工业余热如何利用

‘壹’ 工业余热供热的介绍

以环境温度为基准，被考察体系排出的热载体可释放的热称为余热。利用从工业设备回收的余热作为热源的城市集中供热方式。多数耗能设备，如原动机、加热炉等，都只利用了热能中的一小部分。回收一部分本来废弃不用的工业余热进行集中供热，能节约一次能源，提高经济效益，减少污染。

‘贰’ 关于工业烟气余热回收技术的知识

节能工作渗透在生产生活的方方面面，其中工业余热利用就是节能工作中非常重要的一部分。我国工业余热资源丰富，但余热回收利用效率低下，其中尤以中、低温烟气余热利用节能潜力巨大。节能是继煤炭、天然气及石油、水电、核能之后的又一重要能源，在我国日益紧张的能源形势中发挥着不可替代的作用，且节能作为一种清洁能源，对缓解工业发展带来的环境污染问题，更有着不可磨灭的功绩。更多余热回收方面信息可访问：http://www.sangtown.com

‘叁’ 工业锅炉余热回收利用

热管余热回收装置工作原理:

热管是余热回收装置的主要热传导元件，与普通的热交换器有着本质的不同。热管余热回收装置的换热效率可达98％以上，这是普通热交换器无法比拟的。

热管余热回收装置体积小，只是普通热交换器的1/3。其工作原理如下图所示：左边为烟气通道，右边为清洁空气（水或其它介质）通道，中间有隔板分开互不干扰。高温烟气由左边通道排放，排放时高温烟气冲刷热管，当烟气温度＞30℃时，热管被激活便自动将热量传导至右边，这时热管左边吸热，高温烟气流经热管后温度下降，热量被热管吸收并传导至右边。常温清洁空气（水或其它介质）在鼓风机作用下，沿右边通道反方向流动冲刷热管，这时热管右边放热，将清洁空气（水或其它介质）加热，空气流经热管后温度升高。

三、热管余热回收装置的性能特点:

1、安全可靠性高：

常规的换热设备一般都是间壁换热，冷热流体分别在器壁的两侧流过，如管壁或器壁有泄露，则将造成停产损失。热管余热回收器则是二次间壁换热，即热流要通过热管的蒸发段管壁和冷凝段管壁才能传到泠流体。

2、热管余热回收器传热效率高，节能效果显着。

3、热管余热回收器具有良好的防腐蚀能力

热管管壁的温度可以调节，可以通过适当的热流变换把热管管壁温度调整在低温流体的露点之上，从而可防止露点腐蚀，保证设备的长期运行。由于避开烟气露点，使灰尘不易粘结于肋片和管壁上。同时热管在导热时会产生自振动，使灰不易粘附在管壁和翅片上，因而不会堵灰。

4、安装及结构布置灵活:

热管余热回收器的安装无需改变原工艺系统,结构设计和位置布置非常灵活,可适应各种复杂的场合。

5、使用寿命长：

使用寿命在10年以上，单根热管可拆卸更换，维护简单成本低。

6、投资回收期短：

‘肆’ 工业余热供热的工业余热供热的热源

①从各种工艺设备排出的高温烟气。例如冶金炉、加热炉、工业窑炉、燃料气化装置等，都有大量高温烟气排出。通常将高温烟气引入余热锅炉，产生蒸汽后送往热网供热。余热锅炉型式有火管锅炉、自然循环和强制循环的水管锅炉。由于余热锅炉前的燃烧设备工况不甚稳定，烟气中含尘量大，因而，要求锅炉的金属材料对于热负荷或烟气温度的突然变化具有较好的适应性，并能耐含尘烟气的冲刷和腐蚀。余热利用的经济性，通常随烟气量的增大而提高。烟气量少时，即使初温很高，也不一定经济合理。
②工艺设备的冷却水。中国一些钢铁企业利用焦化厂初冷循环水余热，进行较大范围的集中供热，取得了良好的效果。焦炉产生的荒煤气经列管式初冷器被水冷却，冷却水升温至50～55°C，用作热网循环水。例如鞍山、本溪等城市利用这种余热供热的建筑面积都已超过120万平方米 。
炼铁高炉的冲渣水和泡渣水等工业余热，近年来也被利用于城市供热。高炉渣是炼铁过程的产物，可采用炉前水力冲渣或渣罐泡渣等方法处理。冲渣水或泡渣水吸热以后，可作循环水供热，如北京石景山钢铁厂已向50万米(左右的建筑物提供这种工业余热蒸汽锻锤的废蒸汽是小型集中供热的一种热源，一般用以满足本厂及住宅区的生活用热。这种废蒸汽量的波动较大，需要时可采用蓄热器进行负荷调节。

‘伍’ 怎样将余热资源回收利用

在余热回收利用中，需特别考虑下述几个方面。

(1)为了利用余热，不但要添加相应的回收装置，需要支出一笔投资，而且还要加大占地面积，增加运行管理环节。因为，在能源管理中，企业的注意力首先要放在提高现有设备的效率上，尽量减少能量损失，绝不要把回收余热建立在大量浪费能源的基础之上。如果企业单位回收损失能量，而不去发挥现有设备的运用效率是无法长远发展的。

(2)余热资源很多，不是全部都可以回收利用，余热回收本身也还有个损失问题。在目前的技术和经济条件下，一部分是应该而且可以利用的，另一部分目前还难以利用，或利用起来不合算。而且现在回收余热还没有一个标准，所以要完全实施是非常困难的。一般地说，可连续利用的高温烟道气，有燃烧价值的可燃气体等可优先考虑回收的可能性。

(3)余热的用途从工艺角度来看基本上有两类：一类是用于工艺设备本身；另一类是用于其他工艺设备。通常都是把余热用于生产工艺本身。一方面回收措施往往比较简单，投资较少；另一方面，在余热供需之间便于协调和平衡，容易稳定运行。例如，锅炉的高温烟道气要加热锅炉本身使用的燃料(煤、油、气)，预热燃烧用的空气。或者加热锅炉给水时，只要锅炉正常运行，余热回收就不会停止，余热利用就连续进行，锅炉回收装置都可稳定地工作；当锅炉停止运行时，余热的回收与利用也随之停止了。这种方法被许多电站和企业都重用了。

而如果把余热回收用在其他工艺设备上，回收与利用一定要配合好，因为它不容易储存，甚至不能储存。这是因为，余热的多少随余能发生设备的运行条件而变化，余热供应一般不太稳定；发生能量需求变化时，余热发生设备不能随之变化，即余热回收与利用无法保持同步。例如，余热锅炉就是这样，为了提高回收效果常采取两种方法：一种是把余热锅炉作为辅助锅炉来使用，用主锅炉来进行调节；另一种是余热发电，利用电网起调节作用，我国不少企业就是这样做的。

化肥生产余热回收

化肥企业“半水煤气”温度在350℃左右，余热回收时使用普通废热锅炉存在严重的堵、腐、漏、磨问题，设备寿命短，长的一年，短的几个月，严重时甚至造成系统停车损失。热管余热锅炉的应用，成功地解决了上述问题，用户普遍反映阻力小、热效率高、使用寿命长，运行稳定可靠，使化肥企业“两煤变一煤”成为现实。

化工生产余热回收

无机化工生产中，利用煤气做干燥、锻烧热源生产工艺较多，如磷酸盐中五钠聚合工段、冰晶石煅烧、白炭黑干燥等，在这些工艺中，都要求气源尽可能干净。煤制气传统工艺是：煤、水、空气反应生成煤气，经双束管洗涤、降温，再经洗涤塔洗涤，然后除焦脱硫后，才可使用。

此工艺中，不仅煤气中的显热白白洗掉，还浪费了水电。江苏某磷化工企业对一台煤气炉进行了余热利用改造。改造中，只在双束管前加一台热管余热锅炉，煤气先回收余热降温后再进双束管，其他不变。该煤气炉直径3000毫米，产气量5000～6000牛顿立方米，煤气温度350～550℃，回收的热量产生0.4兆帕的饱和蒸汽，用于干燥热源。经实测产汽500～900千克，三四个月即可收回投资。

工业窑炉余热回收

国内水玻璃传统工艺是煤气做热源，纯碱和石英砂为原料，煅烧后产生350℃左右尾气直接排放。石家庄某厂制定了改造方案，在原烟道上加一闸板，增加一旁路烟道并安装余热锅炉，回收的热量供采暖和洗浴，取得了显着效果。

在无机化工生产中，还有很多可利用热能白白耗掉，如钡锶盐煅烧尾气(温度500℃～600℃)、石灰窑尾气、五钠聚合炉尾气等，这些腐蚀性高灰尾气均适合应用热管技术，从而可实现节能降耗，减少污染。

蒸汽的回收利用

蒸汽是由锅炉生产的，由水到蒸汽的过程可以近似地看成一个连续的定压加热过程。对于过热蒸汽可分为三个阶段：一是水的定压预热过程，不饱和水加热到饱和水：二是水的定压汽化过程，从饱和水加热到完全饱和蒸汽；三是饱和蒸汽的定压加热过程，从饱和蒸汽加热到更高温度的过热蒸汽。

在一个标准大气压下，水被加热到100℃时汽化，继续加热，水温不再变化，此时加入的热量全部转化到蒸汽当中。在热力学中把这两部分热量分别称为显热和汽化潜热。1千克水每升高1℃，需要加入的热量大约是4.2千焦，这部分热量叫显热。水从常温20℃加热到100℃，吸热量大约是340千焦。水在100℃时沸腾，此时获得的热量使水转变为蒸汽，1千克水转化为蒸汽需要输入的热量是2257千焦。这部分热量称为汽化潜热(或相变潜热)。可见一个大气压条件下汽化潜热比水的显热能量高得多。蒸汽所携带的总热量远大于同温度下饱和水包含的热量。若再继续加热，蒸汽温度又会上升，饱和蒸汽变成了过热蒸汽。

从水蒸气的生成过程可以看到：压力越高，饱和蒸汽温度也越高；过热度越大，过热蒸汽的温度也越高。压力和温度是表征蒸汽特性的主要参数，参数越高，蒸汽的品位越高，做功能力越大。

蒸汽还有这样一个特性，就是用过以后还可继续使用，用的次数越多，能量的利用就越充分。因此，使用蒸汽的热力设备，要根据蒸汽的压力和温度合理使用。品位较高的蒸汽，尽量多次利用，以发挥蒸汽的效能。例如，把参数较高的蒸汽，先用来背压发电，再去带动工业汽轮机做功，然后再加热产品或物料，最后用于蒸煮或供暖、供热水等。高温蒸汽只用于一般加热过程，就大材小用了。所以，为了有效地利用蒸汽，要根据不同的需要选择合适的蒸汽参数，用过的蒸汽不要轻易排掉，应想方设法继续使用，最好直到无法利用为止，尽量做到一汽多用的目的。有的企业改革了动力工艺，分级使用蒸汽，使高压蒸汽两次通过背压式汽轮机，再去用它加热，最后用于蒸煮，一汽四用。我国引进的大型化肥设备能源利用率很高，除了设备先进，自动化管理水平高之外，还有一个重要原因，就是充分利用化学反应热和蒸汽能量。利用化学反应热生产的蒸汽先进入高压工业汽轮机，接着带动中压工业汽轮机与背压汽轮发电机，然后再用于各种加热工艺，这套设备的吨氨能耗和电耗都比我国普遍设备节能得多。

蒸汽回收设备选择

余热的利用方式有两种：一种是热利用，即把余热当做热源来使用；另一种是动力利用，即把余热通过动力机械转换为机械能输出对外做功。余热与能量具有相同特性，可以相互转换，取得机械能、电能、热能、光能等，以满足各种不同的用途。

在动力利用方面，主要是通过蒸汽、燃气、水力等设备带动水泵。风机、压缩机等直接对外做功，或带动发电机转换为电力。

在热利用方面，可通过燃烧器、换热器、加热器等设备去预热燃料、空气、物料，干燥物品，加热给水，生产蒸汽，供应热水等。

但是余热的动力回收和热利用都离不开换热设备。因此各种类型的热交换器乃是余热利用最主要和最基本的设备，按其用途来看，有余热锅炉、加热器(水、油或其他介质)、冷却器、冷凝器、空气预热器、蒸煮器、蒸发器、蒸馏器、干燥器等等。按其工作原理来看，最常用的是表面式(亦称间壁式)换热器、混合式(亦称直接接触式)换热器，以及蓄热器(亦称再生式)换热器，此外还有热管式换热器、热泵系统等，这是近年来正在开发应用的一种新型高效换热器，它具有很高的传热性能及其他一系列优点，是传统换热器的强大竞争对手，具有很大发展前途和生命力。