利用工業(yè)余熱進(jìn)行集中供熱的理論探討

摘要：隨著節(jié)能減排淘汰落后產(chǎn)能政策在全國范圍內(nèi)的實(shí)施，各級地方政府加快了拆除高耗能、高污染、低熱效率的區(qū)域小鍋爐的步伐。而熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組及大噸位鍋爐具有節(jié)約燃料和減少環(huán)境污染的特點(diǎn)， 在未來將成為我國主要的集中供熱主體。目前熱電聯(lián)產(chǎn)熱源主要來源為電廠和尖峰鍋爐，而電廠余熱是主要供熱熱源。隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的不斷加速，供熱規(guī)模越來越大，如果不擴(kuò)大熱源的供給，熱電聯(lián)產(chǎn)式供熱發(fā)展規(guī)模會受到約束。拓寬熱能供給渠道，將高能耗工業(yè)，包括化工、鋼鐵、有色、建材、煉油產(chǎn)生的大量廢熱、余熱并入熱網(wǎng)，利用低品位熱源的潛熱，使供熱系統(tǒng)成為工業(yè)廢熱、余熱的終端利用者。

關(guān)鍵詞：工業(yè)余熱；集中供熱；理論

引言

我國是能源緊缺的國家，一次能源及各種余熱資源利用水平較低。在我國，大量的煤炭、石油、天然氣等資源被粗糙利用，直接燃燒成為此類化石能源的最主要利用方式。另一方面，我國工業(yè)能耗占全國能源消耗總量的 2/3 以上。盡管目前通過改進(jìn)工藝、動力回收、熱泵技術(shù)等方式對工業(yè)余熱進(jìn)行了部分回收，但工業(yè)的能源利用率依然低下，至少有 50%的工業(yè)能耗以各種形式的余熱被廢棄。統(tǒng)計顯示，我國能源利用率僅為 30%，各主要工業(yè)部門如鋼鐵、化工、造紙、紡織等行業(yè)的余熱資源占消耗能源比例平均達(dá)到了 7.3%，而余熱資源回收率僅為 34.9%，由此可見余熱利用潛力巨大。

1.工業(yè)余熱的分類及特點(diǎn)

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)余熱的利用程度確實(shí)不太高，這是急需去解決的問題。

1.1工業(yè)余熱的分類

工業(yè)余熱主要是在工業(yè)生產(chǎn)出沒有得到有效利用的資源。它的產(chǎn)生介質(zhì)也是多種多樣的，不僅有固體，同時也包括液體和氣體等形式。由于熱能的利用很難有效把控，所以就會出現(xiàn)工業(yè)余熱，造成很大的浪費(fèi)。

工業(yè)余熱大部分溫度不高，不好回收，所以基本上沒有得到過二次利用。工業(yè)余熱的排放，不僅浪費(fèi)了資源，同時還對環(huán)境造成了很大程度的污染。通過余熱的溫度高低，對其進(jìn)行分類，主要有中溫、低溫和高溫三種?；旧细黝惞I(yè)生產(chǎn)上都有工業(yè)余熱的產(chǎn)生和浪費(fèi)，通常情況下最常見的就包括煙氣、煤渣、半利用的燃料等。余熱最大的一些行業(yè)，如表 1 所示。

1.2 工業(yè)余熱的特點(diǎn)

由于我國目前對于工業(yè)余熱的處理技術(shù)還不夠成熟，對于工業(yè)余熱的利用程度也非常低。要想更好地提高利用率，就必須了解工業(yè)余熱的特點(diǎn)，從而有針對性的進(jìn)行研究。工業(yè)余熱的特點(diǎn)大致可以分為以下幾點(diǎn)：①余熱量不穩(wěn)定。余熱資源的數(shù)量不穩(wěn)定，或稱熱負(fù)荷不穩(wěn)定，一般是由工藝生產(chǎn)過程來決定的。

即便是同一個企業(yè)，不同時期所產(chǎn)生的余熱也存在著差異。余熱的產(chǎn)生受到各種因素的干擾，因此有必要對不同行業(yè)進(jìn)行了解，從而更好的掌握余熱的特征；②余熱載體雜質(zhì)較多。工業(yè)余熱當(dāng)中常常會伴有一些粉塵和化學(xué)物質(zhì)，這些粉塵和化學(xué)物質(zhì)大多數(shù)都是高污染高危害的，所以在對余熱的利用過程中要充分考慮這些因素；③含有腐蝕性物質(zhì)。由于工業(yè)余熱當(dāng)中會帶有很多有害氣體，例如二氧化硫，長期排放在空氣當(dāng)中會造成酸雨，腐蝕性特別強(qiáng)。還有很多包含著重金屬，這對于環(huán)境來說都是巨大的克星。同時對于工業(yè)企業(yè)的機(jī)器設(shè)備也具有很強(qiáng)的腐蝕性，會起到降低機(jī)器設(shè)備使用壽命的作用。

1.3常用的余熱回收設(shè)備

常用的余熱回收設(shè)備主要包括熱量轉(zhuǎn)化器，主要是通過設(shè)備對熱量進(jìn)行回收，從而實(shí)現(xiàn)二次利用。常用的熱換器包括以下幾種：①高溫?fù)Q熱器。它的工作原理主要就是對工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中配出的煙氣的熱量進(jìn)行回收，通過安裝特殊的余熱回收設(shè)備，對企業(yè)的煙氣進(jìn)行二次利用，從而起到節(jié)能增效的作用；②蓄熱式換熱器。在熱氣與冷氣的中間需要一個介質(zhì)來轉(zhuǎn)換，主要采用耐火材料制作而成；③翅管換熱器。通過增加翅片的個數(shù)來增加傳熱的面積，從而使得熱換的能力不斷地增強(qiáng)，使得換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加合理。但是翅管換熱器有特殊的適用范圍，那就是主要針對 800℃左右的氣體；④緊湊式換熱器。它的結(jié)構(gòu)大致是蜂窩結(jié)構(gòu)的。主要的構(gòu)成要素就是平板和翅片。它的傳熱面積非常大，可以高達(dá) 7000m 3 ；⑤熱管換熱器。從名稱上就可以看出，它的組成部門主要就是熱管。它的適用范圍是溫度適中的余熱的循環(huán)回收和利用。

2.利用工業(yè)余熱進(jìn)行集中供熱的主要研究成果

有研究指出，工業(yè)余熱在供熱系統(tǒng)中應(yīng)作為重要補(bǔ)充熱源，承擔(dān)末端熱用戶的基礎(chǔ)負(fù)荷。應(yīng)針對不同的末端形式，配合相應(yīng)的供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該研究認(rèn)為，低溫輻射末端是適應(yīng)低品位工業(yè)余熱供熱的一種理想末端形式。該研究從提高工業(yè)余熱利用率角度出發(fā)，提出北方地區(qū)土壤源蓄熱并用于采暖季供熱的設(shè)想，并通過實(shí)際案例說明了低品位工業(yè)余熱用于城鎮(zhèn)集中供熱的節(jié)能環(huán)保效益 。

有研究者以某 300 MW 調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)及其供熱系統(tǒng)為例，建立了回收循環(huán)水余熱的熱泵供熱系統(tǒng)流程及各關(guān)鍵部件的數(shù)學(xué)模型，計算了熱泵供熱方式的工況性能，從系統(tǒng)整體角度對熱泵供熱方式進(jìn)行了熱力性能評價，認(rèn)為回收循環(huán)水余熱的熱泵供熱方式能較好地實(shí)現(xiàn)能量的梯級利用，并可減少循環(huán)水的蒸發(fā)損失以及對環(huán)境造成的熱污染，具有良好的熱力性能和社會效益，但其經(jīng)濟(jì)性能還需進(jìn)一步研究分析。

另有研究者建立了回收循環(huán)水余熱用于供熱的單效溴化鋰吸收式熱泵模型，模擬分析凝汽器循環(huán)水出水溫度與熱網(wǎng)循環(huán)水出水溫度對熱泵系統(tǒng)供熱系數(shù)的影響，結(jié)果表明，凝汽器循環(huán)水出水溫度升高或熱網(wǎng)循環(huán)水出水溫度降低都能提高熱泵系統(tǒng)的COP，提升供熱效率；同時以實(shí)例分析提高循環(huán)水出水溫度對 300 MW 汽輪機(jī)組和熱泵機(jī)組的綜合影響，結(jié)果表明，循環(huán)水出水溫度在 35 ℃附近存在一個最佳值，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的最優(yōu)化 。

一項針對酒精廠余熱回收用于集中供熱的案例研究表明，自該系統(tǒng)正式投產(chǎn)運(yùn)營以來，熱電廠供熱緊張的情況及時得到了緩解。既保證了酒精廠的正常生產(chǎn)，又滿足了供熱需求，取得了良好的社會效益。該項目每年節(jié)約 7 900 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，可減少向大氣排放二氧化碳 20 500 t、二氧化硫 190 t、粉塵 80 t。該系統(tǒng)的應(yīng)用帶來顯著的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益，為城市提供了一個穩(wěn)定、可靠的熱源，節(jié)能效果明顯，符合國家節(jié)能減排政策，是一個值得實(shí)施的好項目。

3.結(jié)束語

利用工業(yè)余熱拓寬供熱能源的供給渠道， 將余熱區(qū)域網(wǎng)絡(luò)化是各級政府應(yīng)大力實(shí)施節(jié)能減排的有效措施。 一方面，從根源上解決大城市熱源緊張的局面， 有利于擴(kuò)大熱電聯(lián)產(chǎn)式集中供熱的發(fā)展規(guī)模，有利于滿足熱源供給區(qū)域內(nèi)熱用戶不同的用熱品質(zhì)需求。熱源充足了，集中供熱企業(yè)發(fā)展也能變被動為主動，在迅速增長的供熱市場中，發(fā)揮主導(dǎo)作用；另一方面，充分利用工業(yè)低品位熱源供熱，成為余熱利用終端，很大程度減少熱能浪費(fèi)，減少能源的消耗，降低有害水汽排放，既起到節(jié)能降耗的作用，又能達(dá)到改善環(huán)境的目的。總之，隨著先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用，將工業(yè)低品位余熱網(wǎng)絡(luò)化，并轉(zhuǎn)化為滿足供熱的熱源，是可行的。在熱能得到高效利用的同時，創(chuàng)造更高的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

原標(biāo)題:利用工業(yè)余熱進(jìn)行集中供熱的理論探討