工业余热的现状与利用

工业余热现状与利用

姚**

北京科技大学机械学院，100083

摘要：工业余热指工业生产中各种热能装置所排出的气体、液体和固体物质所载有的热量。余热属于二次能源，是燃料燃烧过程所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩余的热量。我国能源利用率相比发达国家较低，至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。工业余热节能潜力巨大，近年来已经成为我国节能减排工作的重要组成部分。

关键字：工业余热节能减排热管

0引言

当前，我国能源利用仍然存在着利用效率低、经济效益差，生态环境压力大的主要问题。节能减排、降低能耗、提高能源综合利用率作为能源发展战略规划的重要内容，是解决我国能源问题的根本途径，处于优先发展的地位。

实现节能减排、提高能源利用率的目标主要依靠工业领域。处在工业化中后期阶段的中国，工业是主要的耗能领域，也是污染物的主要排放源。我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70％，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30％左右。除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外，工业余热利用率低，能源没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因。

我国能源利用率仅为33％左右，比发达国家低约10％。至少50％的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。因此从另一角度看，我国工业余热资源丰富，广泛存在于工业各行业生产过程中，余热资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，其中可回收率达60％，余热利用率提升空间大，节能潜力巨大。工业余热回收利用又被认为是一种“新能源”，近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容。[1]

1工业余热资源

工业余热来源于各种工业炉窑热能动力装置、热能利用设备、余热利用装置和各种有反应热产生的化工过程等。目前，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。合理充分利用工业余热可以降低单位产品能耗，取得可观的经济效益。

工业余热按其能量形态可以分为三大类，即可燃性余热、载热性余热和有压性余热。

1）可燃性余热

可燃性余热是指能用工艺装置排放出来的、具有化学热值和物理显热，还可作燃料利用的可燃物，即排放的可燃废气、废液、废料等，如放散的高炉气、焦炉气、转炉气、油田伴生气、炼油气、矿井瓦斯、炭黑尾气、纸浆黑液、甘蔗渣、木屑、可燃垃圾等。

2）载热性余热

常见的大多数余热是载热性余热，它包括排出的废气和产品、物料、废物、工质等所带走的高温热以及化学反应热等，如锅炉与窑炉的烟道气，燃气轮机、内燃机等动力机械的排气，焦炭、钢铁铸件、水泥、炉渣的高温显热，凝结水、冷却水、放散热风等带走的显热，以及排放的废气潜热等。

3）有压性余热

有压性余热通常又叫余压（能），它是指排气排水等有压液体的能量。另外，因为工业余热的温度是衡量其质量（品位）的重要标尺，而其温度的高低亦影响了余热回收利用的方式，所以余热也通常按温度高低分为：高温余热，T≥650℃；中温余热，230 ℃≤T<650℃；低温余热，T<230℃。

余热资源来源广泛、温度范围广、存在形式多样.从利用角度看，余热资源一般具有以下共同点：由于工艺生产过程中存在周期性、间断性或生产波动，导致余热量不稳定；余热介质性质恶劣，如烟气中含尘量大或含有腐蚀性物质；余热利用装置受场地等固有条件限制。

2工业余热利用现状

2.1工业余热利用总体现状

我国能源利用率仅为33%左右，比发达国家低

约10%，至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。余热利用率提升空间大，节能潜力巨大，近年来被视为推进我国节能减排工作的重要内容。

[2]

截至2010年，钢铁、水泥、玻璃、合成氨、烧碱、电石、硫酸七个工业行业余热发电装机总容量近1200万千瓦，到“十二五”末，这七个工业行业余热发电装机总量将达到2600万千瓦，将超过三峡电站，相当于现有核电装机总容量的2.4倍。目前，余热发电项目毛利率在60%以上，净利润在30%-40%之间，内部收益率在15%-25%之间，投资回报期为4-6年。[3]

后一段时间中高能耗企业自主投资建设模式仍将是主要的建设模式。对于中小规模的高能耗企业而言，合同能源管理模式（EMC）能够很好地解决技术和资金的问题。

2.2 各行业余热利用现状

2.2.1冶金行业

冶金企业属于耗能型企业，其能耗占全国能耗的10％左右，占工业部门能耗的15％左右，能源费用占企业生产总成本20％～30％。由于能源生产的增长速度尚难以适应国民经济发展的要求，能源价格的上升和波动已经对冶金企业的生存和发展构成了挑战，节能降耗已经成为冶金企业长期的战略任务。冶金企业从原料、焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及轧钢的生产过程中产生大量含有可利用热量的废气、废水、废渣，同时在各工序之间存在着含有可利用能量的中间产品和半成品。充分回收和利用这些能量，是企业现代化程度的标志之一。

[4][5]

目前，冶金企业常用的余热利用方式有：安装换热器、余热锅炉、炉底管汽化冷却、冷热电联产等，回收后的热量主要用于预热助燃空气、预热煤气和生产蒸汽。国内冶金企业换热器的发展趋势是：换热器的型式由简单的低效型走向强化传热的高效型，热风温度一般在300℃以上(比过去提高了80-100℃)，出换热器的烟温由过去的400-500℃降低到250-400℃。以宝钢钢铁股份有限公司为例[6]，其主要的余热回收技术有：干熄焦(CDQ)发电技术、烧结余热回收技术、高炉余压发电技术、副产煤气回收技术、热送热装技术、加热炉汽化冷却技术、炉窑烟气余热回收技术等。十年来，该公司余能回收量大幅提高了86％。

2.2.2化工行业

化工行业的生产过程中，产生大量的余热资源，具有非常大的节能潜力。以硫酸行业为例，根据相关研究，理论上，以硫铁矿或硫磺为原料，每生产1吨硫酸，放出的热能分别为7114×10千焦或5884×10千焦，而实际生产中，扣除各类热损失之后，可回收利用的余热分别为4680×10千焦或4250×10千焦，其中高温、中温、低温余热资源分别占62%-59%、11%-12%、27%-29%。目前除硫酸行业外，其他化工行业也开始重视余热资源的利用，根据统计数据和预测：

1）硫酸：2009年硫磺制酸产量27958kt，预计装机容量1000MW；硫铁矿制酸全年产量为13846kt，预计装机容量500MW；冶炼烟气制酸达到17785kt，预计装机容量700MW。

2）合成氨：2009年全国完成合成氨5135.5万吨、尿素2932.4万吨。预计装机容量100MW。

3）纯碱、烧碱：2009年我国烧碱产量为1891万t。预计装机容量500MW。

4）独立焦化厂焦化炉干熄炉：全国焦化企业数量在1000家左右，目前干熄焦炉配置比约20%。2010-2013年焦化行业干熄率40%以上。预计总的市场装机容量为1000MW。

2.2.3轻工行业

《工业节能“十二五”规划》中，轻工行业节能减排主要集中在造纸行业。虽然造纸工业本身具有良好的能源回收利用条件，但是造纸行业目前仍是我国高能耗、高污染的行业，国内浆纸业的综合能耗比发达国家多1倍。造纸行业余热利用不仅可以节约大量能源，而且具有良好的经济效益，自给能源可达50%以上。

2.2.4其他行业余热利用

建筑陶瓷行业消耗的热能中，主要集中于干燥和烧成工序，它们的能耗占整个企业能耗的80％以上。其中，约有61％用于烧成工序，干燥工序能耗约20％。我国陶瓷行业的能源利用率为28％-30％[7]，而发达国家的能源利用率一般高达50％以上。建筑陶瓷企业的窑炉所产生的烟气带走的热量是巨大的，而目温度较高可达400-500℃，占窑炉总热量的25％-35％，喷雾塔所产生的烟气和水气热能虽然温度较低(8O～120℃)，但热量巨大。人们对这部分余热利用已经重视起来，目前已经逐渐开始推广利用窑炉余热直接加热干燥坯体或喷雾泥浆、在换热器中用烟气余热加热助燃空气和气态燃料、设置余热锅炉生产蒸汽以及用于冷热电联产。