時間:2023-03-21 17:12:10
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論文關鍵詞:余熱回收,有機朗肯循環,車用柴油機工況
引言
隨著我國汽車行業的飛速發展,對汽車的節能與環保問題的關注程度不斷提高。基于有機朗肯循環(Organic-fluid Rankine Cycle,ORC)的車用發動機余熱回收系統可以在不改動原車發動機的前提下,通過在車上加裝ORC系統,達到回收發動機排氣余熱的目的,間接提高發動機燃油利用率,降低排氣溫度,因此受到越來越多的關注[1-4]。
ORC系統的工質特性、運行壓力、工質質量流量、換熱器結構、膨脹器特性等參數對系統效率有重要影響,很多研究者對此做了深入的研究[5-10]。本文旨在探討在ORC運行參數與結構參數不變的條件下,柴油機工況(排氣溫度和排氣流量)對ORC系統效率的影響。
1.中溫有機朗肯循環系統介紹
圖1為中溫有機朗肯循環余熱回收系統示意圖。其中實線部分為發動機進排氣系統,虛線為中溫有機朗肯循環系統。
在進排氣系統中,空氣首先經過壓氣機壓縮后在中冷器中冷卻機械論文,隨后進入發動機氣缸中與燃油混合并燃燒膨脹做功,做功后的排氣隨后進入渦輪并通過渦輪軸對壓氣機做功;經渦輪排出的高溫廢氣首先通過中溫過熱器對中溫循環工作流體進行加熱并使其達到過熱狀態,然后通過中溫蒸發器使中溫循環工作流體蒸發,低溫排氣最終排入大氣中。
論文摘要:介紹了循環經濟的概念、基本原則和主要模式,闡述了發達國家發展循環經濟的主要經驗,提出了發展有中國特色的循環經濟的思路。
工業革命以來。人類自身發展引來了越來越嚴重的資源環境問題。生態環境惡化、水體環境的污染、土地荒漠化.生物滅絕等一系列的事件,使全球經濟社會發展面臨巨大挑戰。面對挑戰。人們開始對傳統工業文明進行反思和批判,探尋新的經濟發展道路。在這一背景下,循環經濟作為一種新的經濟模式.開始考慮形成并逐步發展。20世紀60年代。美國經濟學家鮑爾丁提甘j“宇宙飛船理論”,可以作為循環經濟理論的早期代表。鮑爾丁的這一比喻凸顯了地球的狹小、擁擠和資源有限性;必須避免毀滅性的沖突以及要像由不同的人組成的機組人員那樣和諧共處.形成一種世界共同體的概念??梢娫凇坝钪骘w船理論”看來。人類要想在地球上生存更長的時間.就必須要努力提高地球資源的循環利用能力。但是即便如此。到了20世紀70年代,人們仍然更主要采取的是末端治理的環境保護方式.8o年代人們開始全面重視資源的回收利用以及資源利用效率的提高.90年代可持續發展思想的盛行尤其是可持續發展戰略的推進,使得人們更加重視從源頭進行污染治理,并且注重通過改變經濟發展模式。提高經濟增長效率。降低環境和生態成本。1972年斯德哥爾摩人類環境會議和1992年聯合國環境與發展大會是該發展觀形成的重要標志,循環經濟的概念就在這樣的歷史背景下產生了。
l循環經濟的概念及基本原則
1.1循環經濟的概念
循環經濟(CyclicEconomy)的概念是在可持續發展思想的指導下。按照清沽生產的方式,對能源及其廢棄物實行綜合利用的生產活動過程。它要求把經濟活動組成一個“資源一產品一消費—再生資源”的反饋式流程。其本質是一種生態經濟。它要求運用生態學規律而不是機械論規律來指導人類社會的經濟活動。基本要點是:以生態思維傲經濟活動全過程的總體設計,使經濟活動像生態系統那樣,自我調節控制能量流動和物質循環。傲到綜合、反復利用資源.變以往末端治理污染為源頭消除或最大限度減少污染,保護自然環境,從而產生最大社會效益。
與傳統經濟相比.循環經濟的不同之處在于:傳統經濟是一種由“資源一產品一污染排放”所構成的物質單向流動的經濟。在這種經濟中,人們以越來越高的強度把地球上的物質和能源開發出來,在生產加工和消費過程中又把污染和廢物大量地排放到環境中去,對資源的利用常常是粗放的和一次性的,通過把資源持續不斷地變成廢物來實現經濟的數量型增長,導致了許多自然資源的短缺與枯竭,并釀成了災難性環境污染后果。如“倫敦煙霧事件”“切爾諾貝利核泄露事件”“日本水俁病事件”就是突出代表事件。與此不同.循環經濟是以資源的高效利用和循環利用為核心.以低消耗、低排放、高效率為基本特征的社會生產和再生產范式.其實質是以盡可能少的資源和盡可能小的環境代價實現既定的發展目標,從根本上消解長期以來環境與發展之間的尖銳沖突。
l,2循環經濟運行遵循的原則
作為一種先進的經濟形態.循環經濟不但要求人們建立“資源一產品一再生資源”經濟新思維,還要在從生產到消費的各個領域倡導新的行為準則,也就是著名的“3R”原則,即“減量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再環(Recycle)”?!?R”原則是循環經濟理論的靈魂和核心。“減量化、再利用、再循環”是循環經濟最重要的實際操作原則(3R原則)。減量化原則屬于輸入端方法,旨在減少進入生產和消費過程的物質量,從源頭節約資源使用和減少污染物的排放;再利用原則屬于過程性方法,目的是提高產品和服務的利用效率,要求產品和包裝容器以初始形式多次使用.減少一次用品的污染;再循環原則屬于輸出端方法.要求物品完成使用功能后重新變成再生資源,俗稱“吃干榨盡”,也就是我們通常所說的廢品的回收和綜合利用。
“減量化、再利用、再循環”原則在循環經濟中的重要性并不是并列的。循環經濟不是簡單地通過循環利用實現廢棄物資源化,而是強調在優先減少資源消耗和減少廢物產生的基礎上綜合運用3R原則,3R原則的優先順序是:減量化一再利用一再循環。
2循環經濟發展的主要模式
從世界范圍看,在循環經濟的發展中形成了以發達國家為主要代表的不同模式:
2.1杜邦模式—企業內部的循環經濟模式
通過組織廠內各工藝之間的物料循環,延長生產鏈條,減少生產過程中物料和能源的使用量,盡量減少廢棄物和有毒物質的排放,最大限度地利用可再生資源,提高產品的耐用性等。
2.2工業園區模式
按照工業生態學的原理,通過企業間的物質集成、能量集成和信息集成,形成產業問的代謝和共生耦合關系,使一家T_廠的廢氣、廢水、廢渣、廢熱或副產品成為另一家工廠的原料和能源,建立工業生態園區。典型代表是丹麥卡倫堡工業園區。
2.3德國DSD——回收再利用體系
德國的包裝物雙元回收體系(DSD)是專門組織回收處理包裝廢棄物的非營利社會中介組織,1995年由95家產品生產廠家,包裝物生產廠家、商業企業以及垃圾網收部門聯合組成,目前有1.6萬家企業加入。它將這些企業組織成為網絡,在需要回收的包裝物上打上綠點標記,然后由DSD委托回收企業進行處理?!熬G點”計劃的基本原則是:誰生產垃圾誰就要為此付出代價。企業交納的“綠點”費由DSD用來收集包裝垃圾.然后進行清理、分揀和循環再生利用。
2.4日本的循環型社會模式
日本在循環型社會建設方面主要體現3個層次上:一是政府推動構筑多層次法律體系;二是要求企業開發高新技術.首先在設汁產品的時候就要考慮資源再利用問題.如家電、汽車和大樓在拆毀時各部分怎樣直接變為再生資源等;三是要求國民從根本上改變觀念,不要鄙視垃圾.要把它視為有用資源。堆在一起是垃圾,分類存放就是資源。
3國內外發展循環經濟的經驗和對策
目前,國外一些發達國家的循環經濟已經比較成熟,也給我們帶來諸多啟示,其巾有許多做法和經驗值得我們學習和借鑒。
3.1發達國家發展循環經濟的主要經驗
發達國家循環經濟主要經驗循環經濟作為一種有效平衡經濟增長、社會發展和環境保護三者關系的經濟發展模式,首先被經濟發達國家所采用。
(1)通過立法.推進循環經濟的發展。目前發達國家有關循環經濟的立法模式大體上可分為兩種:一是污染預防性.如美國、加拿大等國,此模式雖然比末端治理進了一步,但沒有從根本上解決發展與環境的矛盾與沖突:二是經濟循環性.如德國和13本,它將整個社會活動納入循環經濟軌道.建立循環型社會,杜絕了污染問題。
(2)政府制定各種激勵政策,促進循環經濟發展。
第一.政府獎勵政策。發達國家政府獎勵政策中比較有影響的有:一是美國的“總統綠色化學挑戰獎”。該獎1995年設立,為了重視和支持那些具有基礎性和創新性、并對工業界有實用價值的化學工藝新方法,以通過減少資源消耗來實現對污染的防治。二是英國的Jerwood—Salters環境獎。該獎于2000年開始設立.用于資助在綠色化學方面卓有成就的年輕學者。三是日本的資源回收獎。這種獎項旨在鼓勵市民回收有用物質的積極性。
第二,稅收優惠政策。對發展循環經濟有成就的企業,發達國家政府要給予稅收方面的優惠政策予以鼓勵.如美國亞利桑納州1999年頒布的有關法規中,對分期付款購買回用再生資源及污染控制型設備的企業可減稅(銷售稅)10%。日本對廢塑料制品類再生處理設備在使用年度內.除了普通退稅外,還按取得價格的14%進行特別退稅。
第三,政府優先采購政策。對發展循環經濟有利的項目或產品.發達國家政府還要通過自己優先采購行為來予以鼓勵,如有再生成分的產品在政府采購中就占據優先地位。
第四,價格優惠政策。價格優惠是發達國家鼓勵發展循環經濟的又一重要政策。如日本有關法規中規定廢舊物資要實行商品化收費,即廢棄者應該支付與廢舊家電收集、再商品化等有關的費用。目前,日本規定的4種廢舊家電的再商品化費用,每臺電冰箱平均4600日元,每臺室內空調器3500日元.每臺洗衣機2400日元。
另外,選擇適合本國國情的循環經濟的切入點、明確企業在發展循環經濟申的主體作用、加強政府監管、開展宣傳教育、提高公民的循環意識等方面均是不錯的經驗。
3、2發展有中國特色的循環經濟
借鑒國外成功經驗,從中國的國情出發,我國提出具有中國特色的推動經濟發展的“3+1”模式,即小循環、中循環、大循環.加上資源再生產業(也可稱為第四產業或靜脈產業)。
(1)小循環—企業層面。選擇典型企業和大型企業,建立以清潔生產為核心的物質小循環,根據生態效率理念,通過產品生態設計、清潔生產等措施進行單個企業的生態工業試點,減少產品和服務中物料和能源的使用量,實現污染物排放的最小化。2003年我國頒布了《清潔生產促進法》,標志著我國依法推進和實施清潔生產新階段的開始。目前,陜西、遼寧、江蘇等省以及太原、沈陽等城市均制定了地方清潔生產工藝政策和法規。我國已在20多個省(區、市)的20多個行業、40O多家企業開展了清潔生產審計,建立了20個行業或地方的清潔生產中心,l萬多人次參加了不同類型的清潔生產培訓班。有5000多家企業通過了ISOI4001環境管理體系認證,幾百種產品獲得了環境標志。
(2)中循環——區域層面。按照工業生態學原理,通過企業間的物質集成、能量集成和信息集成.在企業間形成工業代謝和共生關系.建立工業生態園區。在區域層面.國家環??偩钟?999年開始.在山東魯北(化工)、內蒙古包頭(鋁業)、廣西貴港(糖業)、新疆石河子(造紙)等地進行了生態工業園區建設試點。目前,通過國家環??偩峙鷾式⒌膰疑鷳B工業示范園區已發展到l7個。其中行業類園區8個,占總數的47.1%.綜合類園區9個,占總數的52.9%;西部地區(內蒙古、新疆、陜兩、貴州和廣西)6個.東部和中部地區l1個.另外還有十幾家生態工業園Ⅸ正在規劃中。
(3)大循環——社會層面.重點進行循環型城市和省區的建立,最終建成循環經濟型社會。在社會層面,從2002年開始,國家環保總局率先在遼寧省、貴陽市進行了循環經濟省市的試點工作,2002年5月貴陽市被國家環??偩执_定為全國循環經濟生態城市首家試點單位,同時也成為聯合國環境規戈Ⅱ署全球唯一循環經濟試點城市。目前已在東、中、西部地區開展了建設循環經濟省市試點,由國家環??偩种鞒终撟C的循環經濟試點省市達到8個,其中包括2個循環經濟試點省和6個循環經濟試點城市,分別為遼寧省、江蘇省、遼寧盤錦市、山東目照市、河南義馬市、河南鶴壁市、甘肅武威市和貴州貴陽市,其中東部省市4個,中部2個,西部2個。
(4)資源再生產業——建立廢物和廢舊資源的處理,處置和再生產業,從根本上解決廢物和廢舊資源在全社會的循環利用問題。目前我國在資源再生利用方面的主要障礙是缺少有效的組織,未形成產業規模,缺少技術研發。我國在廢物的再回收、再利用、再循環方面存在較大的潛力,大力發展資源再生產業,盡快出臺相關政策,形成產業規模,會較大地緩解我國資源緊缺、浪費巨大、污染嚴重的矛盾。