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节约能源的法宝———余热回收技术

摘要：能源工业是国家的基础工业，能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，是提高和改善人民生活的必要条件。能源的开发利用是衡量一个国家经济发展和科学技术水平的重要标志。节能，从能源的角度是要指节约能源的消费，即从能源生产开始，一直到最终消费为止，在开采、运输、加工、转换使用等各个环节上减少损失和浪费，提高其有效利用的程度。节能，从经济的角度则是通过合理利用科学管理技术进步和经济结构合理化的途径，以最少的能源取得最大的经济效益。作为经济发展过程中不可回避的问题，节能正在逐渐成为中央政府和社会各界普遍关注的焦点问题。自古以来，我们就用地大物博形容我们的国家，我们拥有辽阔的土地，丰富的自然资源，自以为可以取之不尽，可是我们忽略了我们还拥有一个庞大的人口，我们人均资源量是那么的匮乏。节能正是改善现状，促进我国经济发展的有效举措。节能是实现我国经济持续高速发展的保证，是调整国民经济结构、提高经济效益的重要途径，节能将缓解我国的运输压力，有利于我国的环境保护。余热回收技术是节能的一种有效途径，本文将从余热资源、余热利用的途径、余热的动力回收等几个方面初步探索余热的利用，希望能为国家的节能发展贡献自己的一份力量。关键字：

余热

回收

输入系统的总能量再利用过程中可分为已利用的有效能和未能利用的损失能，对有效能的重复利用和损失能的部分回收利用总称为可回收的能量，简称余能。余能是由于技术、经济和社会条件所限，造成不能被充分利用的能源，一旦条件发生变化，就能逐渐获得利用。余热是余能的主要形式。载热性余能就是余热，包括各种排气、产品、物料、废物、工质、冷却水等所带出的高温热，如锅炉和窑炉的烟道气，燃气轮机、内燃机的排气，焦炭、熟料炉渣等的高温物理热等。★ 余热资源

企业中有着丰富的余热资源，从广义上讲，凡是温度比环境温度高的排气和待冷物料所含的热量都属于余热。具体而言，可以将余热分为以下六类。

⑴ 高温烟气余热

这类主要指各种炼窑炉、加热炉、燃气轮机、内燃机等排出的烟气余热。这类余热资源数量最大，约占整个余热资源的50%以上，其温度约为650-1650度。

⑵ 可燃废气、废液、废料的余热

这类主要指高炉煤气、转炉煤气、炼油厂可燃废气、纸浆厂黑液、化肥厂的造气炉渣、城市垃圾等。它们不仅具有物理热，而且含有可燃气体。可燃废料的燃烧温度在600-1200度，发热值约为3350-10465kj/kg。

⑶ 高温产品和炉渣的余热

这类主要有焦炭、高炉炉渣、钢坯、钢锭、出窑的水泥和砖瓦等。它们在冷却过程中会放出大量的物理热。

⑷ 冷却介质的余热

这类主要指各种工业窑炉壳体在冷却过程中由冷却介质所带走的热量。例如电炉、锻造炉、加热炉、转炉、高炉等都需采用水冷，而水冷产生的热水和蒸汽都可以利用。

⑸ 化学反应余热

这类主要指化工生产过程中的化学反应热。这种化学反应热通常又可在工艺过程中再加以利用。

⑹ 废气、废水的余热

这种余热的来源很广，如热电厂供热后的废气、废水、各种动力机械的排气以及各种化工轻纺工业中蒸发浓缩过程中产生的废气和排放的废水等。

余热按温度水平可以分为三档:高温余热，温度大于650度；中温余热，温度为230-650度；低温余热温度低于230度。★ 余热利用的途径

余热利用的途径主要有三方面：余热的直接利用、余热发电和余热的综合利用。⒈余热的直接利用

余热的直接利用有以下途径。⑴ 预热空气

它是利用高温烟道排气，通过高温换热器来加热进入锅炉和工业窑炉的空气。由于进入炉膛的空气温度提高，使燃烧效率提高，从而节约燃料。在黑色和有色金属的冶炼过程中，广泛采用这种预热空气的方法。⑵ 干燥

即利用各种工业生产过程中的排气来干燥材料和部件。例如，陶瓷厂的泥坯、冶炼厂的矿料、铸造厂的翻砂模型等。⑶ 生产热水和蒸汽

它主要是利用中低温的余热来生产热水和低压蒸汽，以供应生产工艺和生活方面的需要，在纺织、造纸、食品、医药等工业，以及人们生活上都需要大量的热水和低压蒸汽。⑷ 制冷

它是利用低温余热通过吸收式制冷系统来达到制冷的目的 ⒉余热发电

利用余热发电通常有以下几种方式。

⑴ 用余热锅炉（又称废热锅炉）产生蒸汽，推动汽轮机发电机组发电。⑵ 高温余热作为燃气轮机机的热源，利用燃气发电机组发电。⑶ 如余热温度较低，可利用低沸点工质（如正丁烷），来达到发电的目的。⒊余热的综合利用

余热地综合利用是根据工业余热温度的高低，采用不同的利用方法，实现余热地梯级利用，已达到“热尽其用”的目的。例如高温排气，首先应当用于发电，而发电的余热，在用于生产工艺用热，生产工艺的余热，再用于生活用热。如工艺用热要求的温度较高，则可通过汽轮机的中间抽气来予以满足。对于高温高压废气应尽可能采用燃气-蒸汽联合循环。★ 余热的动力回收

余热中动力回收的经济性好，许多热设备的排气温度较高，能满足动力回收的条件。此外，许多可燃废气，其温度和热值都比较高，也是理想的动力回收的资源。

在动力回收中，最简单的是直接利用可燃废气驱动燃气轮机。例如，一个年产万吨的小化肥厂，其排放的废气流量为450m³/h,热值为14600kj/m³，采用适当的稳压措施后，这种废气既可作为燃料直接驱动200千瓦的燃气轮机，而燃气轮机的排气还可用作余热锅炉的热源，生产0.3兆帕的饱和蒸汽。据估算，这种余热动力回收系统，三年内即可收回全部投资。此外利用高炉煤气的余压驱动特殊设计的膨胀涡轮机发电，也是一种动力回收的方式。

对于中高温的废气，在很多情况下，都是采用余热锅炉产生蒸汽，在驱动汽轮机发电。在20世纪60年代以前，一般仅利用余热锅炉生产少量的中低压蒸汽，供生产或工艺用气之用。随着技术的发展，余热锅炉以向大容量和高参数方向发展，蒸汽压力以达10-14兆帕，单机蒸发量也超过200吨每小时。据估算，年产30×10000吨的合成氨装置。

余热锅炉的结构和一般锅炉类似，也是有省煤器和蒸发受热面和过热器等组成，但由于热源分散，温度水平不同，因此不等像普通锅炉那样组成一个整体，岂不知应服从工艺要求，多采用分散布置。因为不需要炉膛，所以其外形更类似于换热器。此外，由于工艺排气中往往含有腐蚀性气体和粉尘，在余热锅炉的设计中应充分考虑废气的特点，在除尘和防腐蚀方面采取一些特殊的措施。在大多数情况下，余热源的热负荷是不稳定或周期波动的，为了使余热锅炉保持供气稳定，在系统中常常还需要并联工业锅炉，或在锅炉中加装辅助燃烧器或蒸汽蓄热器，以调解负荷。

对于低温的余热，在动力回收中通常采用闪蒸法或低沸点工质法。闪蒸法主要用于低温热水或汽水混合物。低温热水在闪蒸器中闪蒸成蒸汽，然后再利用所产生的蒸汽推动蒸汽轮机发电。为充分利用低温余热，还可采用两级闪蒸。与单级闪蒸相比，两级闪蒸可有效提高功率，但系统较为复杂。

采用低沸点工质的动力回收方法有两种。一种方法是直接利用低温热源降低沸点工质加热并产生蒸汽，在利用其蒸汽推动汽轮机做功。这种低沸点工质发电的热力系统和普通蒸汽热力系统在工作原理是完全一样的。可选用低沸点工质除正丁烷外，还有氯丁烷、异丁烷、各种氟利昂，大多数的碳氢化合物以及其他低沸点物质。对低沸点工质的要求主要包括：转换和传热性能好，例如比热大、密度高、导热系数大等；工作压力适中；来源丰富，价格低廉，化学稳定性好，对金属腐蚀小，毒性小，不易燃易爆等。

另一种采用低沸点工质的动力回收方法是采用双循环法，及低沸点工质作为直接做功工质，而另一种工质则作为中间传热介质，构成双工质循环。

这种双工质循环法常用于温度稍高的低温余热利用。这是因为低沸点工质在较高的温度下易发生热分解，不宜采用余热直接加热蒸发。通常作为传热介质的油类多为聚醇酯油，它不但和氟利昂亲和力强，而且氟利昂蒸发后分离容易，因此可以采用直接接触式的热交换器，不但换热效率高，而且换热器尺寸缩小。此外油还起蓄热地作用，能适应于热热源流量和温度的波动。

除了闪蒸法和低沸点工质法外，还有一种全流量法。它是采用两相膨胀机，直接利用来自于热热源的两相混合物在膨胀机内做功，无需分离与闪蒸，因此结构简单，是一种有前途的余热发电装置。★ 凝结水回收系统

蒸气是工业生产和人们生活中被广泛应用的载热介质，由于其具有来源充足、价格低廉，无毒，无污染，不爆炸且热容量大等优点，已被广泛应用于化工、制药、纺织、烟草、造纸、采油与石化印染电力等诸多领域。

一般用气设备利用的蒸汽热量只不过是蒸汽的潜热，而蒸汽中的显热，即凝结水中的热量，几乎没有被利用。凝结水温度等于工作蒸汽压力下的饱和温度，蒸汽压力越高，凝结水中的热量也越多。其含量可以达到蒸汽所含热量的20%-30%。如果不加以回收，不仅仅损失热能，而且也损失了高多洁净的水，是锅炉给水和水处理费用增加。

凝结水的最佳回收利用方式就是将凝结水送回锅炉房，作为锅炉的给水。凝结时会回收系统可分为开式和闭式两类。所谓开式系统，即从用气设备来的凝结水，经疏水器由凝结水本身的重力排至凝结水箱中。此凝结水箱与大气相通，凝结水箱与大气相通，凝结水处于大气压力，并与空气直接接触。闭式系统的凝结水箱则是密封的，其内部压力比大气压力稍高。

显然开始系统比较简单，尤其在凝结水可靠自身重力或压力流回水箱时更是如此。但在工作蒸汽压力较高时，由于冷凝水也具有一定的压力，当流回处于大气压力下的开式水箱时，将会因压力降低而产生大量的蒸汽，即所谓二次蒸汽。二次蒸汽散逸至大气中，不但导致大量的热损失，而且污染环境。因此在凝结水回收系统中应尽量采用闭式系统。另外，由于闭式系统中的水不会与空气接触，不会吸收空气中的氧，因此不易腐蚀。当然闭式系统的投资高于开始系统。

蒸汽在用气设备和管道中放出潜热以后，即凝结为水。在设备中积存的凝结水应及时排出。如积存过多，对加热设备来说，将减少蒸汽的散热面积，降低设备的加热效果；对动力设备和管道还会引发水击。为此在加热设备和管道的泄水管出口应装设疏水器。疏水器的作用时能及时将凝结水排出，并能阻止未凝结的蒸汽露出，所以又将之称为阻气器。由于作用原理不同，疏水器可以分为机械型、热动力型和热静力型。此外，低压蒸汽系统和高压蒸汽系统所用的疏水器也不相同，在设计时必须正确选用。

余热回收虽然可以节能，但又需付出一定的代价，如设备投资、折旧和维护费等。因此在进行余热利用时一定要考虑经济效益，进行余热利用效果的经济评价。但是从国家的发展大局，建设资源节约型社会方面来看还是很有必要的，所获得的社会效益和环境效益不是能用钱来衡量的。

作为以热能为专业的大学生，我们要在各方面渗透节能的理念，无论是在工作还是生活中，要学好专业知识，紧跟能源发展潮流，敢于创新，发现更多节能的方向，制造出更多节能的设备，为我们国家的能源发展贡献出自己的一份力量。

参考文献

【1】 黄素逸，王晓墨.节能概论.华中科技大学出版社 【2】 任有中.能源工程管理.中国电力出版社