热力系统节能技术

4.3、余热回收遵循原则 4.3.1优先使用原则：
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。 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。 4.3.2热经济性原则：
要根据余热的种类，数量，介质温度，排出的情况研
低温余热
来源 温度 /℃ 80-150 30-90 25-90 66-120 25-90
10003000 精炼用反射炉 6501650 沸腾焙烧炉 8501000 钢锭加热炉 9301035 水泥窑（干法） 620-735 玻璃熔炉 9801540 垃圾焚烧炉 8451100
230-480 生产过程中蒸汽 凝结水 370-540 轴承冷却水 320-600 成型模冷却水 420-650 内燃机冷却水 230-600 泵冷却水
催化裂化装置
退火炉冷却系统
430-650 空调和制冷冷凝 器 430-650 生产过程中热流 体或热固体
32-45
30-230
3、可利用的余热资源
3.1、石油工业
n
每加工1t原油平均消耗燃料（油及气）42.42kg，蒸汽 570kg，电力34.5kW· h。统一折算相当于358×104kJ。 其中50%以上的能源消耗是通过各种油加热炉和蒸汽 锅炉，热能损失为加热炉的烟气热、空气冷却器和水
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。
热力系统节能利用技术
企业余热利用技术
余热资源概述 余 热 利 用 技 术
蒸汽余热回收与利用
凝结水回收
常压二次蒸汽回收利用
热泵原理及应用 热管技术及应用 高效热交换技术
第一节 余热资源概述
1、余热资源定义 2、余热资源分类
3、可利用的余热资源 4、余热利用原理和方法
1、余热资源定义
n
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。 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。 注意
n
表1-4 我国主要行业的余热资源情 况
行业
冶金 化工
余热资源来源
轧钢加热炉、均热炉、平炉、转炉高炉、焙烧窑 等 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 高温烟气、窑顶冷却、高温产品等 玻璃熔窑、搪瓷窑、坩埚窑等 烘缸、蒸锅、废气、黑液等 烘干机、浆纱机、蒸煮锅等 锻造加热炉、冲天炉、热处理炉及汽锤乏汽等
占燃料消耗量 比例
33%以上 15%以上
建材 玻璃 造纸 纺织 机械
约40% 约20% 约15% 约15% 约15%
4、余热利用原理和方法
4.1、科学用能的概念 4.1.1能的可用性：科学用能的概念建立在能的可用性基础之上。 所谓能的可用性，是指能量可以利用的程度和限度。 4.1.2用能过程中的三条规律： 1）能量守恒：在用能过程中，能的数量不变; 2）能质贬值：在用能过程中，能的质量下降； 3）能可做功：在用能过程中，能的品质依据可能作功的多少 来衡量。 能的可用性应包括能的数量和质量两大方面利用。应当包 括作功能（火用）与不做功能（火无）两大部分利用；同时综
废气、废水余热
化学反应余热
10%~16% 10%以下
表1-1 可燃废气、液、料的发热量
废气、废液、废料 CO 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 5-8 27-30 56-61 70 6.5 80 可燃成分/% H2 55-60 1-2 1.5 6 19.3 14 CH4 23-27 0.30.8 低位发热量 (kj/m3） 16300-17600 3770—4600 6280—7540 >8400 14600 4200—4600 10900—11700 6000—12000kj/kg 6300—11000kj/kg
清洁烟气
易积灰、结垢的烟气
余热锅炉
热管余热锅炉
（2）结合本身工艺
需要使用蒸汽工艺，利用烟气余热产生蒸汽；
需要热空气工艺，利用烟气余热加热热风（空调）；
需要烘干工艺，利用烟气余热进行煤调湿（钢铁行
业）。
4.4.3梯级利用
3.0MPA 1.5MPA 0.6MPA 0.3MAP
去电厂锅炉除氧器
图1-1化工行业的冷凝水余热回收示意图
n
n
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。
2、余热资源分类
高温烟气余热
50%
按 来 源 分 类
高温产品和炉渣的余热
6%~4%
冷却介质的余热
15%~23% 8%
可燃废气、废液和废料余热
合考虑上述三点的恰当配合利用。做到把能源提供的能量“吃
干榨尽”，全部实现能的可用性。
4.1.3科学用能的概念
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
15 5 1
按 温 度 分 类
高温余热 中温余热 低温余热液体
表1-2 按温度范围划分的余热资源情况
高温余热
来源 熔炼用反射炉 温度/℃
中温余热
来源 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 温度/℃
n
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。
n
以重油为原料的合成氨装置，在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240万吨重油的大型催化裂化装置，可供回收 的能量达2万千瓦，本装置主风机需要动力1.5万千瓦，尚有 余力发电，供全厂使用。
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△Ssy
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）。
如表1-5 工业锅炉最低热效率标准和排烟温 度标准
锅炉容量/MW 热效率/% 排烟温度/
0.35 0.350.7 0.72.8 2.8-7 7
58 60 65 70 74
300 250 220 200 180
如表1-6 工业锅炉烟气余热回收率标准
烟气出 使用低发热量燃料时 使用高发热量燃料时 炉温度 余热回 排汽温 预热空 余热回 排汽温 预热空 ／ 收率 度/ 气温度 收率 度/ 气温度 /% / / / % 500 20 350 250 22 340 220 600 23 400 250 27 380 220 700 24 460 300 27 440 260 800 24 530 350 28 510 300 900 26 580 350 28 560 300 100 26 670 400 28 650 350 0 2671 450 30- 670 40 10 48 0 55 0 00 4
2）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／E
n n n n
对热能，εh=1-Ta/T 对电能，εe=1 对机械能，εm=1
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。
究利用的可能性，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。 4.3.3环保原则：符合环保标准。
4.4、余热回收利用的案例
4.4.1按余热品位，结合工艺确定回收方案 如：排烟余热的回收 高温烟气 中温烟气 低温烟气 发电 供热 采暖、热水系统
4.4.2按余热特点回收 （1）烟气清洁度
4.4.4其他利用
冷却水： 先采暖（热泵供热） 后冷却塔
多效蒸发：蒸发汽逐级利用，按需要量采用
n
冷却器带出热。
n
一座年产250万吨的炼油厂，通过空冷、水冷和烟道三 方面排走的热量高达480×106kJ/h，其温度都在 100~550℃范围内。
3.2、化工工业
n
化工企业所消耗的能量约占总能耗的20%，但其能量利用率 不高。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。
4、余热利用原理和方法
4.2、余热的确定：
分析余热资源的数量和质量。 2）余热的评价标准（国家标准）： GB/T3486-1993 《评价企业合理用热技术导
1）采用测试、统计手段，参照国家标准、行业标准和地区标准，
则》
GB/T3485-1998 《评价企业合理用电技术导 则》 GB/T7119-1993 《评价企业 合理用水技术导则》
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。