太阳能光热技术在烟草企业的应用探索

【摘 要】 太阳能是目前世界上取之不尽的最清洁能源，太阳能光热技术及产品已日趋成熟。本文简要介绍太阳能光热技术在锅炉热水系统的应用，建议烟草企业大力推广使用这一技术，提高节能环保水平，减少烟草企业的能源消耗以及污染物的排放，探索应用清洁能源实现节能环保的新思路和方法。

【关键词】 太阳能光热技术 烟草企业 锅炉热水系统 应用探索

目前我国的经济发展包括烟草行业在内仍然依靠消耗大量的石油、煤炭、天然气等化石能源，CO2和有害气体以及颗粒污染物的大量排放，是导致PM2.5指标失控并形成雾霾天气的最主要因素之一。为实现社会经济可持续稳定的发展，开展清洁生产，减少石化能源消耗及污染物的排放量，提高节能环保水平，清洁能源的使用是必然趋势和唯一选择。2005年2月28日国家颁布了《可再生能源法》，鼓励企业开发使用清洁能源，在烟草企业内大力推广应用太阳能光热技术，利用清洁能源，实现清洁生产，是践行行业价值观和社会责任的一项具体措施，对贯彻执行《可再生能源法》有着现实的经济价值和积极深远的战略意义。

1 太阳能利用技术

太阳能以其清洁、源源不断、安全显著优势，成为新能源的关注重点。太阳能利用技术主要包括光-热转换、光-电转换、光-化学能转换三种方式，在太阳能发展产业中，太阳能热水技术是光-热转换技术最为成熟的，其产业化进程较太阳能光伏、风能发电等产业领先一步。

1.1 光-热转换技术

太阳能光热转换技术的本质是将太阳辐射能转化为热能，太阳能热水系统有：集热、输热（换热）、控热、储热四个环节。太阳能热水系统效率η=Q/A×H，Q为集热系统的热量，A为太阳能系统集热器的轮廓采光面积，H为测试期间累计的阳光的辐照量。一般情况下Q通过储水箱内一定量水的温升来获取热量值，A通过实地测量获取，H通过照度计实测获取。

太阳能热水技术产品的关键在于集热和保温，运用特性工艺材料和热能收集特性机构最大限度吸收热能，将热能用于加热冷水，以达到减少冷水加热时其他能源（电能、天然气煤气能源等）消耗的目的。太阳能热水技术系统工程中通常采用的太阳能集热器主要有平板型太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、U型管式真空管集热器、热管式真空管集热器和直流式真空管集热器五种；根据GB/T20095-2006《太阳热水系统性能评定规范》，针对热利用效率的提高，我国太阳能产业已在产品制造工艺、使用材料、结构特点等方面进行了广泛的研究和开发，现在已形成了太阳能产品材料系统开发及产品的系列化，因此推广和使用太阳能光热产品具有可靠的技术保障。

1.2 锅炉热水系统

1.2.1 利用太阳能对锅炉热水系统进行改造的优点

通过自制太阳能热水系统实验证明，在北方冬季室外温度为零下20℃～零下3℃且阳光充足的条件下，测试冷水升高温度最高达到零上75℃（中午），最底达到零上5℃（晚上7点）。在我国大部分地区，一般情况下通过太阳能光热系统，热水温度可达到60～80℃，最高的能达到95℃。在不考虑热量损失的情况下（即热利用效率η=1），1吨水温度每升高1℃耗电量约为1.16kW，或者耗煤（标煤，发热量7000大卡/吨）0.123吨；如果利用太阳能给一台10吨燃煤蒸汽锅炉提供80℃的热水（假设原冷水温度为15℃），不计锅炉热能损失每小时可节约91公斤标煤。在锅炉供水系统中，可以利用太阳能将15℃左右的冷水加热至80～95℃，为各种不同燃料方式的蒸汽锅炉提供预热热水，再由锅炉将80～95℃热水加热生成150℃蒸汽，送到各类用能设施进行利用。

1.2.2 利用太阳能对锅炉热水系统进行改造的技术特点

首先对原有热水系统进行改造，通过太阳能或者热泵先行加热锅炉用水，当水温达到设定温度时，用热水泵将储热水箱中的水打到锅炉中去，利用锅炉产生热水、或蒸汽。

其次根据企业现场的实际情况对原有的热水系统，如电锅炉、燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、蒸汽锅炉等进行改造，将原有的热水系统作为太阳能热水系统的辅助加热系统或二次加热系统，实现资源的充分利用。

第三锅炉供水水系统改造后主要由三部分组成：太阳能热水系统、原有热水系统和智能控制系统。

1.2.3 利用太阳能对锅炉热水供水改造各系统的主要功能

太阳能热水系统：作为整个热水系统的一次加热系统，首先将冷水在太阳能集热器里进行预热，然后储存在储热水箱。如果太阳能热水系统产出的热水能满足锅炉用热水的需求，则不启动锅炉原有热水系统；如果太阳能热水系统产出的热水不能满足锅炉用水的需求，则启动锅炉原有热水系统进行二次加热。

锅炉原有热水系统：作为整个热水系统的二次加热系统。在太阳辐照强度不够或冬天的时候，太阳能热水系统不能满足日常热水需求，启动该系统满足热水需求。

智能控制系统：实现太阳能系统和锅炉原有热水系统无缝组合。根据天气和实际用水情况启动和关闭原有热水系统，并能够实现太阳能熊的定温出水、集热器和水箱的温差循环、分时段补水、自动和定时启动辅助加热系统、定温或定时回水、定时供水、最低水位保护等功能。

2 烟草企业中太阳能光热技术的应用探索

2.1 节能减排和清洁生产是烟草行业实现可持续发展的必然趋势和选择

节能减排和清洁生产是烟草行业践行共同价值观实现可持续发展的重要工作措施。烟草企业在我国现代工业中是一个特殊的行业，其发展有着不同于其他工业的特殊规律。据统计，烟草行业在太阳能光热技术方面的应用与其他行业相比仍有很大差据；烟草企业的锅炉系统、制丝加工流程、集中空调系统等使用蒸汽或高温热水的非常之多，占90%以上，尤其是烟草制丝加工过程，温度、湿度和水分三大关键工艺技术指标是依靠控制热水和蒸汽能源来完成的。目前太阳能光热技术及产品在烟草企业使用的范围非常有限，处于待开发状态，推广前景广阔。

2.2 太阳能建筑工房与锅炉辅助热水系统的设计与应用探索

烟草企业联合工房的基本采用单层建筑，其工房屋顶面积巨大，根据企业规模大小不同，工房设计建造面积有所差别，一般最小可达5万平米以上。企业联合工房有效单层利用面积占工房总建筑面积的59%～64%，因此，烟草企业如果把太阳能的利用纳入企业的工房设计和建设的总体规划之中，探索建设开发太阳能建筑工房，利用巨大的工房建筑面积对太阳能光热进行吸收利用，供给企业锅炉及其他用能设施使用，那么烟草行业必将节约数量巨大的煤、水、油等资源。

烟草企业对工房建筑进行太阳能光热技术的使用进行探索和研究，使用太阳能锅炉辅助热水系统可以对建筑起到防晒、隔热、保温作用，能够充分利用太阳能光热资源。由于烟草行业内已建工厂和新技改工厂的工房建设没有成功案例，所以在烟草企业工房建筑设计上探索使用成熟的太阳能节能技术产品，探索应用太阳能锅炉辅助热水技术，建立烟草加工企业节能技术产品应用的环境体系制度和相关节能技术指标，积极探索研究节能技术，深入开发并推广运用节能新技术，是烟草行业技术创新和企业进步发展的有效技术措施。

在优先使用太阳能锅炉改造的前提下，对传统锅炉进行综合技术改造，利用太阳能热水辅助系统采用余热回收、冷凝水回收、分级燃烧节煤、锅炉降温等设备，通过对锅炉的燃烧控制系统、传感系统、出渣系统、控制系统等进行优化完善，节能效果预计可达10%到30%之间。

煤产生污染物主要有烟气、烟尘、氮氧化物、硫氧化物等。通过测算污染物指标分别是：烟气量产污系数：9.61Nm3/kg；烟尘产污系数：19.5kg/t；SO2产污系数：12.8kg/t；NOx产污系数：9.08kg/t。以燃煤锅炉利用太阳能热水辅助系统为例，按照25%的节能效率计算，30～50万箱/年的企业从设计标准的1920～7840Kg/h可节煤480～1960Kg/h；按照年利用120天（8小时/天）计算，可以节约460.8～1881.6吨的标煤，减少烟气442.83～1808.22万立方、烟尘污染物8985.6～36691.2kg、SO2污染物898.24～24084.48kg、NOx污染物4184.064～17084.93kg，另外还能一定程度减少煤渣、锅炉冲渣用水和锅炉动力电能的消耗。

3 结语

太阳能光热技术及产品在我国其他行业已广泛应用并有成功案例，烟草企业作为特殊加工业，应根据自身发展特点，大力探索和使用清洁能源，利用环保节能技术，建设资源节约型、环境友好型企业；如果在其行业政策及技术开发、能源规划应用领域能够积极探索、统一规划、统筹安排、逐步推进，必将对本行业的发展产生革命性的变化，并对我国的资源节约和环境保护事业做出巨大的贡献，对我国其他工业在新能源技术利用和开发领域产生积极的影响和推动作用。

参考文献：

[1]罗运俊.太阳能利用技术[M].化学工业出版社，2011年1月.

[2]赵晖.严寒地区办公建筑太阳能技术应用研究[J].东北师大学报（自然科学版），2012年04期.

[3]国家烟草专卖局，卷烟厂工程建设项目规划设计控制指标，2009年10月.

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