广泛应用在冶金、建筑、制药、化工、食品等领域，并大多采用冷冻除湿技术。然而，冷冻除湿机组需要电力等高品位能源驱动，运行成本高昂，使用的氟利昂制冷剂对大气环境的严重破坏已被全世界公认。 本作品就是在上述背景下提出了工业余热驱动的空气除湿机组，即利用低温烟气余热来加热再生溶液，利用溶液除湿技术对空气进行除湿处理，除湿后的空气可用于空气助燃、特殊介质冷却和空调新风。 作品从以下三点进行了创新和改进： （1）驱动能源的创新巧妙的将低温余热利用技术LiBr溶液除湿技术与结合在一起，对高炉鼓风和加热炉助燃空气进行除湿。 （2）机组循环的创新创造性的提出了三循环复合运行模式：溶液外循环、溶液内循环、冷却水循环，实现了机组无制冷循环，打破了目前溶液除湿机组仍依赖压缩制冷机组的局面。 （3）部件结构的设计创新设计的自适应式布液器，解决了除湿器进口溶液流量变化时的均匀布液问题；设计的双效除雾器，防止了溴化锂溶液夹带的危害，提高了干燥空气的品质。 作品的推广应用价值在于： 机组可推广于有余热资源条件下的工艺除湿和空调新风除湿等场合，应用在2500m3高炉鼓风脱湿项目上与冷冻除湿机组相比，平均每天节约驱动所需电能消耗42000kWh，每天减少CO2排放103吨，节能减排效果显著。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.作品设计目的： 利用工业（钢铁、化工、建材、电力等）低温余热驱动溶液除湿机组运行，替代传统冷冻除湿机组，用于控制工业过程的空气湿度（钢铁行业的高炉鼓风脱湿等），节省了电能、蒸汽等高品位能源，从而实现节能减排。 2.基本思路： 空气除湿应用领域广泛，而目前广泛采用的是以电力驱动的冷冻除湿技术。溶液除湿作为一项很有潜力的空气除湿技术，具有可利用低品位能源（太阳能、工业余热等）的优点。结合工业过程空气除湿的需求和工业余热没有被充分利用的现状，本作品开发了利用工业余热驱动的空气除湿机组，并对系统循环、部件优化、运行参数等进行综合研究。 3.创新点： （1）巧妙的将LiBr溶液除湿技术与低温余热利用技术结合在一起，对高炉鼓风和加热炉助燃空气进行除湿； （2）创造性的提出了三循环复合运行模式：溶液外循环、溶液内循环、冷却水循环，实现了机组无制冷循环。 （3）设计的新型布液器和除雾器，保证了除湿器内溶液均匀分布和出口空气的品质。 4.技术关键： （1）调整溶液内外循环比例提高机组运行控制能力； （2）折流丝网一体式空气除雾技术； （3）高效热管式烟气-溶液加热技术。 5.主要技术指标： （1）除湿能力10-15g/m3； （2）可利用150℃-250℃的低温烟气； （3）机组能效比4.2。
科学性、先进性
- 1.科学性： 本作品系统采用工业余热作为热源，冷却水作为冷源，通过溴化锂溶液与空气在除湿器和再生器内的热质交换实现冷热源间的能量传递，这不同于冷冻除湿机组中压缩制冷环节，从而节省大量驱动压缩机所需的电力消耗。 2.先进性： 与目前主要的冷冻除湿机相比，具有以下优势： （1）溶液再生过程利用低温烟气余热作为驱动热源，而冷冻除湿需要蒸汽或电力驱动，从而节省了蒸汽和电力等高品位能源。 （2）不需要将空气冷却到露点温度进行除湿，从而避免了冷冻除湿机的再热能耗。 （3）采用了溴化锂溶液为除湿工质，避免了冷冻除湿中氟利昂的排放。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年11月，获校研究生创新基金支持。 2010年12月，获中华环保基金会大学生环保公益活动小额资助。 2011年4月，经科技查新咨询中心查新鉴定，本作品技术方案在国内同领域处领先。 2011年5月，获省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术专利转让
作品可展示的形式
- 模型、图纸、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.技术特点： （1）工业余热驱动，节省高品位能源。 （2）与其他溶液除湿技术相比，不需要制冷循环。 （3）通过改变液气比可以调整除湿量范围，除湿量范围大。 （4）二次除雾技术解决了出口空气夹带溴化锂溶液的问题，避免了管道腐蚀，确保空气出口品质。 2.推广前景： （1）我国工业余热资源丰富，余热资源约占其燃料消耗总量的17%-67%，其中可回收率高达60%。特别是在钢铁、有色、化工、水泥、建材等行业，余热资源利用率低于30%，余热利用潜力大。 （2）对于钢铁行业，在湿度较大地区（长江流域和沿海地区）的高炉应采用脱湿鼓风，可以稳定炉况、增加喷煤量、降低焦比，为高炉增加除湿装置是节能降耗的有效措施。据统计，全国冶金行业有大小高炉1200座，以2500m3 高炉为例，除湿后每年可节约焦炭9000吨，约1530万元，经济效益十分可观。
同类课题研究水平概述
- 1.溶液除湿技术在建筑物湿度控制上的应用 清华大学江亿院士领导的课题组在国内率先开展了这方面的研究工作，并研制了热泵式溶液调湿新风机组（HVF）、溶液再生器等产品。江亿院士在国内外期刊上发表了多篇有价值的论文，目前处于国内领先地位。该项目达到国家自然科学基金项目的资助。课题组成员发表具有影响力的论文有： 《湿度独立控制空调系统的工程实践》，陈晓阳等，2004 《溶液除湿空调系统中叉流再生装置热质交换性能分析》，刘晓华等，2005 题名：清华大学节能建筑能源系统分析 作者：耿克成（清华大学建筑技术科学系）等 该文是关于在节能示范楼采用燃气内燃机热电冷联产系统的研究。提出夏季采用温湿独立控制的空调系统,湿度控制采用液体除湿装置，LiBr溶液的再生采用燃气内燃机低温排热，除湿机组的溶液利用冷冻水冷却。温度控制采用18~21摄氏度的冷水，冷水的产生方式有两种，一是燃气内燃机直接驱动吸收式制冷机，二是利用压缩式制冷机。 2.利用太阳能驱动的溶液除湿空调 东南大学的张小松教授指导的硕士研究生曹毅然也对溶液除湿课题进行了深入的研究。 在论文《蓄能型太阳能液体除湿空调系统的优化设计》中，对蓄能型太阳能液体除湿空调系统进行针对性设计。通过优化得出了针对设计目标的优化设计方案,只有系统的各部件能够比较匹配的运行才不至于出现系统的瓶颈,使得系统的热力性能达到最佳,该文提出了一种优化思想和系统运行模拟方法。 3.溶液除湿空调的性能研究 上海理工大学的柳建华，丛大勇也对液体除湿空调进行了实验研究： 《太阳能液体除湿空调系统蓄能特性实验研究》[J].2008，27(3):1-5 介绍了太阳能液体除湿空调系统的工作模式，通过整个系统的实验研究，分析再生温度、液气比、再生溶液浓度对系统蓄能影响。 通过以上国内外同类课题研究的概述，目前主要进行太阳能驱动的溶液除湿技术的研究，产品主要应用于建筑领域，本作品是利用工业余热来驱动溶液除湿系统，主要应用在工业过程空气除湿的场合（如冶金行业的高炉鼓风脱湿）。
