眾所周知，能源是關系國計民生、與日常生活息息相關的大問題。但我國目前的能源利用模式和能源利用技術還不能適應經濟社會快速發展的要求，供需矛盾日益突出。鑒于能源供需緊張的現狀和現階段工業余熱大量過剩及利用率低等各種問題，大力開展工業余熱的有效利用不失為可持續發展的一大戰略途徑。

 

  1工業余熱的來源和分類

 

  1.1工業余熱簡介 工業余熱來源于各種工業爐窯、熱能動力裝置、熱能利用設備、余熱利用裝置和各種有反應熱產生的化工過程等。目前，各行業的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17％～67％，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60％。合理充分利用工業余熱可以降低單位產品能耗，取得可觀的經濟效益。1.2工業余熱的分類 工業余熱按其能量形態可以分為三大類，即可燃性余熱、載熱性余熱和有壓性余熱。

 

  1.2.1 可燃性余熱 可燃性余熱是指能用工藝裝置排放出來的、具有化學熱值和物理顯熱，還可作燃料利用的可燃物，即排放的可燃廢氣、廢液、廢料等，如放散的高爐氣、焦爐氣、轉爐氣、油田伴生氣、煉油氣、礦井瓦斯、炭黑尾氣、紙漿黑液、甘蔗渣、木屑、可燃垃圾等。

 

  1.2.2 載熱性余熱 常見的大多數余熱是載熱性余熱，它包括排出的廢氣和產品、 物料、廢物、工質等所帶走的高溫熱以及化學反應熱等，如鍋爐與窯爐的煙道氣，燃氣輪機、內燃機等動力機械的排氣，焦炭鋼鐵鑄件、水泥、爐渣的高溫顯熱，凝結水、冷卻水、放散熱風等帶走的顯熱，以及排放的廢氣潛熱等。1.2.3 有壓性余熱 有壓性余熱通常又叫余壓（能），它是指排氣、排水等有壓液體的能量。另外，因為工業余熱的溫度是衡量其質量（品位）的重要標尺，而其溫度的高低亦影響了余熱回收利用的方式，所以余熱也通常按溫度高低分為：高溫余熱，T≥650℃；中溫余熱，230℃≤T＜650℃；低溫余熱，T＜230℃。2 工業余熱一般利用途徑 2.1 余熱的直接利用 余熱的直接利用是最常見的回收利用方式。具體的應用領 域有：

 

  （1）預熱空氣。利用加熱爐高溫排煙預熱其本身所需空氣，以提高燃料效率，節約燃料消耗。

 

  （2）干燥。利用工業生產過程的排氣來干燥加工零部件和材料，如鑄工車間的鑄砂模型等；還可以干燥天燃氣、沼氣等燃料。在醫學上，工業余熱還能用來干燥醫用機械。

 

  （3）生產熱水和蒸汽。利用低溫余熱來產生70℃～80℃或更高、更低溫度的熱水和低壓蒸汽，供應生產工藝和生活的不同需求。

 

  （4）制冷或供熱。利用低溫余熱來加熱吸收式制冷機的蒸發器，或作為熱泵的低溫熱源，達到制冷或供熱的目的。 國外對余熱的直接利用已經開展得比較成熟。RTugrulOgulata等設計了一種熱量回收系統，以用于紡織行業中紡織品的烘干過程。在紡織品烘干過程中，被用來干燥的空氣溫度升高，濕度增加并且被一些灰塵以及化學物質所污染，因此不能用于再次干燥。在傳統工業中，這些“廢氣”會被直接排放到大氣中，其中的熱量就被浪費掉。Ogulata設計了一種廢氣循環系統，運用同流換熱器，將用過的高溫、高濕的廢氣對紡織品進行預熱，并循環利用，很好地降低了能耗。2.2 余熱的動力回收 對于中高溫余熱，最好使其產生動力，直接作用于水泵、風機、壓縮機，或帶動發電機發電。例如，各種工業窯爐和動力機械的排煙溫度大都在500℃以上，甚至達1000℃左右，可裝設余熱鍋爐產生蒸汽，推動汽輪機產生動力或發電；對于中溫余熱，為提高動力回收的效率，宜采用低沸點介質（如正丁烷F－114等），按朗肯循環進行能量轉換，達到余熱動力回收的目的。

 

  2.3 余熱的綜合利用 余熱的綜合利用方式是根據工業余熱溫度的高低而采取不同的方法，以做到“熱盡其用”，因而它是最有效的利用余熱的途徑。例如， 利用高溫余熱產生的蒸汽，通過供熱機組取得熱電合供的效果；利用有一定壓力的高溫廢氣，先通過燃氣輪機做功，再利用其排氣通過余熱鍋爐產生蒸汽，進入汽輪機做功，形成燃氣—蒸汽聯合循環，以提高余熱的利用效率，加之使用汽輪機抽氣或排氣供熱，余熱經多次利用，就更擴大了其回收利用的效果。

 

  在余熱回收利用系統中，若采用熱泵技術，可進一步提高余熱的能級和利用效果，SSpoelstra等人對使用高溫熱泵回收的工業廢熱進行了研究。他們改良升級了異丙醇熱泵和鹽/氨水混合蒸汽熱泵這兩種可用于廢熱利用的系統，并分別進行了模擬實驗，其結果表明：前者具有更高的焓效率和COP，且無副產品的形成，因而能更有效地回收利用余熱，其平均內部收益率（IRR）達到了14％。

 

  3 工業余熱利用現狀實例分析

 

  3.1 熱量的直接利用實例分析 哈爾濱卷煙廠能源科近幾年對余熱利用做了大量工作。哈 爾濱卷煙廠余熱主要來自制絲生產過程中的帶壓凝結水和部分乏汽，余熱的直接利用是以此乏汽回水為熱源，以鍋爐蒸汽為補充熱源，通過熱交換，提供廠房和辦公樓的采暖及全廠職工洗澡，從而到達節能目的。 系統中包括回水二次蒸發箱、板式汽（水）—水換熱器、套管式水—水換熱器、冷凝水箱及輔助設備。

 

  廠區所有的回水回歸到集汽水缸，然后進入二次蒸發箱迅速降壓并產生二次蒸汽和凝結水。正常工作時，含汽凝結水由集汽水缸流出，沿切線方向進入二次蒸發箱，由于旋轉運動造成的離心分離作用使凝結水沿二次蒸發箱向下流出，進入套管式水—水換熱器，而分離出來的二次蒸汽由凝水面向上方引出進入汽—水換熱器；由二次蒸發箱上部引出的二次蒸汽分別進入

 

  3臺板式汽—水換熱器，經換熱后的熱水大約在85℃，可滿足采暖供熱需求；由二次蒸發箱下部引出的高溫凝結水經設在加熱水箱內的套管式水—水換熱器將水箱冷水加熱，由水泵送至職工浴池，每天可供全廠2000名職工洗澡；經過汽—水熱交換后的冷凝水最后回歸冷凝水箱回收，再由水泵打回鍋爐。

 

  3.2 余熱的動力回收實例分析 安徽省寧國水泥廠提供一套先進、成熟、可靠的低溫余熱發電設備，安裝在寧國水泥廠4000t/d水泥生產線上，發電機組裝機容量為6480kW，設計年發電量為4087萬kWh，單位熟料發電能力為33.88kWh/t。該項技術使水泥生產中大量的中、低溫余熱得到了充分利用。水泥廠余熱資源的特點是流量大、品位低。針對上述特點，在熱力系統設計時采取如下措施：

 

  （1）采用減速式兩點混汽式汽輪機，可利用參數較低的主蒸汽及從閃蒸器出來的飽和蒸汽發電。

 

  （2）設置具有專利技術的余熱鍋爐———預熱器鍋爐、冷卻機鍋爐和一臺高壓閃蒸器及一臺低壓閃蒸器，充分利用余熱資源，應用熱水閃蒸技術閃蒸出來的飽和蒸汽混入汽輪機做功。預熱器鍋爐和冷卻機鍋爐的特點見表1。冷卻機鍋爐省煤器段出水分3路：一路直接進冷卻機鍋爐汽包，一路作為預熱器鍋爐汽包的給水，另外一路進入高壓閃蒸器。

 

  （3）高壓閃蒸器出水作為低壓閃蒸器的給水（即二級閃蒸系統），兩股閃蒸飽和汽分別進入汽輪機做功，而低壓閃蒸器出水又重新泵回冷卻機鍋爐省煤器。這樣，冷卻機鍋爐省煤器段的工質流量比鍋爐后段增大數倍，冷熱流體熱容量相當，可防止出現局部溫差過小，甚至造成局部反傳熱而影響傳熱效果，從而保證廢氣余熱的充分利用，使出爐煙氣溫度降至90℃左右。

 

  （4）對現有冷卻機進行了廢氣二次循環改造，以提高入爐廢氣溫度，減少廢氣流量。在縮小冷卻機鍋爐體積的同時，增大了換熱量，且提高了整個系統的熱能品位。

 

  （5）由于預熱器出口廢氣還要用于烘干原料，所以預熱器鍋爐不設省煤器，只設蒸發器和過熱器，從而使出爐煙溫度達250℃，仍可用原料烘干。3.3 余熱的綜合利用實例分析 余熱的綜合利用是最有效的利用余熱的途徑。現在工業上，沼氣余熱的綜合利用是最常見、 最有效的。下面以大型養殖基地周邊沼氣廠的余熱綜合利用為例，分兩種方案加以分析。 方案一：沼氣發電廠如果靠近居民生活區，或者養殖基地本身有空調和采暖的實際需要，余熱可以在夏天通過熱水型溴化鋰吸收式冷水機組為建筑供冷，冬天通過水—水熱交換器產生熱水為建筑供暖，過渡季節可以帶動余熱鍋爐為工業或生活提供熱水或蒸汽。對農業示范基地而言，溫室大棚內部都需要保持一定的溫度，以促進農作物的生長。常用的做法是：在溫室內加裝散熱器，或者鋪設地熱盤管，使其成為溫室內的供暖系統。剩余的熱量可以為溫室的供暖系統提供熱量，以促進植物生長。

 

  方案二：禽肉加工業的發展必然要用到生產性冷庫，所以在遠距離輸送冷量和熱量不經濟的情況下，可以使用發電余熱作為冷庫的動力，剩余的熱量還可以提供給諸如屠宰場等生產環節。余熱驅動的氨吸收式制冷機組具有溫室氣體排量低、環保、能源利用率高等特點，在冷庫制冷系統中得到了廣泛的應用。

 

  4工業余熱回收最新技術 近年來，工業余熱的利用方法越來越多元化，越來越來高 效，涌現了很多余熱回收利用的新型裝置和技術。

 

  4.1 熱輪 熱輪由多孔和高比熱容量的材料制成，有轉盤式和轉鼓式兩種結構型式。當熱輪的轉盤或轉鼓低速旋轉時， 熱氣體的熱量傳遞給熱輪；若熱輪繼續旋轉，它便將所獲得的熱量傳遞給進入的冷空氣。熱輪的熱傳遞效率現已達到75％～80％，應用溫度也可達870℃左右。由于熱輪結構的原因， 會有少量的廢氣進入氣管內，因而產生一定程度的污染。若污染量超過許可限度，則可附加清洗段來減少污染程度。熱輪一般用于采暖和低溫、中溫廢熱的回收，以及干燥爐、養護爐和空氣的預熱器中。

 

  4.2 熱管 熱管是一種良好的新型工業廢熱利用設備，它具有結構簡單、不存在交叉污染等特點。最普通的熱管是由一密封的管狀容器組成，器壁具有毛細芯結構材料，該管狀容器充以蒸發液體。熱管的作用是基于蒸發—冷凝循環原理。毛細芯結構材料的作用如同泵一樣，它將冷凝流體送回熱輸入端，由廢熱使熱管的液體工質蒸發，蒸發的潛熱隨蒸汽送至熱管的冷端冷凝，釋放出潛熱。然后，冷凝的液體再由毛細芯結構送回到熱端，如此循環，高效率地傳遞熱能。常溫熱管運用于溫度控制和回收生產過程的廢熱。熱管還可用于空氣干燥器、加熱、通風、空調設備和空氣預熱器等。

 

  5結論 本文介紹了工業余熱的概念以及來源，研究了余熱利用現狀和現有技術,并結合一些實例闡述了余熱利用的實用途徑和發展前景，結論如下：

 

  （1）建立大型的集中余熱回收利用站，將附近各個工廠的余熱集中一起并加以分類，再送往各類工廠用作不同途徑。

 

  （2）在各工廠建立網絡式余熱運輸管道，可按照余熱的品質將其輸送到相應不同工廠予以利用。

 

  （3）開發余熱利用新途徑，重點著眼于熱論和熱管技術的應用研究。