工業(yè)余熱主要指工業(yè)企業(yè)熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備及用能設(shè)備在生產(chǎn)過程中排放的廢熱、廢水、廢氣等低品位能源。余熱資源普遍存在于鋼鐵、化工、石油、建材、輕工和食品等行業(yè),這些行業(yè)都存在豐富的等級不同的余熱資源,利用余熱回收技術(shù)將這些低品位能源加以回收利用,是節(jié)能的重要手段之一。按照余熱資源載體的溫度高低,可以把余熱資源按品味進行劃分,溫度高則代表余熱資源的可做功能力高,即便是直接傳熱也可以方便利用,即是所謂“高品位余熱資源”。溫度低,則代表該余熱資源品味較低。現(xiàn)在工業(yè)企業(yè)中品味較高的高溫和中溫余熱資源絕大部分得到了很好的利用,對低品位余熱資源的利用也已經(jīng)進行了不少探索。但是總的來說,低品位余熱資源的利用還處于起步階段。
一、低品位余熱資源的來源及利用難點
余熱資源的主要來源為:
?、贌煔獾挠酂?
②高溫產(chǎn)品和爐渣的余熱;
?、劾鋮s介質(zhì)的余熱;
?、芸扇紡U氣、廢液和廢料的余熱;
?、輳U汽、廢水余熱;⑥化學(xué)反應(yīng)余熱。
比較典型的低品位余熱資源有:
?、?鍋爐(加熱爐)等排放的煙氣,溫度在140~220℃;
?、诟郀t渣、煉鋼渣的沖渣水,溫度在60~90℃;
③蒸汽冷凝液,溫度在90~120℃
?、軣捰托袠I(yè)柴油汽油工藝降溫,溫度在150℃左右。
低品位余熱資源的利用難點在于:
①大部分低品位余熱資源含有腐蝕性的物質(zhì),對設(shè)備長期安全運行構(gòu)成不小的影響;
②有的低品位余熱資源具有間歇性的特點,難于連續(xù)運行;
?、塾捎谄肺遁^低,難以在現(xiàn)場附近尋找到合適的供熱(冷)負(fù)荷;
?、苡糜诎l(fā)電,效率較低,技術(shù)還有待成熟,經(jīng)濟效益偏低。
二、低品位余熱資源利用的關(guān)鍵技術(shù)
1、以相變換熱為代表的高效熱管換熱技術(shù)
低品位余熱資源的利用由于溫差較小,通常要使用較大的傳熱面積,這也代表著鋼材使用量的增加和占地面積的增加,使得傳統(tǒng)換熱器并不適合于低品位余熱資源的利用場合。而采用相變換熱為基礎(chǔ)的高效熱管換熱技術(shù),能夠大大提高傳熱系數(shù),減少鋼材的耗量,同時也便于控制受熱面的壁面溫度。
2、換熱器耐腐蝕\磨損技術(shù)
工業(yè)余熱資源普遍存在腐蝕性的因素,煙氣里面含有酸性氣體和粉塵,廢水中含有氯離子等。這些腐蝕性因素對換熱器的長期穩(wěn)定運行構(gòu)成嚴(yán)重的影響。要想利用低品位余熱,就必須解決好腐蝕問題,采用特定的換熱器材質(zhì),合理布置換熱器的結(jié)構(gòu),都有助于減緩換熱器的腐蝕,也要注意換熱器利用的經(jīng)濟性。
3、熱泵及低溫余熱溴化鋰制冷技術(shù)
使用熱泵及低溫余熱溴化鋰制冷,可以將低溫余熱升級利用,但是也面臨提高能效利用效率和受熱面腐蝕的問題,需要在熱泵和溴化鋰制冷機的設(shè)計中考慮這一問題。
4、膨脹機發(fā)電技術(shù)
膨脹動力機技術(shù)作為低品位發(fā)電減排技術(shù),能夠利用過熱蒸汽、飽和蒸汽、熱水、熱液和其他熱源等,可以使用70℃以上的熱水和130℃(也有資料介紹在180~20 0℃)以上的不含硫煙氣作為熱源,也可以使用低壓蒸汽。
5、有機朗肯循環(huán)發(fā)電及其它低溫發(fā)電技術(shù)
對于工業(yè)中大量存在的200 ℃,甚至300℃以下的低品位余熱,難以使用常規(guī)的蒸汽/飽和蒸汽/熱水作為工質(zhì)進行發(fā)電利用。這時候,可以考慮采用有機工質(zhì)循環(huán)方案。
三、低溫余熱回收利用的原則
從盡可能充分利用低品位余熱資源的角度出發(fā),建議低溫余熱資源利用遵循以下原則:
(1)首先應(yīng)該盡可能優(yōu)化生產(chǎn)工藝,合理組織換熱流程,降低工藝用能,在生產(chǎn)工藝中盡可能地減少低溫余熱的產(chǎn)生。
(2)低溫余熱資源的利用要綜合考慮廠區(qū)內(nèi)和周邊地區(qū)的工業(yè)、民用等用熱(冷、電)需求,不能孤立地考慮,利用的時候應(yīng)按照用戶距離“先近后遠(yuǎn)”及利用周期“優(yōu)先長周期”的原則,做好利用規(guī)劃。
(3)低溫余熱資源的利用應(yīng)根據(jù)余熱的品質(zhì)、數(shù)量和用戶需求,按照能級匹配的方式實現(xiàn)梯級利用,盡可能減少傳熱溫差。
(4)在低溫余熱資源的利用方式,按照“直接熱利用—制冷制熱—熱功轉(zhuǎn)換”的順序,合理安排利用方式。
(5)具體設(shè)計利用方案時,還要考慮是否傳熱元件的耐腐蝕性和利用技術(shù)成熟度,做好經(jīng)濟效益分析和對比。