我国工业余热回收利用技术综述_连红奎

第29卷，总第166期2011年3月，第2期《节能技术》

ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.29，Sum.No.166Mar.2011，No.2

我国工业余热回收利用技术综述

连红奎，李

艳，束光阳子，顾春伟

（清华大学热能工程系，北京100084）

摘

要：节能减排主要依靠工业领域，工业余热利用是重要内容。本文从余热利用过程能量转

换情况角度，概述了国内用于余热利用的热交换技术、热功转换余热发电技术及余热制冷制热技术

及其设备的技术特点及应用概况，分析了工业余热利用中的存在的问题，认为需进一步推广余热锅炉及低温汽轮机余热发电技术，提高中高温余热的利用率，需要强化研究并掌握有机朗肯循环等300ħ以下低温余热发电技术，积极向工程应用推广，提高低品位余热利用率。

关键词：工业余热利用；热交换技术；热功转换余热发电技术；余热制冷制热；低温有机朗肯循环

中图分类号：TK11+

5文献标识码：A 文章编号：1002－6339（2011）02－0123－06

An Overview of Domestic Technologies for Waste Heat Utilization

LIAN Hong －kui ，LI Yan ，SHU Guang －yangzi ，GU Chun －wei

（Department of Thermal Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ）

Abstract ：Waste heat recovery in industry is indispensable in saving energy ，lowering energy consumption and reducing pollutants．This paper overviewed the characteristics and applications of waste heat recovery technologies in China such as heat transfer utilization ，power generation technologies ，refrigeration and heat pump．The dissemination of waste heat boiler and power generation technologies is necessary for in-creasing the ratio of midium /high temperature waste heat utilization ；meanwhile Organic Rankine Cycle system is an effective solution to the low temperature waste heat recovery and the development is a press-ing need．

Key words ：waste heat utilization ；waste heat transfer ；power generation technologies ；refrigeration and heat pump ；low temperature Organic Rankine Cycle

收稿日期2010－12－21

修订稿日期2011－01－12

基金项目：杭州中能汽轮动力有限公司支持项目

“低温有机朗肯循环系统及透平的设计与开发”

。作者简介：连红奎（1985 ），男，硕士研究生，研究方向：叶轮机

械与热力学。

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（能量）

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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［1－2］。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工业余热资源特点

余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。按照温度品位，工业余热一般分为600ħ以上的高温余热，300 600ħ的中温余热和300ħ以下的低温余热三种；按照来源，工业余热又可被分为：烟气余热，冷却介质余热，废汽废水余热，化学反应热，高温产品和炉渣余热，以及可燃废气、废料余热［3］。

具体来说，烟气余热量大，温度分布范围宽，占工业余热资源总量的50%以上，分布广泛，如冶金、化工、建材、机械、电力等行业，各种冶炼炉、加热炉、内燃机和锅炉的排气排烟，而且有些工业窑炉的烟气余热量甚至高达炉窑本身燃料消耗量的30% 60%，节能潜力大，是余热利用的主要对象。冷却介质余热是指在工业生产中为了保护高温生产设备或满足工艺流程冷却要求，空气、水和油等冷却介质带走的余热，多属于中低温余热，余热量占工业余热资源总量的20%。废水废汽余热是一种低品位的蒸汽或凝结水余热，约占余热资源总量的10% 16%；化学反应余热占余热资源总量的10%以下，主要存在于化工行业；高温产品和炉渣余热主要指坯料、焦炭、熔渣等的显热，石化行业油、气产品的显热等；可燃废气、废料余热是指生产过程的排气、排液和排渣中含有可燃成分，如冶金行业的高炉煤气、转炉煤气等。

虽然余热资源来源广泛、温度范围广、存在形式多样，但从余热利用角度看，余热资源一般具有以下共同点［3］：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、原生产等固有条件限制。

因此工业余热资源利用系统或设备运行环境相对恶劣，要求有宽且稳定的运行范围，能适应多变的生产工艺要求，设备部件可靠性高，初期投入成本高，从经济性出发，需要结合工艺生产进行系统整体的设计布置，综合利用能量，以提高余热利用系统设备的效率。

2工业余热利用技术

余热温度范围广、能量载体的形式多样，又由于所处环境和工艺流程不同及场地的固有条件的限制，生产生活的需求，设备型式多样，如有空气预热器，窑炉蓄热室，余热锅炉，低温汽轮机等。常见的工业余热回收利用方式，有多种分类方式，根据余热资源在利用过程中能量的传递或转换特点，可以将国内目前的工业余热利用技术分为热交换技术、热功转换技术、余热制冷制热技术。

2．1热交换技术

余热回收应优先用于本系统设备或本工艺流程，降低一次能源消耗，尽量减少能量转换次数，因此工业中常常通过空气预热器、回热器、加热器等各种换热器回收余热加热助燃空气、燃料（气）、物料或工件等，提高炉窑性能和热效率，降低燃料消耗，减少烟气排放；或将高温烟气通过余热锅炉或汽化冷却器生成蒸汽热水，用于工艺流程。这一类技术设备对余热的利用不改变余热能量的形式，只是通过换热设备将余热能量直接传递给自身工艺的耗能流程，降低一次能源消耗，可统称为热交换技术，这是回收工业余热最直接、效率较高的经济方法，相对应的设备是各种换热器，既有传统的各种结构的换热器、热管换热器，也有余热蒸汽发生器（余热锅炉）等。

2．1．1间壁式换热器

工业用的换热器按照换热原理基本分为间壁式换热器、混合式换热器和蓄热式换热器。其中间壁式和蓄热式是工业余热回收的常用设备，混合式换热器是依靠冷热流体直接接触或混合来实现传递热量，如工业生产中的冷却塔、洗涤塔、气压冷凝器等，在余热回收中并不常见。

间壁式换热器主要有管式、板式及同流换热器等几类，管式换热器虽然在热效率较低，平均在26% 30%，紧凑性和金属耗材等方面也逊色于其它类型换热器，但它具有结构坚固、适用弹性大和材料范围广的特点，是工业余热回收中应用最广泛的热交换设备。冶金企业40%的换热器设备为管式换热器，允许入口烟气温度达1000ħ以上，出口烟温约600ħ，平均温差约300ħ［4］。板式换热器有翅片板式、螺旋板式、板壳式换热器等，与管式换热器相比，其传热系数约为管壳式的二倍，传热效率高，

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