工业余热回收技术

工业余热回收技术余热回收技术余热回收节能技术1.余热的定义与种类2.余热的特点3.余热利用的策略4.余热利用途径1.1余热资源定义余热资源是指具有一定温度的排气、排液和高温待冷却的物料所包含的热能均属于余热，或者，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。余热资源不仅取决于能量本身的品位，还取决于生产发展情况和科学技术水平。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，热能梯级利用，减少冷却介质带走的热量，减少散热损失，提高热工设备的效率等。注意排气余热高温产品和炉渣的余热冷却介质的余热可燃废气、废液和废料余热废气、废水余热化学反应余热按来源分类1.2余热资源分类余热品味的高低主要和温度有关，温度越高品味越高做工能力越强，工业企业中，余热资源的形态通常有固体、气体、液体三种。具体可以分为以下6种。排气余热排气余热占余热资源总量的50%左右，并且温度范围差别大。焦炉煤气750℃转炉煤气1600℃以上高温产品和炉渣余热工业上许多成品半成品或者炉渣的温度都很高，对其冷却过程中还有大量的余热可以利用。4%~6%冷却介质余热一类用于生产所需求的冷却介质余热，另一类用于金属构件冷却，保证金属强度。15%~25%化学反应余热化学反应余热是放热反应过程所放出的热量。10%左右2223241123696/FeSOFeOSOkJmolCO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）+41kJ/mol如.生产硫酸制备二氧化硫该反应需要在催化剂存在下进行，依据目前开发的催化剂活性温度，其反应温度在200-400℃之间，中变催化剂在280-400℃，低变催化剂为200-320℃。如.合成氨中的一氧化碳变换反应变换反应器200-400℃换热器常温常温表1-1可燃废气、液、料的发热量废气、废液、废料可燃成分/%低位发热量(kj/m3）COH2CH4炼焦煤气高炉煤气转炉煤气铁合金冶炼煤气合成氨甲烷排气化肥厂焦结煤球干馏气电石炉排气造纸黑液甘蔗渣5-827-3056-61706.58055-601-21.5619.31423-270.3-0.8155116300-176003770—46006280—75408400146004200—460010900—117006000—12000kj/kg6300—11000kj/kg可燃废气、废液、废料余热可燃废气包括焦化厂的煤气、炼油厂的可燃废气、化工厂电石炉等废气；可燃废液包括炼油厂下脚渣油、废机油、造纸厂黑液、油漆厂化工厂等废液；可燃废料包括木材废料及其他固体废料。8%左右废气、废水余热生产所需使用蒸汽和热水所需的化工厂均存在一种余热。蒸汽锤蒸汽锤排汽余热占用气量的70%-80%凝结水排空10%~16%按温度分类高温余热中温余热低温余热500℃200~500℃200℃的烟气150℃的液体表1-2按温度范围划分的余热资源情况高温余热中温余热低温余热来源温度/℃来源温度/℃来源温度/℃熔炼用反射炉精炼用反射炉沸腾焙烧炉钢锭加热炉水泥窑（干法）玻璃熔炉垃圾焚烧炉1000-3000650-1650850-1000930-1035620-735980-1540845-1100工业锅炉排烟燃气轮机排汽往复式发动机排汽热处理炉排烟干燥、烘干炉排烟催化裂化装置退火炉冷却系统230-480370-540320-600420-650230-600430-650430-650生产过程中蒸汽凝结水轴承冷却水成型模冷却水内燃机冷却水泵冷却水空调和制冷冷凝器生产过程中热流体或热固体80-15030-9025-9066-12025-9032-4530-230行业余热资源来源占燃料消耗量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、电石气等的燃料热15%以上建材高温烟气、窑顶冷却、高温产品等约40%玻璃玻璃熔窑、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%表1-3我国主要行业的余热资源情况2.余热的特点余热的特点高温烟气含有腐蚀性气体（SO2、SO3、H2S、NOx、NH3）废气中不但含有丰富的显热，而且有时含有可燃性气体；废气中有大量的半熔状态的粉尘或烟炱等；废气等热源的温度差别有时很大；工艺废气是高温高压的，有些气体还有爆炸性；液体余热一般温度较低，但量很大；化工生产中固体余热相对较少。3、余热利用的策略3.1工业余热回收常用设备•换热器•汽化冷却装置•余热锅炉•热泵•热管3.2工业余热回收方式•热回收（直接利用热能）•动力回收（转变为动力或电力后再用）3.3科学回收余热1）用能的指导思想——追求用能过程的最小不可逆性，实现完全用能。2）用能的基本原则——用能方式合理化，按质用能，使供能与用能的品质匹配，实现合理用能。3）用能的主体——能的数量利用，尽可能减少外部损失，实现有效用能。4）用能的本质——能的质量利用，尽可能降低内部损失，实现充分用能。5）用能的系统工程——能的综合利用，主要指作功能与不作功能，功与热，动力与工艺等各种能的应用与配合，实现优化用能。1）用能的指导思想——最小不可逆性，完全用能能量传递过程中不可逆程度取决于传递的动力和阻力。过程不可逆性的存在，造成能量的损失。不可逆损失是热力学意义上的真正损失，称为内部损失，是不可挽回的。许多外部损失也是有内部损失引起的，如摩擦。用能的指导思想就是减少不可逆造成的内部损失，追求生产工艺许可的最小不可逆性。主要要点如下：①减小传递的动力：即减小能量传递过程中的温差、压差、位差、势差、密度差、浓度差等等。②降低传递的阻力：即进一步的、不断的降低摩擦、热阻等，为此必须提高设备制造精度，改进工艺流程，开发新设备等等。最小不可逆条件下的用能量潜力约占实际消耗量的25％～35％。度量过程不可逆程度的尺度是体系的熵增△Ssy,由于不可逆而造成的内部损失Ein是体系的熵增与环境热力学温度Ta的乘积，即Ein＝Ta△Ssy2）用能的基本原则——合理用能①按质用能：使用能与供能的品质（能级）尽可能相当。能的品质系数（能级）ε，是以能的作功本领来度量的，即总能E中所含火用Ex的比例，故ε=Ex／En对热能，εh=1-Ta/Tn对电能，εe=1n对机械能，εm=1n对水蒸汽能，εst=1-Tas/h式中，Ta-环境温度；T-热源温度；s-水蒸汽的熵；h-水蒸汽的焓。②简单用能：要尽量减少能量传递次数和环节。每多一次传递，多一个环节，就多一次不可逆损失。因此，在达到生产目的和工艺要求的条件下，用能的环节越简单越好，传递次数越少越好。这要求不断改进工艺，减少设备，缩短管线。3）能的数量利用——有效用能减少能量的外部损失，更多地利用能的数量，实现有效用能。外部能量损失的主要形式为功损和热损（冷损）。表现形式如排烟损失、排气损失、冷却热损失、散热损失、不完全燃烧损失、摩擦损失、空载损失、无功损失等等，重要为能量的流失和漏损，至于纯粹的跑冒滴漏不应考虑（必须杜绝）。①增加有效：努力增加已利用能、提高效率，如炉效、机效及其他多种设备效率和能量利用率；②减少损失：排烟温度、排气损失、散热损失等；③加强回收：回收各种可回收能（余能），再用可再用能（重能）。④降低消耗：所用与能源有关的消耗。4）能的质量利用——充分用能按照能的贬值性，能量利用过程就是能量传递过程，而能量传递总伴随着不可逆存在，因而能量在利用过程中数量虽未减少，但质量却一直下降，直到贬值为环境状态，而成为废能。为了使能的质量在贬值过程中被充分利用，须把握如下环节：①防止降质：如高压蒸汽节流，高温气体混合降温；又如煤石油天然气燃烧，化学能转变为热能。重点改善燃烧，提高燃烧产物的品味，如预热燃烧、加压燃烧、绝热燃烧等。防止降质。②多次利用：梯级利用、多效利用，磁流体发电-燃气发电-蒸汽发电等逐级利用。③提高品位：再热循环、压缩升温、利用热泵；④低质利用：吸收式制冷、低沸点工质的兰金循环，低质能供热、采暖等。5）能的系统利用——优化用能除了合理的用能方式，有效的能量利用和充分的能质利用外，科学用能还应包括能的系统综合利用——按系统工程进行优化用能。实践证明，并不是所有的作功能（火用）都去作功，所有的不作功能（火无）都去供热就最好，而是应当相互配合，使之优化，才能发挥更大作用。不作功能（火无）虽然不能转化为功，但在供热和供冷上却是十分重要的，甚至是不可缺少的。①总能系统：考虑了能的数量和质量、做功和供热等优化的用能系统。如电厂的热电合供、合成氨和乙烯的工艺-动力、动力-工艺的总能系统；②热泵系统：利用低温热和不做功能的有效手段。如制冷空调热泵、热泵供暖、海水淡化、热泵干燥、热泵蒸馏等。③综合系统：考虑了能量的转换、传递、使用和回收四个环节的综合用能优化。3.4余热回收原则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。余热余能无法回收用于加热设备本身，或者用后仍有部分可回收时，应将其用于生产蒸汽或热水，以及产生动力。要根据余热的种类、排出情况、介质温度、数量及利用的可行性，进行企业综合热效率及经济性分析，决定设置余热回收设备类型及规模。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。资金和土地的投入，应该首先考虑提高现有设备的效率上，绝不要把回收余热建立在大量能源浪费的基础上。不是所有的都可以回收。用途两类：一类给本身，一类用于其他的设备。决定了余热回收的同步性。3.5余热回收应注意的问题4、余热利用途径余热利用途径主要有三方面：余热直接利用、余热发电和余热综合利用。4.1余热直接利用（1）预热空气或给水余热的直接利用有以下途径：利用高温烟道排气，通过高温换热器来加热进入锅炉和工业窑炉的空气，可提高燃烧效率，节约燃料。如.锅炉烟道气的回收利用锅炉排烟温度一般在250～350℃，是锅炉热损失中最大的一项，一般占燃料消耗量的8～20％，因此，回收锅炉排烟热量，是提高锅炉效率，降低企业燃料消耗的重要措施。锅炉排烟热损失的回收利用是在锅炉烟道中装设省煤器与空气预热器。hhmDQ32'省煤器回收热量：QhhQarnetarnetmDQB,32,QttQarnetarnetVCQB,',ttVCQ'空气预热器器回收热量：省煤器节约燃料量：空气预热器节约燃料量：空气预热器省煤器（2）干燥物料利用各种生产过程中的排气来干燥材料和部件。例如，陶瓷厂的泥胚、冶炼厂的矿料等。（3）生产热水和蒸汽利用中低温的余热来生产热水和低压蒸汽，供生产工艺或生活需要。如.工业窑炉烟道气的回收利用工业窑炉排烟温度都较高，一般都在400℃以上，回收利用都是动力利用，其设备有余热锅炉，背压式发电机理及专用设备等。余热锅炉余热锅炉常规电站锅炉（4）制冷利用低温的余热通过吸收式制冷系统来达到制冷的目的。溶液再生冷却水开加热开冷水冷却水吸收器蒸发器（1）利用余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮机组发电。。利用余热发电通常有以下几种方式：4.2余热余压发电如.干熄焦发电技术干熄焦技术是利用冷的惰性气体(燃烧后的废气)，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦。吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再由循环风机鼓入干熄炉冷却红焦。干熄焦锅炉产生的蒸汽或并入厂内蒸汽管网或送去发电。由焦炉生产的温度约为1000℃的赤热焦炭排出装入焦罐车中，焦罐经牵引、提升移送至熄槽上部，从加焦口将焦炭放入干熄槽预存室，预存一定时间后下行至熄焦室，并与逆流的惰性循环气体N2进行热交换，冷却后的焦炭经排焦装置从排焦口排出，再经皮带转运至筛焦楼筛焦、储存，供炼钢（炼铁）用。（1000℃）（250℃）（800℃）余热锅炉二者在逆向运动中，焦炭逐渐被冷却到250℃以下，然后由炉底的卸料