PDF《腹背受敌 煤炭产业如何脱困》

2013 年5月15 日 星期三 主编: 黄明明 副主编: 张思玮 编辑: 李惠钰 校对: 么辰 Tel押(010)

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cn 目前, 许多能源利用系统中都存在着能量供 应和需求不匹配的矛盾, 造成能量利用不合理和 大量浪费.如太阳能、 工业余热等能源利用效率 较低, 不仅浪费资源, 也对大气环境造成不可忽 视的热污染. 为此, 提高能源转换和利用率就成为各国实施 可持续发展战略必须优先考虑的重大课题, 而发展 储热技术进行热能的综合有效利用至关重要. 可利用资源丰富 太阳能是可再生能源中最重要的基本能源, 它 取之不尽、 用之不竭 且分布广泛、 无污染, 是经济 型的清洁能源. 太阳每秒能够释放能量 391*1021 kW, 即使辐 射到地球表面的能量只有其二十二亿分之一, 也相 当于全世界发电量的

8 万倍. 我国是太阳能相对富有的国家,全国 2/3 以 上的地区, 太阳能年辐射量超过

6 GJ ・ m2 , 年日照 时数

2200 h 以上.我国每年地球表面接收的太阳 辐射能约为 50*1019 kJ, 相当于

1700 亿吨标准煤. 如此丰富的太阳能资源也为我国开发利用太阳能 发电提供了良好的条件. 工业余热主要来自冶金、 建材、 化工等行业.

2010 年的统计数据表明,工业余热资源最高约占 其燃料总热量的 67%, 其中可回收率达 60%, 而我 国余热资源的整体利用率较低,大型钢铁企业余 热利用率约在 30%~50%左右. 我国工业余热资源利用率的提升空间很大. 以冶金行业为例,

2010 年我国粗钢产量为 6.27 亿吨,产生烟气蕴涵能量相当于

3000 万吨标煤, 钢 铁渣产生量约为 2.8 亿吨, 蕴涵的热能相当于

1000 万吨标煤.目前, 国内钢铁企业烟气余热利用率约 为30%, 钢铁渣余热利用率几乎为零.如果能将烟 气余热利用率提高至 90%, 钢铁熔渣余热利用率提 高至 60%,每年可以节省

2160 万吨标煤,减排 CO2 约5000 万吨, 可发电

33 亿kWh. 可见余热回收是我国能源战略的重大需求, 具有不可估量的经济效益,对我国的经济发展、 社会进步和国家能源安全具有重要意义.但是, 无论是太阳能还是工业余热资源,都存在间歇性和不稳定性的 问题, 严重阻碍了有关技术的推广和应用. 急需中高温潜热储热技术 采用储热技术可缓解热能供求在时间上、强度上和空间上不 匹配的矛盾, 是热能系统优化运行的重要手段. 储热主要包括显热 储热、 潜热储热和化学反应储热三种形式. 化学反应储热由于系统复杂、 技术难度大, 可操作性不强, 目 前仍处于实验研究阶段;

显热储热技术虽然得到了广泛应用, 但由 于储热材料单位体积储热密度低导致储热材料用量大,使得大容 量储热系统体积庞大, 过程复杂, 成本较高. 潜热储热是利用储热材料相变过程释放或吸收的潜热进行热 量的存储和释放. 相比于显热储热技术, 潜热储热具有单位体积储 热密度大的优点,且在相变温度范围内具有较大能量的吸收和释 放, 存储和释放温度范围窄, 有利于充热放热过程的温度稳定. 为了提高能量转换效率和降低成本,太阳能热利用技术正朝 着更高工作温度发展, 热发电的工作温度已经超过 600℃, 而大量 工业余热的温度也非常高 ( 如转炉烟气温度为 1600℃左右 ) . 这些都迫切需要研究和开发中高温潜热储热技术.尽管国内 外众多学者很早就从材料、过程等不同层次开展研究,但迄今为 止, 仍然没有成熟的中高温潜热储热系统稳定运行. 经过国内外多家研究单位多年来在该领域的深入研究,并结 合国内外技术发展现状和趋势,认为中高温潜热储热技术主要面 临以下突出问题. 首先, 缺乏具有储热密度高、 导热能力强等综合性能的中高 温潜热储热材料.潜热储热技术的基础是相变材料, 目前关于 石蜡、 水合盐为主的低温储热材料 (600℃的高温相变储热材料还比较缺乏. 其次, 中高温相变储热材料以无机盐和合金为主. 选择候选材 料一方面需要深入了解材料相变过程的热力学规律和动力学机 理,另一方面需要从强化传热和高效储热两个方面去揭示微结构 对材料热性能的影响规律. 除此以外,液―固相变材料的封装以及材料服役过程中热性 能的衰变性也是中高温相变材料研究中不可或缺的内容,这往往 是该类材料研发中存在的瓶颈问题. 高性能储热材料待开发 国内外多位科学家都对金属作为储热材料进行了研究.