工业余热利用

一、工业余热的来源

• 高温烟气余热：如冶金、化工、建材等行业中窑炉、锅炉排放的高温烟气（温度通常在 200-1200℃）。

• 冷却介质余热：机械设备运行时通过冷却水、空气等介质散发的热量（温度一般在 50-150℃）。

• 高温产品和炉渣余热：如钢铁行业的钢坯、焦炭，建材行业的水泥熟料等高温物料携带的热量。

• 化学反应余热：化工生产中化学反应释放的热能，如合成氨、硫酸制造等过程。

• 可燃废气、废液余热：石油、化工行业排放的可燃废气（如合成气、石油气）和废液中蕴含的热量。

二、工业余热利用技术

（一）直接利用技术

• 供暖与生活热水：将低温余热（如 50-80℃的冷却水）通过换热器加热水，用于厂区或周边区域供暖、供应生活热水。

• 工艺加热：利用中高温余热（如 200-600℃的烟气）直接加热生产工艺中的物料，例如在化工行业中预热反应原料。

• 干燥过程：利用余热对木材、食品、建材等进行干燥处理，替代传统的燃煤或电加热。

（二）动力回收技术

• 余热发电：

• 蒸汽朗肯循环：适用于中高温余热（300℃以上），通过余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电，如钢铁厂高炉煤气余热发电。

• 有机朗肯循环（ORC）：针对低温余热（100-300℃），利用低沸点有机工质（如异戊烷）吸收余热蒸发做功发电，常见于化工、水泥行业。

• 燃料电池与斯特林发动机：部分高温余热可结合燃料电池技术发电，或通过斯特林发动机将热能转化为机械能再发电。

• 拖动机械：利用余热产生的蒸汽或气体直接驱动风机、水泵等机械设备，减少电机能耗。

（三）制冷与热泵技术

• 吸收式制冷：利用高温余热（如 120℃以上的蒸汽或烟气）驱动溴化锂吸收式制冷机，提供工业或建筑空调用冷。

• 吸附式制冷：适用于中低温余热（80-120℃），通过吸附剂（如硅胶、活性炭）吸附和解吸制冷剂实现制冷。

• 热泵技术：将低温余热（如 30-50℃的废水、废气）通过热泵提升温度后用于供暖或工艺加热，提高余热利用效率。

（四）储热技术

• 显热储热：利用水、砂石、混凝土等材料的温度升高储存热量，适用于短期储热，如工业余热供暖系统中的储热水箱。

• 潜热储热：通过相变材料（如熔融盐、石蜡）在相变过程中吸收或释放热量，储热密度高，适用于中高温余热的长时间储存。

• 化学储热：利用化学反应（如可逆吸热反应）储存和释放热量，储热效率高，适合大规模、长距离余热输送。

三、工业余热利用的应用场景

（一）钢铁行业

• 利用高炉煤气、转炉烟气的高温余热发电，或通过 ORC 技术回收烧结矿冷却过程中的低温余热。

• 用余热加热助燃空气和煤气，提高炉窑热效率，如轧钢加热炉的余热回收。

（二）化工行业

• 回收合成氨、甲醇生产过程中化学反应释放的余热，用于预热原料或发电。

• 利用炼油厂催化裂化装置的烟气余热产生蒸汽，驱动压缩机或发电。

（三）建材行业

• 水泥窑尾烟气余热通过余热锅炉发电，降低水泥生产的煤耗和电耗。

• 玻璃熔炉的高温烟气余热用于预热空气和燃料，提高熔化效率。

（四）电力行业

• 火电厂汽轮机排汽余热通过热泵技术用于集中供暖，或回收锅炉排烟余热加热凝结水，提高发电效率。

（五）其他行业

• 造纸行业：利用干燥部的废气余热加热空气或水，减少蒸汽消耗。

• 食品加工：用余热对物料进行烘干、杀菌，如饼干烘烤线的余热回收。

• 城市集中供暖：将工业余热通过管网输送至城市，替代燃煤锅炉，如北方钢厂余热供暖项目。

四、工业余热利用的优势

• 节能降耗：减少对一次能源（如煤炭、天然气）的消耗，降低企业能源成本。例如，水泥行业余热发电可降低 10%-15% 的电耗。

• 减少碳排放：替代化石能源使用，显著降低二氧化碳等温室气体排放，助力 “双碳” 目标实现。

• 提高经济效益：余热发电、供热等可产生额外收益，投资回收期通常为 3-8 年，长期经济效益显著。

• 改善环境质量：减少燃煤烟气、粉尘等污染物排放，缓解大气污染。

• 提升能源安全：减少对外部能源的依赖，增强企业能源供应的稳定性。

五、工业余热利用面临的挑战

• 技术瓶颈：

• 低温余热（<100℃）利用效率低，缺乏经济高效的回收技术。

• 余热资源分散、波动大，难以稳定回收和利用。

• 投资成本高：余热利用项目初期投资较大，尤其是远距离输送和储热系统建设成本高，中小型企业推广难度大。

• 系统匹配复杂：余热来源与用热需求在温度、流量、时间上可能不匹配，需要复杂的系统设计和调控。

• 政策与市场机制不完善：缺乏统一的余热价格机制和激励政策，跨企业、跨行业的余热交易体系尚未成熟。

• 技术标准与规范缺失：余热利用设备和系统的设计、运行标准不统一，影响项目的可靠性和经济性。

六、发展趋势

• 技术创新：研发高效低温余热回收技术（如新型 ORC 工质、超临界二氧化碳发电）、智能化余热调控系统。

• 多能互补与集成：将余热利用与光伏、风电、储能等技术结合，构建综合能源系统，提高能源利用灵活性。

• 区域化与规模化：推动工业园区内企业间的余热共享，建设区域性能源中心，实现余热集中回收和利用。

• 政策驱动：政府出台补贴、税收优惠、碳排放交易等政策，鼓励企业开展余热利用项目。

• 数字化管理：利用大数据、物联网技术对余热资源进行实时监测和优化调度，提高系统运行效率。

总结