余热资源有哪些类型？

余热资源的分类及其回收的原则是什么？~

余热资源按其温度划分可分为三类： �0�1高温余热（温度高于500℃的余热资源） �0�1中温余热（温度在200-500℃的余热资源） �0�1低温余热（温度低于200℃的烟气及低于100℃的液体） 一般分为七大类:高温烟气余热、高温炉渣余热、商温产品余热(包括中间产品)、冷却介质余热、可燃废气余热、化学反应及残炭的余热、冷凝水余热等。 回收原则： 1、高温烟气，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。 2、余热余能可利用来生产蒸汽或热水，以及生产动力等。
3、进行企业综合热效率及经济可行性分析。
4、应对必须回收余热的热源载体，制定利用具体管理标准。

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，取得了显著效果。
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。

余热资源在钢铁、石油、化工、建材行业大量存在，也普遍存在于其他行业。轻工和食品等行业的生产过程中，都存在着丰富的余热资源，被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的第五大常规能源，所以充分利用余热资源也是企业节能的主要内容之一。

在各种生产过程中，往往会生成具有热能、压力能或具有可燃成分的废气、废汽、废液等产物，在不少化学工艺过程中，还会有大量化学反应热释放出来。有些产品还可能会大量的物理显热。这些带有能量的载能体都称为余能，俗称余热。这些余热资源可用于发电、驱动机械、加热或制冷等，从而减少一次能源的消耗，并减轻对环境的热污染。

能量有品位的高低，而热能是属低品位的能，它也可以从它转换为高品位能和直接利用时的难易程度或作用大小来区分其量的高低。通常评价热能品位最简单和直观的方法是用温度的高低。获得热量的温度高，则利用方便；温度低的热量利用就困难。当温度低到环境温度时，它就无法利用了。

我国工业企业的余热利用潜力很大，余热利用在当前节约能源中占重要地位。余热资源的回收利用可不是件容易的事，它要求工艺上、技术上可行，经济上合理，而且还要保护环境。如何应用当代最新科学技术，充分利用余热资源是摆在科研工作者和企业一线生产人员面前的重要任务和研究课题。

余热资源是指在目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的那部分能量。它不仅决定于能量本身的品位，还决定于生产发展情况和科学技术水平，也就是说，利用这些能量在技术上应是可行的，在经济上也必须是合理的。

例如，欲回收100℃以下的低温余热，就要有解决相应技术难题的能力；要从高温高腐蚀性介质中回收余热，首先必须有耐热耐蚀性很强的材料等。

所以，生产和科学技术的发展水平是决定余热资源的数量。

必须指出，余热回收固然很重要，但最根本的问题还在于尽量减少余热的排出，这方面的主要措施是降低排烟温度，减少冷却介质带走的热量，减少散热损失，提高热工设备本身的效率等。

余热资源的主要来源

余热资源的来源主要有如下六个方面。

高温烟气的余热

这是一种数量大分布范围广的余热。高温烟气余热分布在冶金、化工、建材、机械、电力等行业，如各种冶炼炉、加热炉、石油化工装置、燃气轮机、内燃机和锅炉的排汽排烟，某些工业窑炉的高温烟气余热甚至高达炉窑本身燃料消耗量的30％～60％。它们不仅温度高、数量多，而且回收容易，约占余热资源总量的50％。

高温产品和炉渣的余热

许多工业生产都要经过高温加热这一过程，经高温加热过程生产出来的产品如金属的冶炼、熔化和加工，煤的汽化和炼焦，石油炼制以及烧制水泥、砖瓦、陶瓷、耐火材料和熔化玻璃等，它们最后出来的产品及其炉渣废料都具有很高的温度，达几百至1000摄氏度以上，通常产品又都要冷却后才能使用，在冷却时散发的热量就是余热。这部分余热往往占设备燃料消耗量的比重较大，如炼钢炉渣热量占冶炼燃料热的2％～6％，有色金属冶炼炉渣占10％～14％。

我国每年由冶金炉渣带走的热量相当于2兆吨标准煤。从每吨热焦炭中可回收的热量相当于40千克标准煤，每吨热钢坯可回收热量67兆焦耳(22.9千克标准煤)，相当于加热量的1/4。

现在炼钢工业中采用的干法熄焦、连铸、热装连轧等新工艺，就是回收这部分余热。高温产品和炉渣的余热约占余热资源总量的4％～6％。

冷却介质的余热

冷却介质是保护高温生产设备和生产工艺不可缺少的东西。常用的介质是水、空气和油。它们的温度受设备要求的限制，通常较低，如电厂汽轮机冷凝器的冷却水，不能超过25℃～30℃，内燃动力机械的冷却水大约为50℃～60℃；温度最高的是冶金炉和窑炉冷却水，也不过80℃～90℃。

因此，对这部分低温余热的利用比较困难，需要较大的设备投资，如利用热泵或低沸点工质动力设备等。不过，这部分余热量还是相当多的，约占余热资源总量的15％～23％。如冶金炉的冷却介质余热占燃料消耗量的10％～25％，高炉占2％～3％，凝汽式发电厂各种冷却介质带走的热量约占其燃料消耗量的50％。

可燃废气、废液和废料的余热

生产过程的排气、排液和排渣中，往往含有可燃成分。这种余热约占余热资源总量的8％。如转炉废气。炼油厂催化裂化再生废气，炭黑反应炉尾气、造纸生产中的纸浆黑液，以及煤焦油蒸馏残渣等。下表表示它们的发热量。

可燃废气、液、料的发热量

废气、废液、废料可燃成分/%一氧化碳氢气甲烷低位发热量

［千焦/立方米(标)］炼焦煤气5～855～6023～2716300～17600高炉煤气27～301～20.3～0.83770～4600转炉煤气56～611.56280～7540铁合金冶炼炉气7068400合成氨甲烷排气1514600化肥厂焦结煤球干馏汽6.519.354200～4600电石炉排气8014110900～11700造纸黑液6000～12000千焦/千克甘蔗渣6300～11000千焦/千克

废汽、废水余热

这是一种低品位蒸汽及凝结水余热，凡是使用蒸汽和热水的企业都有这种余热，这部分包括蒸汽动力机械的排汽(其余热占用汽热量的70％～80％)和各种用汽设备的排汽，在化工、食品等工业中由蒸发，浓缩等过程产生的二次蒸汽，还有蒸汽的凝结水、锅炉的排污水以及各种生产和生活的废热水。废水的余热约占余热资源的10％～16％。

化学反应余热

这种余热主要存在于化工行业，是一种不用燃料而产生的热能，它占余热总量的10％以下。例如硫酸制取过程中利用焚硫炉或硫铁矿石沸腾炉产生的化学反应热，使炉内温度为850℃～1000℃，可用于余热锅炉产生蒸汽，约可回收60％。

由上面我们可以看出余热的分布之广，来源各异，而且不同工业行业中产生的余热性质和数量相差很大。据估计，冶金部门总余热资源占其燃料消耗量的50％以上，机械、化工、玻璃、搪瓷、造纸等企业占25％以上。

余热资源的温度类型

高温余热

这是一种温度高于500℃的余热资源。属于高温范围的余热大部分来自工业炉窑。其中有的是直接燃烧燃料产生的，如熔炼炉、加热炉、水泥窑等。有的主要靠炉料自身燃烧产生的。如沸腾焙烧炉、炭黑反应炉等，国外城市垃圾热值为3349～10465千焦／千克，离开焚烧炉的烟温达到840℃～1100℃，可以回收利用。

中温余热

温度在200℃～500℃之间的余热资源。各种热能动力装置及某些炉窑设备中的高温气体在燃烧室或炉膛中做功或传热后排出的气体一般在中温范围内。这挡温度比较适中，有些可继续做功，有些可产生蒸汽或预热空气等，利用前景十分良好。

低温余热

温度低于200℃的烟气及低于100℃的液体属于低温余热资源。

低温余热的来源有两个方面：一方面是有些余热在排放时本身的温度就是低的；另一方面是在高温、中温余热回收中仍然会有剩余的低温余热排放出，由于低温余热回收时温差小，换热设备庞大，经济效益不太明显，回收技术也较复杂，因此过去对此不予重视。但是如果面广量大，回收总量也是非常大的。由于能源短缺和科技的进步，对低温余热的回收利用也日益重视，而且取得了很大的进展。

钢铁冶金工业余热资源

我国的可资利用余热资源非常丰富。据不完全统计，主要行业工业余热约占工业总能耗的15％。

其中钢铁工业可回收的余热资源约为总能耗的50％。一座现代化的钢铁厂所排放出来的能量，有40％存在于各种介质的高温气体中，15％是低温蒸汽和热水，还有10％为辐射损失，可见其节能潜力很大，具体的余热种类、温度及来源见下表。

钢铁企业余热的种类、温度及来源(单位：℃)

余热种类成品放热/℃废气蒸汽或热水熔融物烧结

炼焦

炼铁

炼钢

连续铸造

分块压延

压延线材600～700

1000～1200

1200～1400

1200～1500

600～800

1100～1200

600～1200100～450

100～800

150～400

1000～1400

——

500～800

500～800——

——

40～60

40～60

40～60

40～60

40～60——

——

1300～1500

1300～1500

——

——

石油工业余热资源

石油加工过程中需消耗燃料、蒸汽、电力等各种能源。据统计，每加工1吨原油平均消耗燃料42.42千克，蒸汽570千克，电力34.5度。将它们统一折算相当于358104千焦，其中50％以上的能源消耗是通过各种油加热炉和蒸汽锅炉的烟气热、空气冷却器和水冷却器被排放而损失掉的，而且相当一部分还比较集中，可以利用。例如一座年产250万吨的炼油厂，通过空冷、水冷和烟道三方面排走的热量每小时高达480106千焦，其温度都在100℃～550℃范围内。

18.化工工业余热资源

虽然化工企业所消耗的能量约占总能耗的20％，但其能量利用率却不高。主要由于工序车间操作条件的改变，部分能量由于工艺物流的降温、降压而释放出来，成为废热和废功散失于周围环境中。以轻柴油和石脑油为原料的大型乙烯装置中，裂解气温度高达800℃左右。可以用来产生高压蒸汽。以重油为原料的合成氨厂中，汽化炉里进行强化放热反应，裂解气温度高达1350℃，也可以用来产生高压蒸汽。一套年处理量为240万吨的大型催化裂化装置，可供回收的能量达2万千瓦，除了可满足本装置主风机需要的巨大动力(1.5万千瓦)以外，尚有余力发电，供全厂使用。

由于世界性能源危机的冲击以及化工生产向大型化发展，促使将动力系统引入化工生产并和工艺系统密切结合。例如大型合成氨厂中由于采用了高压余热锅炉、蒸汽轮机及离心压缩机，可以达到基本上不需外供电，能量利用率从20世纪50年代的大约30％一下子提高到60％以上。

机械工业余热资源

机械行业中的加热设备和炉窑各种各样。余热资源也相当丰富，例如锻件加热炉的烟气温度高达1000℃以上。可利用余热锅炉产生蒸汽。蒸汽锻锤的排汽压力在大气压以上，而且数量也很大。如某汽车制造厂的锻造分厂锻锤排汽每小时就达13吨以上，每年损失热量折合标准煤5000多吨。又如各种热处理炉的排气温度达425℃～650℃，干燥炉和烘炉的排气温度达230℃～600℃，这些都是很好的余热资源。

其他工业余热资源

其他行业也有不少的余热资源，例如各类工厂供热系统产生的凝结水，以往多数不回收，由此造成的燃料浪费达8％。又如一些设备和部件的工业冷却水，水温为35℃～90℃，是极为广泛而大量的低温余热资源。下表为我国主要行业的余热资源情况。

我国主要行业的余热资源情况

行业余热资源来源占燃料耗

量的比例冶金轧钢加热炉、均热炉、平炉、转炉高炉、焙烧窑等33%以上化工化学反应热，如造气、变换气、合成气等的物理显热可燃化学热，如炭黑尾气、电石气等燃料热15%以上建材高温烟气、窑顶冷却、高温产品等约40%玻搪玻璃熔窑、搪瓷窑、坩埚窑等约20%造纸烘缸、蒸锅、废气、黑液等约15%纺织烘干机、浆纱机、蒸煮锅等约15%机械锻造加热炉、冲天炉、热处理炉及汽锤乏汽等约15%21.利用余热的一般方法

余热的回收利用方法，随余热源的形态(固体、液体、气体、蒸汽、反应热)和温度水平(高温、中温、低温)等各不相同。

尽管余热回收方式各种各样，但总体可分为热回收(直接利用热能)和动力回收(转变为动力或电力后再用)两大类。从回收技术难易程度看，利用余热锅炉回收气、液的高温余热比较容易，回收低温余热则比较困难。在回收余热时，首先应考虑到所回收余热要有用处和在经济上必须合算。如为了回收余热所耗费的设备投资甚多，而回收后的收益又不大时，就得不偿失了。通常进行回收余热的原则如下。

(1)对于排出高温烟气的各种热设备，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。如预热助燃空气、预热燃料或被加热物体(工质、工件)，以提高本设备的热效率，降低燃料消耗。

(2)在余热余能无法回收用于加热设备本身，或用后仍有部分可回收时，应用来生产蒸汽或热水，以及产生动力等。

(3)要根据余热的种类、排出的情况、介质温度、数量及利用的可能性，进行企业综合热效率及经济可行性分析，决定设置余热回收利用设备的类型及规模。

(4)应对必须回收余热的冷凝水，高、低温液体，固态高温物体，可燃物和具有余压的气体、液体等的温度、数量和范围制定利用的具体管理标准。

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