余热利用现状及技术展望

余热利用现状及技术展望
摘要：余热利用是指将工业生产和能源生产过程中产生的余热进行回收和利用，从而提高能源利用效率，减少能源浪费，降低对环境的负荷。

目前，余热利
用已经在一些领域取得了显著的进展，同时也存在一些挑战。

介绍了工业余热的
来源和分类，分析了余热利用现状和现有技术,并结合具体实例，研究了余热利
用的实用性途径和发展前景。

关键词：工业余热；综合利用；实例分析
1工业余热的来源和分类
1.1工业余热简介
工业余热来源于各种工业炉窑、热能动力装置、热能利用设备、余热利用装
置和各种有反应热产生的化工过程等。

目前，各行业的余热总资源约占其燃料消
耗总量的17％～67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。

合理充
分利用工业余热可以降低单位产品能耗，取得可观的经济效益。

1.2工业余热的分类
1.2.1可燃性余热
可燃性余热是指能用工艺装置排放出来的、具有化学热值和物理显热，还可
作燃料利用的可燃物，即排放的可燃废气、废液、废料等，如放散的高炉气、焦
炉气、转炉气、油田伴生气、炼油气、矿井瓦斯、炭黑尾气、纸浆黑液、甘蔗渣、木屑、可燃垃圾等。

1.2.2载热性余热
常见的大多数余热是载热性余热，它包括排出的废气和产品、物料、废物、
工质等所带走的高温热以及化学反应热等，如锅炉与窑炉的烟道气，燃气轮机、
内燃机等动力机械的排气，焦炭钢铁铸件、水泥、炉渣的高温显热，凝结水、冷
却水、放散热风等带走的显热，以及排放的废气潜热等。

1.2.3有压性余热
有压性余热通常又叫余压（能），它是指排气、排水等有压液体的能量。

另外，因为工业余热的温度是衡量其质量（品位）的重要标尺，而其温度的高低亦
影响了余热回收利用的方式，所以余热也通常按温度高低分为：高温余热，
T≥650℃；中温余热，230℃≤T＜650℃；低温余热，T＜230℃。

2工业余热一般利用途径
2.1余热的直接利用
（1）预热空气。

利用加热炉高温排烟预热其本身所需空气，以提高燃料效率，节约燃料消耗。

（2）干燥。

利用工业生产过程的排气来干燥加工零部件和材料，如铸工车
间的铸砂模型等；还可以干燥天燃气、沼气等燃料。

在医学上，工业余热还能用
来干燥医用机械。

（3）生产热水和蒸汽。

利用低温余热来产生70℃～80℃或更高、更低温度
的热水和低压蒸汽，供应生产工艺和生活的不同需求。

（4）制冷或供热。

利用低温余热来加热吸收式制冷机的蒸发器，或作为热
泵的低温热源，达到制冷或供热的目的。

2.2余热的动力回收
对于中高温余热，最好使其产生动力，直接作用于水泵、风机、压缩机，或
带动发电机发电。

例如，各种工业窑炉和动力机械的排烟温度大都在500℃以上，甚至达1000℃左右，可装设余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮机产生动力或发电；对
于中温余热，为提高动力回收的效率，宜采用低沸点介质，按朗肯循环进行能量
转换，达到余热动力回收的目的。

2.3余热的综合利用
余热的综合利用方式是根据工业余热温度的高低而采取不同的方法，以做到“热尽其用”，因而它是最有效的利用余热的途径。

例如，利用高温余热产生的蒸汽，通过供热机组取得热电合供的效果；利用有一定压力的高温废气，先通过燃气轮机做功，再利用其排气通过余热锅炉产生蒸汽，进入汽轮机做功，形成燃气—蒸汽联合循环，以提高余热的利用效率，加之使用汽轮机抽气或排气供热，余热经多次利用，就更扩大了其回收利用的效果。

3工业余热利用现状实例分析
3.1热量的直接利用实例分析
厂区所有的回水回归到集汽水缸，然后进入二次蒸发箱迅速降压并产生二次蒸汽和凝结水。

正常工作时，含汽凝结水由集汽水缸流出，沿切线方向进入二次蒸发箱，由于旋转运动造成的离心分离作用使凝结水沿二次蒸发箱向下流出，进入套管式水—水换热器，而分离出来的二次蒸汽由凝水面向上方引出进入汽—水换热器；由二次蒸发箱上部引出的二次蒸汽分别进入3台板式汽—水换热器，经换热后的热水大约在85℃，可满足采暖供热需求；由二次蒸发箱下部引出的高温凝结水经设在加热水箱内的套管式水—水换热器将水箱冷水加热，由水泵送至职工浴池，每天可供全厂2000名职工洗澡；经过汽—水热交换后的冷凝水最后回归冷凝水箱回收，再由水泵打回锅炉。

3.2余热的动力回收实例分析
该项技术使水泥生产中大量的中、低温余热得到了充分利用。

水泥厂余热资源的特点是流量大、品位低。

针对上述特点，在热力系统设计时采取如下措施：
（1）采用减速式两点混汽式汽轮机，可利用参数较低的主蒸汽及从闪蒸器出来的饱和蒸汽发电。

（2）设置具有专利技术的余热锅炉——预热器锅炉、冷却机锅炉和一台高压闪蒸器及一台低压闪蒸器，充分利用余热资源，应用热水闪蒸技术闪蒸出来的饱和蒸汽混入汽轮机做功。

预热器锅炉和冷却机锅炉的特点。

冷却机锅炉省煤器
段出水分3路：一路直接进冷却机锅炉汽包，一路作为预热器锅炉汽包的给水，
另外一路进入高压闪蒸器。

（3）高压闪蒸器出水作为低压闪蒸器的给水（即二级闪蒸系统），两股闪
蒸饱和汽分别进入汽轮机做功，而低压闪蒸器出水又重新泵回冷却机锅炉省煤器。

这样，冷却机锅炉省煤器段的工质流量比锅炉后段增大数倍，冷热流体热容量相当，可防止出现局部温差过小，甚至造成局部反传热而影响传热效果，从而保证
废气余热的充分利用，使出炉烟气温度降至90℃左右。

（4）对现有冷却机进行了废气二次循环改造，以提高入炉废气温度，减少
废气流量。

在缩小冷却机锅炉体积的同时，增大了换热量，且提高了整个系统的
热能品位。

（5）由于预热器出口废气还要用于烘干原料，所以预热器锅炉不设省煤器，只设蒸发器和过热器，从而使出炉烟温度达250℃，仍可用原料烘干。

3.3余热的综合利用实例分析
方案一：沼气发电厂如果靠近居民生活区，或者养殖基地本身有空调和采暖
的实际需要，余热可以在夏天通过热水型溴化锂吸收式冷水机组为建筑供冷，冬
天通过水—水热交换器产生热水为建筑供暖，过渡季节可以带动余热锅炉为工业
或生活提供热水或蒸汽。

对农业示范基地而言，温室大棚内部都需要保持一定的
温度，以促进农作物的生长。

常用的做法是：在温室内加装散热器，或者铺设地
热盘管，使其成为温室内的供暖系统。

剩余的热量可以为温室的供暖系统提供热量，以促进植物生长。

方案二：禽肉加工业的发展必然要用到生产性冷库，所以在远距离输送冷量
和热量不经济的情况下，可以使用发电余热作为冷库的动力，剩余的热量还可以
提供给诸如屠宰场等生产环节。

余热驱动的氨吸收式制冷机组具有温室气体排量低、环保、能源利用率高等特点，在冷库制冷系统中得到了广泛的应用。

4工业余热回收最新技术
4.1热轮
热轮由多孔和高比热容量的材料制成，有转盘式和转鼓式两种结构型式。

当
热轮的转盘或转鼓低速旋转时，热气体的热量传递给热轮；若热轮继续旋转，它
便将所获得的热量传递给进入的冷空气。

热轮的热传递效率现已达到75％～80％，应用温度也可达870℃左右。

由于热轮结构的原因，会有少量的废气进入气管内，因而产生一定程度的污染。

若污染量超过许可限度，则可附加清洗段来减少污染
程度。

热轮一般用于采暖和低温、中温废热的回收，以及干燥炉、养护炉和空气
的预热器中。

4.2热管
热管的作用是基于蒸发—冷凝循环原理。

毛细芯结构材料的作用如同泵一样，它将冷凝流体送回热输入端，由废热使热管的液体工质蒸发，蒸发的潜热随蒸汽
送至热管的冷端冷凝，释放出潜热。

然后，冷凝的液体再由毛细芯结构送回到热端，如此循环，高效率地传递热能。

常温热管运用于温度控制和回收生产过程的
废热。

热管还可用于空气干燥器、加热、通风、空调设备和空气预热器等。

5结论
综合来看，余热利用是一个重要的能源节约和环境保护手段，未来随着技术
的不断创新和应用，余热利用的潜力将进一步释放，为可持续发展做出更大的贡献。

同时，政府、企业和科研机构应共同努力，加大对余热利用技术研发的支持
力度，推动余热利用技术的广泛应用。

参考文献
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