余熱回收節(jié)能技術(shù)及余熱資源的分類

1、余熱回收節(jié)能技術(shù)余熱資源的分類,余熱回收節(jié)能技術(shù),余熱回收節(jié)能技術(shù),1.余熱的定義與種類2.余熱的特點(diǎn)3.余熱利用的策略4.余熱利用途徑,,1.1 余熱資源定義,余熱資源是指具有一定溫度的排氣、排液和高溫待冷卻的物料所包含的熱能均屬于余熱，或者，目前條件下有可能回收和重復(fù)利用而尚未回收利用的那部分能量。余熱資源不僅取決于能量本身的品位，還取決于生產(chǎn)發(fā)展情況和科學(xué)技術(shù)水平。余熱回收固然很重要，但最根本的問題還在于盡量

2、減少余熱的排出，這方面的主要措施是降低排煙溫度，熱能梯級(jí)利用，減少冷卻介質(zhì)帶走的熱量，減少散熱損失，提高熱工設(shè)備的效率等。,注意,排氣余熱高溫產(chǎn)品和爐渣的余熱 冷卻介質(zhì)的余熱可燃廢氣、廢液和廢料余熱廢氣、廢水余熱化學(xué)反應(yīng)余熱,按來源分類,,1.2 余熱資源分類,,余熱品味的高低主要和溫度有關(guān)，溫度越高品味越高做工能力越強(qiáng)，工業(yè)企業(yè)中，余熱資源的形態(tài)通常有固體、氣體、液體三種。具體可以分為以下6種。,排氣余熱,

3、排氣余熱占余熱資源總量的50%左右，并且溫度范圍差別大。,焦?fàn)t煤氣750℃,轉(zhuǎn)爐煤氣1600℃以上,高溫產(chǎn)品和爐渣余熱,工業(yè)上許多成品半成品或者爐渣的溫度都很高，對(duì)其冷卻過程中還有大量的余熱可以利用。,4 %~ 6 %,冷卻介質(zhì)余熱,一類用于生產(chǎn)所需求的冷卻介質(zhì)余熱，另一類用于金屬構(gòu)件冷卻，保證金屬強(qiáng)度。,15%~25%,化學(xué)反應(yīng)余熱,化學(xué)反應(yīng)余熱是放熱反應(yīng)過程所放出的熱量。,10%左右,CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g

4、）+41kJ/mol,如.生產(chǎn)硫酸制備二氧化硫,該反應(yīng)需要在催化劑存在下進(jìn)行，依據(jù)目前開發(fā)的催化劑活性溫度，其反應(yīng)溫度在200-400℃之間，中變催化劑在280-400℃ ，低變催化劑為200-320 ℃。,如.合成氨中的一氧化碳變換反應(yīng),表1-1 可燃廢氣、液、料的發(fā)熱量,可燃廢氣、廢液、廢料余熱,可燃廢氣包括焦化廠的煤氣、煉油廠的可燃廢氣、化工廠電石爐等廢氣；可燃廢液包括煉油廠下腳渣油、廢機(jī)油、造紙廠黑液、油漆廠化工廠等廢液；可燃廢

5、料包括木材廢料及其他固體廢料。,8%左右,廢氣、廢水余熱,生產(chǎn)所需使用蒸汽和熱水所需的化工廠均存在一種余熱。,蒸汽錘,蒸汽錘排汽余熱占用氣量的70%-80%,凝結(jié)水排空,10%~16%,按溫度分類,高溫余熱中溫余熱低溫余熱,,>500℃,200~500℃,<200 ℃的煙氣<150 ℃的液體,表1-2 按溫度范圍劃分的余熱資源情況,表1-3我國主要行業(yè)的余熱資源情況,2. 余熱的特點(diǎn),余熱的特點(diǎn),,高溫?zé)煔夂懈?/p>

6、蝕性氣體（SO2 、SO3 、H2S 、NOx、NH3）廢氣中不但含有豐富的顯熱，而且有時(shí)含有可燃性氣體；廢氣中有大量的半熔狀態(tài)的粉塵或煙炱等；廢氣等熱源的溫度差別有時(shí)很大；工藝廢氣是高溫高壓的，有些氣體還有爆炸性；液體余熱一般溫度較低，但量很大；化工生產(chǎn)中固體余熱相對(duì)較少。,3、余熱利用的策略,3.1 工業(yè)余熱回收常用設(shè)備,換熱器汽化冷卻裝置余熱鍋爐熱泵熱管,3.2 工業(yè)余熱回收方式,熱回收（直接利用熱能）動(dòng)

7、力回收（轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力或電力后再用）,3.3 科學(xué)回收余熱,1）用能的指導(dǎo)思想——追求用能過程的最小不可逆性，實(shí)現(xiàn)完全用能。2）用能的基本原則——用能方式合理化，按質(zhì)用能，使供能與用能的品質(zhì)匹配，實(shí)現(xiàn)合理用能。3）用能的主體——能的數(shù)量利用，盡可能減少外部損失，實(shí)現(xiàn)有效用能。4）用能的本質(zhì)——能的質(zhì)量利用，盡可能降低內(nèi)部損失，實(shí)現(xiàn)充分用能。5）用能的系統(tǒng)工程——能的綜合利用，主要指作功能與不作功能，功與熱，動(dòng)力與工藝等各種能的應(yīng)用與

8、配合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化用能。,1）用能的指導(dǎo)思想——最小不可逆性，完全用能 能量傳遞過程中不可逆程度取決于傳遞的動(dòng)力和阻力。過程不可逆性的存在，造成能量的損失。不可逆損失是熱力學(xué)意義上的真正損失，稱為內(nèi)部損失，是不可挽回的。許多外部損失也是有內(nèi)部損失引起的，如摩擦。用能的指導(dǎo)思想就是減少不可逆造成的內(nèi)部損失，追求生產(chǎn)工藝許可的最小不可逆性。主要要點(diǎn)如下：①減小傳遞的動(dòng)力：即減小能量傳遞過程中的溫差、壓差、位差、勢(shì)差、密度差、濃度差等等。

9、②降低傳遞的阻力：即進(jìn)一步的、不斷的降低摩擦、熱阻等，為此 必須提高設(shè)備制造精度，改進(jìn)工藝流程，開發(fā)新設(shè)備等等。 最小不可逆條件下的用能量潛力約占實(shí)際消耗量的25％～35％。 度量過程不可逆程度的尺度是體系的熵增△Ssy,由于不可逆而造成的內(nèi)部損失Ein 是體系的熵增與環(huán)境熱力學(xué)溫度Ta 的乘積，即Ein＝Ta△Ssy,2）用能的基本原則——合理用能①按質(zhì)用能：使用能與供能的品質(zhì)（能級(jí)）盡可能相當(dāng)。 能的品質(zhì)系數(shù)（

10、能級(jí)）ε，是以能的作功本領(lǐng)來度量的，即總能E中所含火用Ex的比例，故ε=Ex／E對(duì)熱能，εh=1-Ta/T對(duì)電能，εe=1對(duì)機(jī)械能，εm=1對(duì)水蒸汽能，εst=1-Tas/h 式中，Ta-環(huán)境溫度；T-熱源溫度；s-水蒸汽的熵； h-水蒸汽的焓。②簡(jiǎn)單用能：要盡量減少能量傳遞次數(shù)和環(huán)節(jié)。每多一次傳遞，多一個(gè)環(huán)節(jié)，就多一次不可逆損失。因此，在達(dá)到生產(chǎn)目的和工藝要求的條件下，用能的環(huán)節(jié)越簡(jiǎn)單越好，傳遞次數(shù)越少越好。這要求不斷改進(jìn)

11、工藝，減少設(shè)備，縮短管線。,3）能的數(shù)量利用——有效用能 減少能量的外部損失，更多地利用能的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)有效用能。外部能量損失的主要形式為功損和熱損（冷損）。表現(xiàn)形式如排煙損失、排氣損失、冷卻熱損失、散熱損失、不完全燃燒損失、摩擦損失、空載損失、無功損失等等，重要為能量的流失和漏損，至于純粹的跑冒滴漏不應(yīng)考慮（必須杜絕）。①增加有效：努力增加已利用能、提高效率，如爐效、機(jī)效及其他多種設(shè)備效率和能量利用率；②減少損失：排煙

12、溫度、排氣損失、散熱損失等；③加強(qiáng)回收：回收各種可回收能（余能），再用可再用能（重能）。④降低消耗：所用與能源有關(guān)的消耗。,4）能的質(zhì)量利用——充分用能 按照能的貶值性，能量利用過程就是能量傳遞過程，而能量傳遞總伴隨著不可逆存在，因而能量在利用過程中數(shù)量雖未減少，但質(zhì)量卻一直下降，直到貶值為環(huán)境狀態(tài)，而成為廢能。 為了使能的質(zhì)量在貶值過程中被充分利用，須把握如下環(huán)節(jié)：①防止降質(zhì)：如高壓蒸汽節(jié)流，高溫氣體混合降溫；又如煤石

13、油天然氣燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。重點(diǎn)改善燃燒，提高燃燒產(chǎn)物的品味，如預(yù)熱燃燒、加壓燃燒、絕熱燃燒等。防止降質(zhì)。②多次利用：梯級(jí)利用、多效利用，磁流體發(fā)電-燃?xì)獍l(fā)電-蒸汽發(fā)電等逐級(jí)利用。③提高品位：再熱循環(huán)、壓縮升溫、利用熱泵；④低質(zhì)利用：吸收式制冷、低沸點(diǎn)工質(zhì)的蘭金循環(huán)，低質(zhì)能供熱、采暖等。,5）能的系統(tǒng)利用——優(yōu)化用能 除了合理的用能方式，有效的能量利用和充分的能質(zhì)利用外，科學(xué)用能還應(yīng)包括能的系統(tǒng)綜合利用——按系統(tǒng)工程進(jìn)

14、行優(yōu)化用能。實(shí)踐證明，并不是所有的作功能（火用）都去作功，所有的不作功能（火無）都去供熱就最好，而是應(yīng)當(dāng)相互配合，使之優(yōu)化，才能發(fā)揮更大作用。 不作功能（火無）雖然不能轉(zhuǎn)化為功，但在供熱和供冷上卻是十分重要的，甚至是不可缺少的。①總能系統(tǒng)：考慮了能的數(shù)量和質(zhì)量、做功和供熱等優(yōu)化的用能系統(tǒng)。如電廠的熱電合供、合成氨和乙烯的工藝-動(dòng)力、動(dòng)力-工藝的總能系統(tǒng)；②熱泵系統(tǒng)：利用低溫?zé)岷筒蛔龉δ艿挠行侄?。如制冷空調(diào)熱泵、熱泵供暖、海

15、水淡化、熱泵干燥、熱泵蒸餾等。③綜合系統(tǒng)：考慮了能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、使用和回收四個(gè)環(huán)節(jié)的綜合用能優(yōu)化。,3.4 余熱回收原則,對(duì)于排出高溫?zé)煔獾母鞣N熱設(shè)備，其余熱應(yīng)優(yōu)先由本設(shè)備或本系統(tǒng)加以利用。余熱余能無法回收用于加熱設(shè)備本身，或者用后仍有部分可回收時(shí)，應(yīng)將其用于生產(chǎn)蒸汽或熱水，以及產(chǎn)生動(dòng)力。要根據(jù)余熱的種類、排出情況、介質(zhì)溫度、數(shù)量及利用的可行性，進(jìn)行企業(yè)綜合熱效率及經(jīng)濟(jì)性分析，決定設(shè)置余熱回收設(shè)備類型及規(guī)模。應(yīng)對(duì)必須回收余熱的

16、冷凝水，高、低溫液體，固態(tài)高溫物體，可燃物和具有余壓的氣體、液體等的溫度、數(shù)量和范圍制定利用的具體管理標(biāo)準(zhǔn)。,資金和土地的投入，應(yīng)該首先考慮提高現(xiàn)有設(shè)備的效率上，絕不要把回收余熱建立在大量能源浪費(fèi)的基礎(chǔ)上。不是所有的都可以回收。用途兩類：一類給本身，一類用于其他的設(shè)備。決定了余熱回收的同步性。,3.5 余熱回收應(yīng)注意的問題,4、余熱利用途徑,余熱利用途徑主要有三方面：余熱直接利用、余熱發(fā)電和余熱綜合利用。,4.1余熱直接利用,（1）

17、預(yù)熱空氣或給水,余熱的直接利用有以下途徑：,利用高溫?zé)煹琅艢?，通過高溫?fù)Q熱器來加熱進(jìn)入鍋爐和工業(yè)窯爐的空氣，可提高燃燒效率，節(jié)約燃料。,如.鍋爐煙道氣的回收利用 鍋爐排煙溫度一般在250～350℃，是鍋爐熱損失中最大的一項(xiàng)，一般占燃料消耗量的8～20％，因此，回收鍋爐排煙熱量，是提高鍋爐效率，降低企業(yè)燃料消耗的重要措施。 鍋爐排煙熱損失的回收利用是在鍋爐煙道中裝設(shè)省煤器與空氣預(yù)熱器。,省煤器回收熱量：,空氣預(yù)熱器

18、器回收熱量：,省煤器節(jié)約燃料量：,空氣預(yù)熱器節(jié)約燃料量：,空氣預(yù)熱器,省煤器,（2）干燥物料,利用各種生產(chǎn)過程中的排氣來干燥材料和部件。例如，陶瓷廠的泥胚、冶煉廠的礦料等。,（3）生產(chǎn)熱水和蒸汽,利用中低溫的余熱來生產(chǎn)熱水和低壓蒸汽，供生產(chǎn)工藝或生活需要。,如.工業(yè)窯爐煙道氣的回收利用 工業(yè)窯爐排煙溫度都較高，一般都在400℃以上，回收利用都是動(dòng)力利用，其設(shè)備有余熱鍋爐，背壓式發(fā)電機(jī)理及專用設(shè)備等。,余熱鍋爐,余熱鍋爐,常規(guī)

19、電站鍋爐,（4）制冷,利用低溫的余熱通過吸收式制冷系統(tǒng)來達(dá)到制冷的目的。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,溶液再生,,冷卻水,開,,,,,,,,,,加熱,,,,,,,,,,,,,,,,,,,開,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,冷水,,,,,冷卻水,吸收器,蒸發(fā)器,,,（1）利用余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。。,利用余熱發(fā)電通常有以下幾種方式：,4.2 余熱余壓發(fā)電,如.干熄焦發(fā)電技術(shù) 干熄焦技術(shù)是

20、利用冷的惰性氣體(燃燒后的廢氣)，在干熄爐中與赤熱紅焦換熱從而冷卻紅焦。吸收了紅焦熱量的惰性氣體將熱量傳給干熄焦鍋爐產(chǎn)生蒸汽，被冷卻的惰性氣體再由循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐冷卻紅焦。干熄焦鍋爐產(chǎn)生的蒸汽或并入廠內(nèi)蒸汽管網(wǎng)或送去發(fā)電。,由焦?fàn)t生產(chǎn)的溫度約為1000℃的赤熱焦炭排出裝入焦罐車中，焦罐經(jīng)牽引、提升移送至熄槽上部，從加焦口將焦炭放入干熄槽預(yù)存室，預(yù)存一定時(shí)間后下行至熄焦室，并與逆流的惰性循環(huán)氣體N2進(jìn)行熱交換，冷卻后的焦炭經(jīng)排焦裝置從排

21、焦口排出，再經(jīng)皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)至篩焦樓篩焦、儲(chǔ)存，供煉鋼（煉鐵）用。,二者在逆向運(yùn)動(dòng)中，焦炭逐漸被冷卻到250℃以下，然后由爐底的卸料裝置排出；同時(shí)，惰性氣體（或廢煙氣）被加熱到800℃左右，從干熄爐斜道口經(jīng)過一次除塵器后進(jìn)入干熄焦鍋爐；在鍋爐中，水被熱氣流加熱產(chǎn)生蒸汽，同時(shí)氣體被冷卻到200℃左右，再經(jīng)二次除塵由循環(huán)風(fēng)機(jī)重新送入干熄爐內(nèi)循環(huán)使用。,（2）高溫余熱作為燃?xì)廨啓C(jī)的熱源，利用燃?xì)廨啓C(jī)組發(fā)電,如.TRT發(fā)電技術(shù),1.什么是TRT裝置

22、 TRT— Blast Furnace Gas Top Pressure Recovery Turbine Unit ， 高 爐 煤 氣 余 壓 透 平 回 收 裝 置 TRT裝置是利用高爐冶煉的副產(chǎn)品 — 高爐爐頂煤氣具有 的壓力能和熱能，使煤氣通過透平膨脹機(jī)膨脹作功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電或驅(qū)動(dòng)其它設(shè)備，進(jìn)行能量回收的一種裝置。 TRT裝置的特點(diǎn)：不消耗任何燃料; 不改變?cè)簹馄焚|(zhì);

23、 無污染公害、最經(jīng)濟(jì)設(shè)備; 替代減壓閥組調(diào)節(jié)穩(wěn)定爐頂壓力。,沒有安裝TRT裝置的高爐煉鐵流程圖,,頂壓100 ~400kpa,管系壓力損失2000 ~3000mmH2O~50 ℃,10kPa,,減壓閥壓力損失,沒有安裝TRT裝置的高爐煉鐵流程圖,安裝TRT裝置的高爐煉鐵流程圖,TRT發(fā)電系統(tǒng),封閉式,敞開式,（3）余熱溫度較地，可利用低沸點(diǎn)工質(zhì)，來達(dá)到發(fā)電目的。,采

24、用有機(jī)低沸點(diǎn)作為熱力循環(huán)的工質(zhì)與低溫余熱換熱，有機(jī)工質(zhì)吸熱后產(chǎn)生高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)或其他膨脹動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。因此，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)余熱回收和發(fā)電的最低余熱資源溫度可到80℃，這是常規(guī)發(fā)電技術(shù)不能做到的（常規(guī)發(fā)電要求熱源溫度在350℃以上），從而拓寬了可以回收發(fā)電的余熱資源范圍，為建材、冶金、化工等行業(yè)的低溫余熱資源回收提供了技術(shù)手段和設(shè)備。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)還可以推廣到可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，（如地?zé)?、太陽能和生物質(zhì)能）為可再生能源發(fā)電提

25、供關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。,工業(yè)低溫廢熱發(fā)電,地?zé)岚l(fā)電,4.3 熱泵余熱利用技術(shù),余熱鍋爐型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán),余熱鍋爐型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)T-S,燃汽輪機(jī)循環(huán)：吸熱溫度高（1100 ~ 1200 ℃） 放熱溫度高（500 ~ 600 ℃ ） 蒸汽動(dòng)力循環(huán)：吸熱溫度低（540 ~ 560 ℃ ） 放熱溫度低（30 ~ 38 ℃ ）,4.4 蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán),疏水閥,鍋爐,,給水泵,控制閥,蒸汽8 bar g,泵,90℃冷

26、凝水,90℃,給水槽,4.5 冷凝水回收,為 什 么 回 收 冷 凝 水?,冷 凝 水 是 極 有 價(jià) 值 的 資 源。 其 所 含 有 的 高 熱 量 是 回 收 的 最 佳 理 由。 冷 凝 水 是 經(jīng) 過 水 處 理，回 收 冷 凝 水 可 以 降 低 水 處 理 費(fèi) 用。 減 少 鍋 爐 排 污. 可 以 避 免 冷 凝 水 排 放 的 巨 大 費(fèi) 用。 減 少 補(bǔ) 充 給 鍋 爐 的 水， 降 低 水 費(fèi) 用。

27、總 的 效 果：可 以 節(jié) 約 20% 以 上 的 燃 料。,壓 力 (bar g),焓 (kJ/kg),蒸 汽 全 熱 能,蒸 汽 潛 熱 能,冷 凝 水 中 的 能 量,大 氣 壓 力 下 冷 凝 水 的 能 量,可 供 二 次 蒸 汽 的 能 量,4.5 余熱綜合利用,根據(jù)余熱資源的具體條件，還可考慮綜合利用系統(tǒng)，做到熱盡其用。例如： 高溫?zé)煔獾奶菁?jí)利用（鍋爐的排煙）； 采用熱電聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，發(fā)電的同時(shí)