随着数据中心数量不断增加,这些设施成为能源消耗的主要来源,这对环境的可持续性构成挑战。数据中心余热回收 (WHR) 已成为一项有前景的解决方案,它可以将传统上浪费的热量转化为有用能源,从而提高能源效率和可持续性。
数据中心中的服务器和其他IT设备在运行时会产生大量热量。这种热量通常通过空调系统排出,导致能源浪费。WHR系统捕获此热量并将其用于其他用途,例如:
WHR系统通常包括以下组件:
WHR系统为数据中心运营提供了多项优点,包括:
WHR系统已在各种数据中心应用中得到成功实施,包括:
谷歌在芬兰的一个数据中心实施了WHR系统,为整个社区供暖。该系统每年可节省100吉瓦时的能源,相当于减少了15,000吨的二氧化碳排放。
微软在爱尔兰的一个数据中心使用WHR系统为附近温室供暖,从而减少了温室的天然气消耗量,提高了能源效率。
数据中心余热回收是一种创新解决方案,可以大幅提高数据中心的可持续性和能源效率。通过利用传统上浪费的热量,WHR系统可以降低能源成本、减少温室气体排放并支持可再生能源目标。随着数据中心继续扩张,WHR系统有望在这些设施的未来发展中发挥关键作用。
余热是指已投运的公企业耗能装置中,原始设计中未被合理利用的显热和潜热。 余热的产生主要受限于生产需求和技术手段。 余热可分为高温废气余热、冷却介质余热、废气废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、废气废料余热和废料液余热等。 根据调查,各行业的余热总资源约占气燃料消耗总量的17%-67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。 为了解决当前能源紧缺问题和环境污染问题,余热会搜狐技术开始被广泛运用。 余热回收的最佳方式是根据余热的品质,按照温度高低顺序阶梯利用,即能量梯级利用,江苏能源云网可去了解
余热是在一定经济技术条件下,在能源利用设备中没有被利用的能源,也就是多余、废弃的能源。 它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。 根据调查,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%-67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。 玻璃、冶金、冶炼、石化、建材、陶瓷、轻纺等行业中具有280℃以上烟气(或其他高温污染气体)的余热回收。 即只要是排烟温度高于280℃的工业锅炉、流化床锅炉、导热油炉、冶炼炉、冶金炉、高炉热风炉、加热炉,以及化肥厂、造纸厂都可应用。 余热回收利用是提高经济性、节约燃料的一条重要途径。 火电厂的生产过程中存在各种余热。 譬如,锅炉排污热量、除氧器排气及汽封排汽等余热。 这类余热属于携带工质的分热,通常在回收利用热量的同时。 还将回收部分工质:另一类余热,它们只有热量可以利用,不存在工质的回收,譬如,发电机损失的热量、冷油器带走的热量以及锅炉排烟的余热等。 这类余热属于纯热量回收利用。 余热的可利用性和价值决定于它的产量和质量两个方面。 余热的数量是指余热量的大小,余热的质量是指余热的品位高低,可以用它的温度、压力以及携带热量的介质给于表征。 余热品位愈高,数量越大它的可利用性和价值也就愈大。 余热的可利用性和价值不等于余热利用的效果。 前者是指余热本身的品质和性质,它仅表示余热具有的可用性,但并不表示余热利用的有效性。 后者不全由余热本身品质所决定,还决定于余热利用的场所、环境以及利用的方法,即决定于使用余热的对象和条件。 譬如,余热作为热量利用就比作为功能利用的效果好。 因为,热变功要付出冷源损失的代价。 火电厂热系统由于存在各种能级,因而为选择余热利用的场所提供了较大的自由度。
余热回收利用的原理:余热回收是指将工业过程产生的余热再次回收重新利用。主要技术包括热交换技术、热功转换技术、余热制冷制热技术。余热是指受历史、技术、理念等的局限性,在已投运的工业耗能装置中,原始设计未被合理利用的显热和潜热。余热的回收利用途径很多。一般说来,综合利用余热最好,其次是直接利用,再次是间接利用(如余热发电)。综合利用就是根据余热的品质,按照温度高低顺序不同按阶梯利用,品质高的可以用于生产工艺或余热发电;中等的(120度-160度)可以采用氨水吸收制冷设备来制取-30度到5度的冷量,用于空调或工业;低温的可以用来制热或利用吸收式热泵来提高热量的数量或温度供生产和生活使用。余热回收设备不是机器设备。
换热器
废气余热回收装置就是提取工业设备排出的废气能量来加热设备所需新鲜空气进气温度,达到降低废气的排放温度和节约热能源的目的。工业设备类如热定型机、涂层机等。余热的回收利用途径很多。
换热器
一般说来,综合利用余热最好,其次是直接利用,再次是间接利用(如余热发电)。综合利用就是根据余热的品质,按照温度高低顺序不同按阶梯利用,品质高的可以用于生产工艺或余热发电;中等的(120度-160度)可以采用氨水吸收制冷设备来制取-30度到5度的冷量,用于空调或工业;低温的可以用来制热或利用吸收式热泵来提高热量的数量或温度供生产和生活使用。
换热器
余热是在一定经济技术条件下,在能源利用设备中没有被利用的能源,也就是多余、废弃的能源。
它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。
根据调查,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。
钢铁行业加热炉高温烟气回收发电技术当年可收回全部成本,热量利用率提高5-10%。
利用途径
余热的回收利用途径很多。一般说来,综合利用余热最好;其次是直接利用;第三是间接利用(产生蒸汽用来发电)。
如钢铁工业:钢铁厂中的焦炉。
目前我国大中型钢铁企业具有各种不同规格的大小焦炉50多座,除了上海宝钢的工业化水平达到了国际水平,其余厂家能耗水平都很高,大有潜力可挖。
炼钢厂中的转炉烟气发电,发电系统,可配置发电量为3000Kw的电站80座。炼钢厂中的电熔炉,现如今全国有20多座,其中65吨级可发电量在5000Kw/座以上。
1、热管余热回收器热管余热回收器即是利用热管的高效传热特性及其环境适应性制造的换热装置,主要应用于工业节能领域,可广泛回收存在于气态、液态、固态介质中的废弃热源。 按照热流体和冷流体的状态,热管余热回收器可分为:气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。 按照回收器的结构形式可分为:整体式、分离式和组合式。 2、间壁式换热器换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。 换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即:间壁式、混合式和蓄热式。 在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。 常见间壁式换热器如:冷却塔(或称冷水塔) 、气体洗涤塔(或称洗涤塔) 、喷射式热交换器 、混合式冷凝器 。 3、蓄热式换热器蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备,一般用于对介质混合要求比较低的场合。 换热器内装固体填充物,用以贮蓄热量。 一般用耐火砖等砌成火格子(有时用金属波形带等)。 蓄热式换热分两个阶段进行。 第一阶段,热气体通过火格子,将热量传给火格子而贮蓄起来。 第二阶段,冷气体通过火格子,接受火格子所储蓄的热量而被加热。 这两个阶段交替进行。 通常用两个蓄热器交替使用,即当热气体进入一器时,冷气体进入另一器。 常用于冶金工业,如炼钢平炉的蓄热室。 也用于化学工业,如煤气炉中的空气预热器或燃烧室,人造石油厂中的蓄热式裂化炉。 4、节能陶瓷换热器陶瓷换热器是一种新型的换热设备,在高温或腐蚀环境下取代了传统的金属换热设备。 用它的特殊材质——SIC质,把窑炉原来用的冷空气变成了热空气来达到余热回收的目的。 由于其可长期在浓硫酸、盐酸和碱性气、液体中长期使用。 抗氧化,耐热震,高温强度高,抗氧化性能好,使用寿命长。 热攻工业窑炉。 把换取的热风作为助燃风送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧,可节能25%-45%,甚至更多的能源。 5、喷射式混合加热器喷射式混合加热器是射流技术在传热领域的应用,喷射式混合加热器是通过汽、水两相流体的直接混合来生产热水的设备。 喷射式混合加热器具有传换效率高,噪音低(可达到65dB以下),体积小,安装简单,运行可靠,投资少。 利用喷射式混合加热器回收发电厂、造纸厂、化工厂的余热, 加热采暖循环水喷射式混合加热器特别适合于在供热面积不超过6万平方米的中小型供暖系统中使用,取代表面式加热器的功能。 根据热源的条件不同,加热水的温度可以提高20℃~50℃。 如果要求水的温升较大,也可以采用两级喷射式混合加热器串联布置使用。
探索余热回收再利用的绿色新径
在当今追求可持续发展的大背景下,余热回收再利用的技术已经成为关注焦点。通过创新的方式,我们得以将这些看似废弃的热能转化为宝贵的资源,既节约能源又减少碳排放,对环保和经济效益都有显著提升。
一、余热的直接应用
1. 生活热水与蒸汽的生产
在校园和医疗机构,我们常见的热水供应往往得益于余热的巧用。利用锅炉产生的中低温余热,可以直接转化为热水,甚至低压蒸汽,为日常生活提供了温暖和动力。
2. 预热工艺的节能革命
在工业生产中,预热空气是必不可少的步骤。通过余热回收技术,可以预先加热空气,显著降低能源消耗,提高燃烧效率,减少了能源浪费。
3. 干燥工艺的绿色升级
余热资源的再利用也不仅限于热源,物料干燥过程中,合理应用余热能够减少能源成本,实现干燥过程的环保与高效。
二、热管换热器的余热魔法
1. 热管式气气热管换热器
热管换热器以高效导热的热管为元件,能在高温烟气中吸热,使工质发生相变,释放热量,进而加热空气,为锅炉补风,实现了烟气和空气的双重利用。
2. 热管式气液式热管热水器
热管余热热水器是一个创新设计,它将回收的余热转化为热水,供给生产或生活使用,既实用又环保,实现资源的双重回收和利用。
3. 热管式热水供暖系统
高温烟气经过余热回收器的吸热处理,不仅降低了温度,还为暖气系统提供了稳定的热源。热水经过循环,温暖了空间,同时也降低了碳排放,为冬季供暖带来了绿色解决方案。
余热回收再利用,如同一颗璀璨的绿色宝石,嵌入到我们的能源利用体系中。它不仅提升了能源利用效率,而且在应对全球气候变化、推动绿色转型中扮演了重要角色。让我们一同期待,余热回收技术的广泛应用,将为我们的地球带来更多的可持续发展可能。
锅炉是一种能量转换设备,在锅炉中产生的热水或蒸汽可以直接为工业生产和人民生活提供所需热能,也可通过蒸汽动力装置转换为机械能,或再通过发电机将机械能转换为电能。
余热回收散热器
锅炉排烟温度过高,则锅炉热效率低,烟气将大量的热量带入大气,不仅会浪费大量的能源,并且还会污染了环境。如果,通过对锅炉尾部受热面进行改造,采用扩展受热面来增加换热面积,增强换热效果,从而达到降低排烟温度的效果,实现节能减排。锅炉排烟温度一般在130~140摄氏度。
余热回收散热器
蒸汽烘箱是通过热风的循环流动,对物体水份进行快速蒸发,符合物理规律的两大特性:温度相同,在有风的情况下,蒸发越快,在同等风力的影响下,温度越高,蒸发越快。热风循环烘箱利用此原理,利用电转化为热源,并用低噪,耐高温的流风机。
余热回收散热器
工业余热回收:绿色能源的新里程
在现代工业生产中,余热回收不仅是一项经济策略,更是推动能源高效利用的重要手段。它涵盖了烟气、冷却介质、废汽废水、化学反应热、高温产品和炉渣,甚至废气废料的热能回收,旨在通过系统设计与综合运用,提升能源效率,降低能耗。
技术分类:创新与高效并存
余热回收技术根据能量传递和转换原理,主要分为热交换技术、热功转换技术和余热制冷制热技术。其中,热交换技术凭借直接、高效的特点,通过间壁式换热、余热锅炉、蓄热式热交换和热管等设备,直接将余热传递给工艺过程,显著减少一次能源的消耗。
热功转换技术的革新
与传统的压缩式制冷相比,吸收式和吸附式制冷系统利用廉价能源,将低品位热能转化为电力,降低了能耗。吸收式余热制冷机组适用于大规模热量回收,以其高效著称,而吸附式制冷则因结构简单、无噪音污染,适用于小规模热量回收,或是冷热电联产等复杂环境。
热泵技术的绿色应用
热泵技术更是巧妙地利用电能或机械能,通过热力循环,将相对较低温度的余热转化为高温热能,如回收30至60℃的废热,成为节能降耗的利器。它在工业领域的广泛应用,不仅提升了能源利用率,还对环保产生了积极影响。
定制化解决方案的未来
我国工业余热资源丰富,但其利用需因企制宜。企业需根据自身余热类型、温度特性和生产需求,定制工厂整体节能综合性解决方案。这不仅有助于降低能耗,还能实现可持续的经济效益,推动企业绿色转型。
云端是个真实存在的地方。你在Instagram上发布的照片,在Facebook页面上发布的生日祝福,以及在Netflix上播放的电视节目,都不是突兀出现的。它们被保存在大量服务器上,而且所有服务器都被安置在巨大仓库中,互相连接在一起。
很少有人冒险进入这些数据中心。但在瑞典首都斯德哥尔摩,彼芭进入了这样的信息迷宫,发现它们不仅仅是托管数据的地方。这些数据中心所提供的全部热量,可以帮助这座拥有90多万人口的城市供暖。
据BBC报道,随着冬季即将来临,人们都在盼望能尽早供暖。然而将来,人们的网上活动就能帮助供暖。BBC记者艾琳·彼芭(Erin Biba)日前访问瑞典时,亲眼见证了一个雄心勃勃、有利可图的新绿色能源项目。
那么,瑞典是如何做到的呢?它能否为全球科技行业创造一种新的商业模式?
在这些数据中心中徘徊,你会注意到几件事:空气凉爽而干燥,没有任何积尘。成排的服务器塔被成千上万闪烁的灯光所覆盖,几乎看不到人。透过天花板和可移动地板看到的每个地方,都有大量的电缆通向各个方向。但更重要的是,这里真的很吵。这是因为电脑在运行中会变热,而且需要很多风扇来保持足够低的温度,以确保它们正常工作。
想象一下你的笔记本电脑所产生的热量,只是在整个仓库中散发热量可能是它的成千上万倍,毕竟这里有成千上万台电脑互相连接,并在不停地运转以完成复杂的任务。最主要的降温方式包括提供冷水、利用风扇吹凉空气以及吸收热空气等。这些热量通常被当作废物处理掉。但实际上,热量也是一种能量。这就是为什么瑞典决定用它来为民众供热的理由。
世界各地的城市都在探索如何利用数据中心的废弃热量作为额外能源
在斯德哥尔摩,这个项目被称为斯德哥尔摩数据公园,它由市政府、Fortum Varme(当地供热和制冷机构)以及其他机构合作运营。斯德哥尔摩的各大数据中心都参与进来,而随着越来越多的企业希望通过加强气候意识提高声誉,并通过一种新的商业模式赚钱,这个数字还在不断增长。最近,爱立信和服装零售连锁店H&M运营的数据中心也都加入了这个项目。
在斯德哥尔摩的大部分时间里,数据公园项目是这样运作的:冷水通过管道流入数据中心,在那里被用来制造冷空气,以防服务器过热。经过冷却过程加热的水再流回管道中,进入到Fortum Varme的工厂里,并在分散为众多住宅供热。
瑞典并不是唯一一个尝试这个想法的国家。在芬兰等地的小规模项目中,也存在类似试验。自去年以来,芬兰的某个数据中心散发的热量始终被用来为小城住宅供暖。而在美国、加拿大以及法国,也有类似的项目。只是瑞典决定在全国范围内扩大规模是一项史无前例的实验。
瑞典制冷和供热机构Fortum刚刚开放了新的供热设备,它可以帮助家庭供暖
斯德哥尔摩数据公园预计到2018年将产生足够的热量,为2500套住宅公寓供暖。但其长期目标是到2035年,满足斯德哥尔摩全部供暖需求的10%.瑞典数据中心(在全国推广类似斯德哥尔摩数据公园项目)宣称,只需要产生10兆瓦能源,就可以满足2万套现代化住宅的供暖序曲。而Facebook的数据中心通常会消耗120兆瓦能量。
加入斯德哥尔摩这个项目的主要动机源自财务好处,这些数据中心可以卖掉他们的废弃热量。同时,Fortum还为他们提供了免费的冷水。在其数据中心支持移动游戏应用和其他云计算软件的公司Interxion,相关成本/效益分析显示前景良好,为此他们正在建立全新的热捕捉设施。公司业务拓展主管玛特斯·尼尔森·哈尼(Mats Nilsson Hahne)说:这不是慈善。相反,该公司北欧分公司董事总经理彼得·班克(Peder Bank)表示:我们正试图将其转变为一项二级业务。
尽管如此,Interxion仍在与任何想在斯德哥尔摩开店的数据中心公开分享他们的新商业模式工程计划。在被问及为何要公开自己的竞争优势时,班克强调了瑞典人在应对气候变化方面的态度,他说:还有其他比竞争更大的目标,而且这是一个全球性目标。如果我能够保护更高的议程,并能继续维持生意,我就应该这么做。如果我能够吸引其他企业到来,我就应该这样做,然后我才会与之竞争。毕竟,我们都生活在同一个星球上。
布满电缆的数据中心散发大量热量,这些热量被用来为家庭供暖
瑞典一直以来都支持这样的绿色能源理念。斯德哥尔摩城市气候经理Bjorn Hugosson表示,这是因为这个国家几乎没有自然资源。他说:我们的土地上没有任何化石资源,我们没有油井或煤矿。世界能源理事会的数据显示,目前瑞典有2057座水电站,占其能源使用总量的40%.剩下的大部分能源来自核电,但目前正在逐步被淘汰。此外,瑞典还有火力发电站,其所需煤炭是从俄罗斯进口来的,它将在未来5年内被淘汰(也可能在2020年)。这个国家希望到2040年能完全避免使用化石燃料。
瑞典向来以零废物着称,该国居民回收超过99%的家庭废品,只有3%最终被扔进了废品填埋场。瑞典燃烧了大约70%的废品用以生产能源,并从邻国进口废品,以帮助实现焚烧废品满足能源需求的目标。也就是说,瑞典人并不是世界上最环保的能源使用者,这个头衔属于冰岛,该国86%的能源来自可再生资源。尽管在天气状况良好的情况下,瑞典在某些日子里可以完全避免使用化石燃料。由于风车可以产生大量能源,瑞典邻国丹麦也可经常避免使用化石燃料。事实上,丹麦还把过剩能源卖给邻国。
那么,瑞典雄心勃勃的热捕捉和再利用计划能否在其他地方取得成功呢?也许,但它需要其他改变才能成为现实。这种模式之所以能在瑞典奏效,是因为这个国家的公民依靠政府为他们提供热水以便为家庭供暖。地区供热始于上世纪50年代的斯德哥尔摩(当时靠燃油),Fortum Varme从那时开始向医院输送热水。当上世纪70年代石油危机爆发时,供暖系统扩展到全国各地。今天,Fortum向大约1.2万栋建筑或斯德哥尔摩90%的城区提供热量。起初,它们提供的供热服务是通过烧煤产生的,但今天来自于生物燃料,即该国庞大的林业工业生产留下的木浆,通过船舶被运至斯德哥尔摩。
由于瑞典人回收了所有的东西,他们也在废水排放后重新利用热水。Fortum的媒体关系主管乔纳斯·柯勒特(Jonas Collet)说:洗澡时,流入下水道的热水就会被处理,然后泵入大海。海水变暖了,但鱼儿们不喜欢这种环境。30年前,我们认为这是一种浪费。如今,我们可以再利用这些水。
因此,如果其他城市想要效仿斯德哥尔摩的做法,他们就需要建设地下管道基础设施,以及为居民供暖的商业模式。但这不是不可能的,世界上有很多城市都在这样做,包括加拿大、纽约和几乎整个冰岛的城市。但它也不应被视为灵丹妙药。瑞典皇家工程科学学院成员、许多绿色能源公司的智能电网顾问博·诺马克(Bo NorMark)警告说,他认为瑞典的计划可能并非可以无限扩展的。最终,这个国家可能不需要更多的数据中心加入进来。
诺马克说:人们高估了对热量的需求,我们会有多余的热量。我们可以出口电力,但我们无法出口热量。但是,他补充道:在斯德哥尔摩,这种方法之所以奏效,是因为这座城市发展迅速,热量有货币化价值。
当新的数据中心开始在这个快速发展的城市中出现的时候,它们很快就可以加入进来。斯德哥尔摩数据公园由该市周边的四个主要数据公园组成,它们被连接到清洁能源电网中,并配备了一个即插即用的装置,让公司可以连接到冷却供水系统和热循环系统上。目前,首个项目已经完成,即当地名为Kista社区的硅谷,那里目前托管着Interxion等公司的数据中心。还有两家数据公园将于2018年投入使用,2019年还有四家。所有数据中心需要做的就是建立起来,然后加入现有网络中。
Fortum Varme的市场数据中心冷却和热恢复负责人Johan Borje说:我们正在改变整个行业的经济。除此之外,瑞典政府也意识到这项计划的好处,今年降低了数据中心的电力税。显然,瑞典不希望数据中心寻找借口转移到欧洲其他地方。
尽管如此,目前发达国家仍依赖于数据中心,而这种需求将继续增长。没有它们,我们的设备就无法正常使用,我们的信息也不会移动。这意味着越来越多的科技图书馆将会出现在这个星球上。它们可以让我们的数字世界保持运转,同时在斯堪的纳维亚和更远的地方,同时回收废品和生产清洁能源。
余热回收装置的原理图主要包括以下几个部分:高温烟气管道、换热器、冷却水管道和热水储罐。 具体来说,余热回收装置利用高温烟气中的余热,通过换热器将热量传递给冷却水,使其升温成为热水或蒸汽,进而加以利用或储存。 这种装置可以有效地减少能源浪费和环境污染,同时提高能源利用率和经济效益。 在具体操作中,高温烟气通过管道引入换热器,与冷却水进行热交换,将热量传递给冷却水,使其温度升高。 冷却水被加热后,可以输送到热水储罐中储存备用,或直接输送到用热设备中加以利用。 同时,烟气温度得以降低,减少了烟囱排气的热损失,也减轻了对环境的热污染。 举个例子来说,某钢铁厂利用余热回收装置回收高温烟气中的余热,生产蒸汽供给生产线使用。 这不仅减少了能源浪费,也降低了生产成本,同时还达到了环保要求,可谓一举多得。 总之,余热回收装置的原理图并不复杂,但其应用却可以带来显著的节能减排效果和经济效益。 因此,在各种工业生产过程中,都应该重视余热回收装置的应用和推广。
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