如何利用工業余熱

A. 工業余熱供熱的工業余熱供熱的熱源

①從各種工藝設備排出的高溫煙氣。例如冶金爐、加熱爐、工業窯爐、燃料氣化裝置等，都有大量高溫煙氣排出。通常將高溫煙氣引入余熱鍋爐，產生蒸汽後送往熱網供熱。余熱鍋爐型式有火管鍋爐、自然循環和強制循環的水管鍋爐。由於余熱鍋爐前的燃燒設備工況不甚穩定，煙氣中含塵量大，因而，要求鍋爐的金屬材料對於熱負荷或煙氣溫度的突然變化具有較好的適應性，並能耐含塵煙氣的沖刷和腐蝕。余熱利用的經濟性，通常隨煙氣量的增大而提高。煙氣量少時，即使初溫很高，也不一定經濟合理。
②工藝設備的冷卻水。中國一些鋼鐵企業利用焦化廠初冷循環水余熱，進行較大范圍的集中供熱，取得了良好的效果。焦爐產生的荒煤氣經列管式初冷器被水冷卻，冷卻水升溫至50～55°C，用作熱網循環水。例如鞍山、本溪等城市利用這種余熱供熱的建築面積都已超過120萬平方米 。
煉鐵高爐的沖渣水和泡渣水等工業余熱，近年來也被利用於城市供熱。高爐渣是煉鐵過程的產物，可採用爐前水力沖渣或渣罐泡渣等方法處理。沖渣水或泡渣水吸熱以後，可作循環水供熱，如北京石景山鋼鐵廠已向50萬米(左右的建築物提供這種工業余熱蒸汽鍛錘的廢蒸汽是小型集中供熱的一種熱源，一般用以滿足本廠及住宅區的生活用熱。這種廢蒸汽量的波動較大，需要時可採用蓄熱器進行負荷調節。

B. 工業余熱回收

1 熱管的工作原理及特性

熱管的組件及工作原理見圖1.

圖1 熱管的組件及工作原理圖

從圖1可見，外熱源在蒸發段把熱量加進去，使該段的工質蒸發，由此造成的壓差把蒸汽從蒸發段驅送到冷凝段，在此，蒸汽進行凝結，並把汽化潛熱釋放出來傳給冷源。蒸發消耗了液相工質，結果使蒸發段的液～汽分界面縮進吸液芯表面，從而造成毛細壓力。該壓力把凝結下來的液相工質傳送到蒸發段，重新進行蒸發。為此，熱管余熱鍋爐比普通余熱鍋爐提高效率50%,壓降減小熱管連續不斷地把汽化潛熱從蒸發段傳到冷凝段而不燒干吸液芯。只要工質的流動通道不被阻塞，並維持足夠大的毛細壓力，便可不斷地工作。
以汽化潛熱方式所傳遞的熱量，一般要比在常用的對流系統中以顯熱方式所傳遞的熱量大幾個數量級，因而熱管尺寸雖小，所能傳遞的熱量卻很大。熱管的溫降等於蒸發段、蒸汽流道和冷凝段等各部分溫降之和。因為熱管的吸液芯結構很薄，蒸汽流的溫降很小，所以其熱力特性要比已經研製出來的任何已知固體導體強很多。由於熱管軸向熱阻小於徑向熱阻，所以熱管的總熱阻基本上是由蒸發段和冷凝段的徑向熱阻決定的。50%,在實現同樣熱能效果的前題下，前者的重量和佔地空間均為後者的一半。
與固體導體不同，熱管的特性不僅跟尺寸、形狀和材料有關，而且跟結構、工質及傳熱率有關。並且，熱管還具有若干傳熱限，有時還會碰到麻煩的啟動力學問題。但是，熱管這種高效傳由於熱管軸向熱阻小於熱元件，通過合理設計，應用到鍋爐上，對節省能源起到了重要作用。

2 熱管余熱鍋爐結構與特性

2.1 結構
普通的熱管余熱鍋爐全套裝置安裝在一個鋼制底座上，主要包括鍋爐殼體、熱管管束、管箱等。鍋爐殼體是一個帶橢圓形封頭的圓筒形壓力容器。熱管管束受熱段置於一個矩形管箱中。熱管余熱鍋爐的結構形式有重力式熱管余熱鍋爐、軸向溝槽吸液芯熱管余熱鍋爐和橋式雙流道熱管余熱鍋爐。其中，橋式雙流道熱管余熱鍋爐克服了清灰不利的情況，改善了鍋筒受力的條件，其簡圖如圖2所示。

圖2 橋式雙流道熱管余熱鍋爐簡圖

設計採用雙流道，熱管分兩組裝入鍋筒，翅片平面與煙氣流方向一致，可以達到「自吹灰」的效果，整個流道為「V」字形，其進氣段、出氣段和連接通道均採用不同截面積，達到強化傳熱的效果，連通段截面積較大，煙氣速度下降，有利於灰塵的沉落，因此，該裝置得到了較好的應用。但其不能較好地適應脈沖式熱負荷，僅能適用了穩定工況。該裝置適用范圍是排煙溫度為300～500℃，質流量為1000～2000kg/h,產汽可達1～1.5t/h,壓力為4kg/cm2.其熱力計算參數如表1、表2所示。

表1 煙氣焓值計算

名稱 參數
入口平均溫度ty1/℃ 400
入口平均比熱容Cp1/（kJ.kg-1.℃） 1.151
入口焓值hy1（kJ.kg-1） 460.4
平均質流量Gy（kg.kg-1） 1500
入口熱焓Q1（kJ.kg-1） 6.91×106
排煙溫度ty2/℃ 220
煙氣出口平均比熱容Cp2/（kJ.kg-1.℃） 1.102

表2 熱平衡計算

名稱 參數
煙氣出口焓值hy2 242.44
排煙帶走的熱焓Q2/（kJ.kg-1） 3.64×106
散熱損失Q3/(kg.h-1) 0.28×106
余熱鍋爐有效利用熱Q1/（kJ.kg-1） 2.99×106
蒸汽溫度tb/℃ 151.7
蒸汽焓值hq/（kJ.kg-1） 2747.2
給水焓值hs/（kJ.kg-1） 84
鍋爐排污率p/% 5
排污水焓值hp/（kJ.kg-1） 639
產生1kg蒸汽所需吸熱量q/（kJ.kg-1） 2690
余熱鍋爐產生蒸汽量D/(t.h-1) 1.11

2.2 特性
熱管余熱鍋爐在設計原理上，結合水管鍋爐的煙氣流經管外，通過外翅片強化傳熱的長處和火管鍋爐水在汽包中穩定沸騰的優點。因此結構緊湊，經濟性好，從成本_效率角度來看，比其他型式的熱回收裝置更為合理。由於煙氣側的熱管一端裝有翅片，強化了傳熱，加之熱管極其有效的傳熱特性，使熱管余熱鍋爐比普通余熱鍋爐效率高50%,而壓降卻小50%.在同等性能基礎上相比，前者的重量和佔地空間均為後者的一半。在結構設計上，每個熱管是獨立安裝的，互不相連。這樣不僅使裝拆和更換方便，而且個別管子損壞，亦不必停車，因為工藝氣流與蒸汽產生區是完全隔離的。並且，熱管余熱鍋爐由於本身所具有的傳熱效率高，結構緊湊，尺寸小、重量輕，蒸汽與熱源之間有雙重隔離，熱應力顯著減小，阻力小、壓降低，維修方便，安全可靠等特點，可以將管壁溫度控制在硫化物露點之上，所以低溫回收成為可能。

C. 工業鍋爐余熱回收利用

熱管余熱回收裝置工作原理:

熱管是余熱回收裝置的主要熱傳導元件，與普通的熱交換器有著本質的不同。熱管余熱回收裝置的換熱效率可達98％以上，這是普通熱交換器無法比擬的。

熱管余熱回收裝置體積小，只是普通熱交換器的1/3。其工作原理如下圖所示：左邊為煙氣通道，右邊為清潔空氣（水或其它介質）通道，中間有隔板分開互不幹擾。高溫煙氣由左邊通道排放，排放時高溫煙氣沖刷熱管，當煙氣溫度＞30℃時，熱管被激活便自動將熱量傳導至右邊，這時熱管左邊吸熱，高溫煙氣流經熱管後溫度下降，熱量被熱管吸收並傳導至右邊。常溫清潔空氣（水或其它介質）在鼓風機作用下，沿右邊通道反方向流動沖刷熱管，這時熱管右邊放熱，將清潔空氣（水或其它介質）加熱，空氣流經熱管後溫度升高。

三、熱管余熱回收裝置的性能特點:

1、安全可靠性高：

常規的換熱設備一般都是間壁換熱，冷熱流體分別在器壁的兩側流過，如管壁或器壁有泄露，則將造成停產損失。熱管余熱回收器則是二次間壁換熱，即熱流要通過熱管的蒸發段管壁和冷凝段管壁才能傳到泠流體。

2、熱管余熱回收器傳熱效率高，節能效果顯著。

3、熱管余熱回收器具有良好的防腐蝕能力

熱管管壁的溫度可以調節，可以通過適當的熱流變換把熱管管壁溫度調整在低溫流體的露點之上，從而可防止露點腐蝕，保證設備的長期運行。由於避開煙氣露點，使灰塵不易粘結於肋片和管壁上。同時熱管在導熱時會產生自振動，使灰不易粘附在管壁和翅片上，因而不會堵灰。

4、安裝及結構布置靈活:

熱管余熱回收器的安裝無需改變原工藝系統,結構設計和位置布置非常靈活,可適應各種復雜的場合。

5、使用壽命長：

使用壽命在10年以上，單根熱管可拆卸更換，維護簡單成本低。

6、投資回收期短：

D. 工業余熱供熱的介紹

以環境溫度為基準，被考察體系排出的熱載體可釋放的熱稱為余熱。利用從工業設備回收的余熱作為熱源的城市集中供熱方式。多數耗能設備，如原動機、加熱爐等，都只利用了熱能中的一小部分。回收一部分本來廢棄不用的工業余熱進行集中供熱，能節約一次能源，提高經濟效益，減少污染。

E. 工業余熱供熱的原理介紹

工業余熱主要是指工業企業的工藝設備在生產過程中排放的廢熱、廢水、廢氣等低品位能源，利用余熱回收技術將這些低品位能源加以回收利用，提供工藝熱水或者為建築供熱、提供生活熱水。
該技術的應用不僅減少了工業企業的污染排放，還大幅度降低了工業企業原有的能源消耗。

F. 產生大量工業余熱的行業有哪些

可以說是冶金行業最多，現在國家提倡節能減排，冶金行業不少的工序都可以被余熱回收利用。比如燒結余熱、煉鋼余熱、煉鐵沖渣余熱、軋鋼余熱回收
主要能用於發電的工業余熱有：干熄焦余熱發電、燒結余熱發電、玻璃行業余熱發電、有色金屬行業余熱發電、水泥窯余熱發電、垃圾焚燒余熱等

G. 怎樣將余熱資源回收利用

在余熱回收利用中，需特別考慮下述幾個方面。

(1)為了利用余熱，不但要添加相應的回收裝置，需要支出一筆投資，而且還要加大佔地面積，增加運行管理環節。因為，在能源管理中，企業的注意力首先要放在提高現有設備的效率上，盡量減少能量損失，絕不要把回收余熱建立在大量浪費能源的基礎之上。如果企業單位回收損失能量，而不去發揮現有設備的運用效率是無法長遠發展的。

(2)余熱資源很多，不是全部都可以回收利用，余熱回收本身也還有個損失問題。在目前的技術和經濟條件下，一部分是應該而且可以利用的，另一部分目前還難以利用，或利用起來不合算。而且現在回收余熱還沒有一個標准，所以要完全實施是非常困難的。一般地說，可連續利用的高溫煙道氣，有燃燒價值的可燃氣體等可優先考慮回收的可能性。

(3)余熱的用途從工藝角度來看基本上有兩類：一類是用於工藝設備本身；另一類是用於其他工藝設備。通常都是把余熱用於生產工藝本身。一方面回收措施往往比較簡單，投資較少；另一方面，在余熱供需之間便於協調和平衡，容易穩定運行。例如，鍋爐的高溫煙道氣要加熱鍋爐本身使用的燃料(煤、油、氣)，預熱燃燒用的空氣。或者加熱鍋爐給水時，只要鍋爐正常運行，余熱回收就不會停止，余熱利用就連續進行，鍋爐回收裝置都可穩定地工作；當鍋爐停止運行時，余熱的回收與利用也隨之停止了。這種方法被許多電站和企業都重用了。

而如果把余熱回收用在其他工藝設備上，回收與利用一定要配合好，因為它不容易儲存，甚至不能儲存。這是因為，余熱的多少隨余能發生設備的運行條件而變化，余熱供應一般不太穩定；發生能量需求變化時，余熱發生設備不能隨之變化，即余熱回收與利用無法保持同步。例如，余熱鍋爐就是這樣，為了提高回收效果常採取兩種方法：一種是把余熱鍋爐作為輔助鍋爐來使用，用主鍋爐來進行調節；另一種是余熱發電，利用電網起調節作用，我國不少企業就是這樣做的。

化肥生產余熱回收

化肥企業「半水煤氣」溫度在350℃左右，余熱回收時使用普通廢熱鍋爐存在嚴重的堵、腐、漏、磨問題，設備壽命短，長的一年，短的幾個月，嚴重時甚至造成系統停車損失。熱管余熱鍋爐的應用，成功地解決了上述問題，用戶普遍反映阻力小、熱效率高、使用壽命長，運行穩定可靠，使化肥企業「兩煤變一煤」成為現實。

化工生產余熱回收

無機化工生產中，利用煤氣做乾燥、鍛燒熱源生產工藝較多，如磷酸鹽中五鈉聚合工段、冰晶石煅燒、白炭黑乾燥等，在這些工藝中，都要求氣源盡可能幹凈。煤制氣傳統工藝是：煤、水、空氣反應生成煤氣，經雙束管洗滌、降溫，再經洗滌塔洗滌，然後除焦脫硫後，才可使用。

此工藝中，不僅煤氣中的顯熱白白洗掉，還浪費了水電。江蘇某磷化工企業對一台煤氣爐進行了余熱利用改造。改造中，只在雙束管前加一台熱管余熱鍋爐，煤氣先回收余熱降溫後再進雙束管，其他不變。該煤氣爐直徑3000毫米，產氣量5000～6000牛頓立方米，煤氣溫度350～550℃，回收的熱量產生0.4兆帕的飽和蒸汽，用於乾燥熱源。經實測產汽500～900千克，三四個月即可收回投資。

工業窯爐余熱回收

國內水玻璃傳統工藝是煤氣做熱源，純鹼和石英砂為原料，煅燒後產生350℃左右尾氣直接排放。石家莊某廠制定了改造方案，在原煙道上加一閘板，增加一旁路煙道並安裝余熱鍋爐，回收的熱量供採暖和洗浴，取得了顯著效果。

在無機化工生產中，還有很多可利用熱能白白耗掉，如鋇鍶鹽煅燒尾氣(溫度500℃～600℃)、石灰窯尾氣、五鈉聚合爐尾氣等，這些腐蝕性高灰尾氣均適合應用熱管技術，從而可實現節能降耗，減少污染。

蒸汽的回收利用

蒸汽是由鍋爐生產的，由水到蒸汽的過程可以近似地看成一個連續的定壓加熱過程。對於過熱蒸汽可分為三個階段：一是水的定壓預熱過程，不飽和水加熱到飽和水：二是水的定壓汽化過程，從飽和水加熱到完全飽和蒸汽；三是飽和蒸汽的定壓加熱過程，從飽和蒸汽加熱到更高溫度的過熱蒸汽。

在一個標准大氣壓下，水被加熱到100℃時汽化，繼續加熱，水溫不再變化，此時加入的熱量全部轉化到蒸汽當中。在熱力學中把這兩部分熱量分別稱為顯熱和汽化潛熱。1千克水每升高1℃，需要加入的熱量大約是4.2千焦，這部分熱量叫顯熱。水從常溫20℃加熱到100℃，吸熱量大約是340千焦。水在100℃時沸騰，此時獲得的熱量使水轉變為蒸汽，1千克水轉化為蒸汽需要輸入的熱量是2257千焦。這部分熱量稱為汽化潛熱(或相變潛熱)。可見一個大氣壓條件下汽化潛熱比水的顯熱能量高得多。蒸汽所攜帶的總熱量遠大於同溫度下飽和水包含的熱量。若再繼續加熱，蒸汽溫度又會上升，飽和蒸汽變成了過熱蒸汽。

從水蒸氣的生成過程可以看到：壓力越高，飽和蒸汽溫度也越高；過熱度越大，過熱蒸汽的溫度也越高。壓力和溫度是表徵蒸汽特性的主要參數，參數越高，蒸汽的品位越高，做功能力越大。

蒸汽還有這樣一個特性，就是用過以後還可繼續使用，用的次數越多，能量的利用就越充分。因此，使用蒸汽的熱力設備，要根據蒸汽的壓力和溫度合理使用。品位較高的蒸汽，盡量多次利用，以發揮蒸汽的效能。例如，把參數較高的蒸汽，先用來背壓發電，再去帶動工業汽輪機做功，然後再加熱產品或物料，最後用於蒸煮或供暖、供熱水等。高溫蒸汽只用於一般加熱過程，就大材小用了。所以，為了有效地利用蒸汽，要根據不同的需要選擇合適的蒸汽參數，用過的蒸汽不要輕易排掉，應想方設法繼續使用，最好直到無法利用為止，盡量做到一汽多用的目的。有的企業改革了動力工藝，分級使用蒸汽，使高壓蒸汽兩次通過背壓式汽輪機，再去用它加熱，最後用於蒸煮，一汽四用。我國引進的大型化肥設備能源利用率很高，除了設備先進，自動化管理水平高之外，還有一個重要原因，就是充分利用化學反應熱和蒸汽能量。利用化學反應熱生產的蒸汽先進入高壓工業汽輪機，接著帶動中壓工業汽輪機與背壓汽輪發電機，然後再用於各種加熱工藝，這套設備的噸氨能耗和電耗都比我國普遍設備節能得多。

蒸汽回收設備選擇

余熱的利用方式有兩種：一種是熱利用，即把余熱當做熱源來使用；另一種是動力利用，即把余熱通過動力機械轉換為機械能輸出對外做功。余熱與能量具有相同特性，可以相互轉換，取得機械能、電能、熱能、光能等，以滿足各種不同的用途。

在動力利用方面，主要是通過蒸汽、燃氣、水力等設備帶動水泵。風機、壓縮機等直接對外做功，或帶動發電機轉換為電力。

在熱利用方面，可通過燃燒器、換熱器、加熱器等設備去預熱燃料、空氣、物料，乾燥物品，加熱給水，生產蒸汽，供應熱水等。

但是余熱的動力回收和熱利用都離不開換熱設備。因此各種類型的熱交換器乃是余熱利用最主要和最基本的設備，按其用途來看，有餘熱鍋爐、加熱器(水、油或其他介質)、冷卻器、冷凝器、空氣預熱器、蒸煮器、蒸發器、蒸餾器、乾燥器等等。按其工作原理來看，最常用的是表面式(亦稱間壁式)換熱器、混合式(亦稱直接接觸式)換熱器，以及蓄熱器(亦稱再生式)換熱器，此外還有熱管式換熱器、熱泵系統等，這是近年來正在開發應用的一種新型高效換熱器，它具有很高的傳熱性能及其他一系列優點，是傳統換熱器的強大競爭對手，具有很大發展前途和生命力。

H. 請問鋼鐵和化工工業的低溫余熱溫度大概在什麼范圍可以利用嗎具體方法有哪些呢

呵！問的是個大課題。

I. 工業余熱150度以下的低品位余熱如何利用聽說天加熱能通過ORC透平膨脹機80度-150度余熱資源可發電

理論上講150度以下的低品位余熱也是可以利用的，關鍵是看利用的效率和投入比是多大，回報率多高；
目前國內在低溫汽輪機技術方面並沒有非常高端的技術，比發達國家相差很遠，即使如此，國外也沒有太廣范的低溫技術運用，最終還是受到投資回報率的限制，但作為技術研究方向確實是好的。
國內對於150度以下的低品位余熱應用主要還是在工質初期加熱方面，簡稱省煤器。

J. 關於工業煙氣余熱回收技術的知識

節能工作滲透在生產生活的方方面面，其中工業余熱利用就是節能工作中非常重要的一部分。我國工業余熱資源豐富，但余熱回收利用效率低下，其中尤以中、低溫煙氣余熱利用節能潛力巨大。節能是繼煤炭、天然氣及石油、水電、核能之後的又一重要能源，在我國日益緊張的能源形勢中發揮著不可替代的作用，且節能作為一種清潔能源，對緩解工業發展帶來的環境污染問題，更有著不可磨滅的功績。更多餘熱回收方面信息可訪問：http://www.sangtown.com