余热利用能源效率和节能是实现可持续发展战略目标最有效、晟经济的途径，"坚持开发与节约并举，把节约放在首位"是我国能源战略的基本方针．为了谋求能源的合理利用，首先必须努力使为完成目的而投入的能源最少．然而，由{二技术的限制，仍然残留有末起有效作用的热及起有效作用完成任务后剩余的热，将其再利用就是余热的回收利用．在各种节能途径中，回收利用余热是最后实施的、也是广泛采用的重要措旋，是节约能源、改善环境、提高企业经济效益的有效措施．从1980年起，我国工业余热利用已经历三个"五年"计划，水平逐步提高．"六五"期间，余热量多，利用水平起点低，采用一般余热利用技术也取得了良好的效益．投资约356元／tce．"七五"期间，回收利用难度增大，通过对国外先进技术的消化、吸收、提高．形成了自己的技术，使我国余热利用技术水平有了较大提高．"八五"期间，在推广已成熟技术的同时，研究开发引进中规模与难度较大的余热利用技术，缩小了余热利用技术水平与工业发达国家的：差距．为了组织好"九五"余热利用项日，开展r"工业余热节能潜力和途径研究"，1996年底通过了国家经贸委资源节约综合利用司组织的评审，达到了预期目标：研究了主要耗能工业的余热利用，提出了我国工业余热利用节能潜力和"九五"期间建议安排的工业余热利用技术改造示范项目，为编制"九五"期间节能技术改造年度示范项目计划提供依据[1]．为了推进我国工业余热利用，同时开展了"国内外工业余热利用技术现状和发展前景"的专题研究，本文报告有关结果[21．二、换热器1．高温换热器650。|C以上的高温余热，来自各种工业窑炉，品位高而且集中，如何尽量少贬值地加以·6·利用，是余热川收的重要课题，大力发展高温高性能换热器是关键．同内高温炉窑的空气预热温度达50u(的鳗占12'K定有，高温固体'i熔渣余热利埘水平亟待提高，节能潜力很大．(1)陶瓷换热器对1000(、级的高温烟气．高温陶瓷材料在性能卡¨造盼方面呈现出优势．用上业陶瓷制成传热管(光管或肋片管，以取代耐热钢管，既能承受更高的温度．经久耐用．传热性能良好，还可大幅度地降低造价．陶瓷换热器丰要用于工业窑炉的气体余热回收，用来加热新鲜空气，节约燃料。其丁：作温度可高达1500c，比金属换热器高日{500c左右．陶瓷板翅换热器，叮经受1000c的高温．美吲陶瓷换热管发展较快，并实现厂陶瓷管的小口径化．国内使用的碳化硅管换热器，效果很好．饥械行业有关单位J}：在积极开发和完善陶瓷换热器和碳f|二硅管换热器，以适应1000C以上的高温烟气余热利用的需要．(2)蓄热型换热器蓄热犁换热器借助r高温气体JJⅡ热热介质．利用其显热和伴有相变的潜热来加热低温气体，主要有固定床、移动床和流化r蕞．在固定床中，高温气体和低温气体依靠换向阀的切换，交替地流过蓄热型换热器中的同定型热介质，如蓄热室、热风炉和卵石加热器等．在移动床中，两种气体分别流过不同的通道，热介质连续地移功并进行换热，如回转式空气预热器、多级流动层式换热嚣等．n：流化床中．经竖惯道上P的高温娴气首先加热逆向流动的中间载热体．这些炙热的颗粒绝1、溜槽，落进热交换器，被鼓入的冷风"提升"到分离器，经上溜槽叉同到竖烟道中重复征用．荏热交换器中，以圭c力输送形式进行卒气和载热体同的热交换．从而使空气获得高温．高温流化床换热器电有采用多流化『术系统的．颗粒型蓄热换热器的使用温度t口在l3t)O[以』：，其总传热系数【L一般惫渴换热器和陶瓷换热器高达10倍，破|j、为是新一代高温高陛能换热器．(3)喷流式换热器等Ⅱ套流式换热器是根据冲击对流传热原理设计的．由于气流垂卣冲向热交换面，与一般预热器气流顺器壁流动形式相比．热交换强度很大，具育结构紧凑、垌料节省及传热效率高的优点．其缺点是空气侧平I】士埘气的阻力都较大，必须强制排悃．如求炉子投有引风设备，其能采刖窄't侧喷流。其烟气侧常辐射，虽传热系数降低．但仍能收到良好教果．2，管壳式换热器在余热梯级利用中，通用范围广日耐用的管壳式换热器列f'高温换热器之后．主耍类型有普墒钢管换热器、小Ii径光管换热器、多种折流板式换热嚣、折流汗式换热器、钛制或锆制耐蚀换热器、扩面管(々{『低翅管．内翅管)换热器、导型管(包括环槽管、绳纹管、旋涡管等)换热器、表面微细管式(如沸嘴管，冷凝管)换热器等．除表向-微到管式换热器部分产品外，对以上各种壳式换热器饥饿行业的有关单应均育成：碘的技术，仃。定的批量生产能力。可满足各行业的需要．1刊内开发』'多种表面徽细管．有的性能达到国外水平．已经过试J订．3．板式换热器板式换热器主要有平板式、板翅式和螺旋式．平板式换热器可通过改变平板的数目来增减换劫摘积，传热系数高、重量轻，具有换热器内滞留液少和容易清扫等优点．板翅式换热器用于低品位余热的回收．螺旋板式换热器采甩两股螺旋流道，可布置成纯逆流，有自清洗功能，容易制造，在小型低压领域可取代管壳式．其缺点是工作压力有限(-<、2MPa)·承受温度不高．4．其他换热器热管换热器由热管组成．热管的』二质从氮、氨直至液态金属；深玲时，采用氦和氨作工质；普冷时用氟里昂、烷、醇等；50～250c采用水；％0～400c用道氏A有机工质；更高的温度用低熔点金属(如钠)；陶瓷热管可住1000c』：作．导热油循环载热管束实际上为热管的简化，可靠、高效、成本低、易大型化，国内已使用，400c以下使用导热油和碳钢管束，500c时用导热熔盐和铁素体不锈钢管束．另外，还有无换热面的直接接触式换热器，实现显热和潜热同时交换的垒热换热器等．三、余热锅炉余热锅炉是设置在子粪工艺流程中．回收余热以提高整个装置热效率，从而减少一次能源消耗的一种节能设备．它不但节约能源，而且对提高流程的质量．减轻公害和满足某些工艺要求，起着P分重要的作用．余热锅炉热同收对象，最普通的是工艺气体、烟道气体等的显热，以及固体余热交换后的排气显热、固体辐射热等．按工艺原有设备的性质，余热锅炉可分两类：一类主要是对_[厂生产过程中的气体进行冷却，满足_[艺要求；另一类主要是为节能进行的热回收．余热锅炉按水循环方式可分为自然循环与强制循环．从联台循环应用趋势看，自然循环是一种更可取的技术．余热锅炉按气体通道可划分为火管式和水管式．按换热形式划分，余热锅炉可分为辐射和肘流．在以动力回收为目的的系统中。还采用多压余热锅炉，如双压与三压余热锅炉，来提高发电效率．采用多压余热锅炉技术可更有效地回收排气余热，由于多压，吸热线与放热线能够更好地匹配，减少r传热的1i可逆损失，回收的佣值高．构成的循环效率高；另一方面，由于节点的改变，减轻了单压余热锅炉申节点对热回收的限制，使回收的热增多．随着压力等级的增加，尽管回收的热量几乎不增加，但回收的娜增加，发电量增大．美国从50年代开始研究用于回收钢铁1二业余热【日收的余热锅炉，此后相继开展了用于回收其他行业余热资源的余热锅炉研制，积累了大苗的经验．美国已制造并运行数十台热管余热锅炉．用于燃油、气和煤的联合循环的无补燃、补燃和全燃的单压、双压、三压和再热或不再热的余热锯炉已商业化．日本已研制推广用_F荇种余热源的多种型号的余热锅炉，并已成批制造热管式余热锅炉．日本千法熄焦条热锅炉，已成为钢铁企业中实用化节能效果显著的高温余热回收设备．现在，余热锅炉已向高参数和全部用于发电为主要日的的方向发展．我国已开发并制造出用J二冶金、化工、建材和轻纺等行、JL的余热锅炉．但综观余热锅炉成套产品的技术水平．与国外先进的同类产品相比尚有一定差距，尤其是自控水平落后，积灰清除效果差，配套辅机质量差1．透平四、动力回收对】二a-：g压力的高炉烘气、催化裂化装置的排气及其他呵燃排'(．则可采用布雷顿循环的燃气透平变现动力回收．目前．我目应加速湿式大功率TRT的开发，以适应1500～2500m1炉容高炉的需要．研究、开发T式TRT和干、湿两Hj新刑I、RT技术．400C以上的排气余热采用朗肯循环进行动力叫收或热电联产．依据不同的用途可选用凝汽式、回热式、中『剐再热式、背H{一t透半、抽汽凝77L式、抽汽背压、泄压透平等．2．混合循环工业余热多为气体或液体的显热．在利蹦过程中，其温嘘逐渐哗低，余热与循环换热的鼹佳匹配是平行匹配，『『I『纯1．喷在蒸发器中是定温相变过程，水远不可能实现平行匹配．多压蒸汽朗肯循环能够改进余热利用的原因是部分地改进r余热与循环换热的匹配，但由于工质性质的限制仍兄法实现平行匹配．作为混合循环的典型代表是Kaiina循环，它使用氨水混台工质．并存系统中的各电根据需要改变7睢台物成份．调整1=质-12』贝．使余热源与循环非等温地交换能量，并以相似的非等温向环境放热，实现怍等温的哦热和放热以及再热和心热．减少』'堋损失，提高r转换效率．虽然很多非共沸脱合工质都能达到此要求，但氨水是已经商业化的壤经济的工质，因此便1：上业应_L}j．CanogaPark3MW的示范厂的实际运行表明"，Kalina循环的效率比双压朗肯循环高25步i，比三压再热朗肯循环高1二47～18Z．由于目前联合{I乔环的发电效率已达55蟛，本世纪末将达60％，Kalina衢环町改变目前使用蒸汽透平的朗肯底循环不能跟上燃气轮机发展步伐的局面．使联合循环的效率再提高2～3个百分点．这一循环对提高-[业中温余热动力【旦I收的效率有积极贡献．3．低品位余热的动力回收(1)低沸．占、介质的朗肯循环以低怫点介质为工质采耳j朗肯循列：利用工业低品位余热．可采圩J单级、双级及三级等蒸发过程，双级蒸发比单级nr提高有效功率约20％，温噬水乎高时，町采肘一^级蒸发．循环i口采用单流体系统或双流体系统(2)三角循环改进低沸点有f)L衍r质朗肯循环的一条途径是采用超临界循环，理论上可通过各种措施接近"_三角循环"．但由于循环压力水半高，工质泵往往要消牦3(1一--40％的轱功，甚至更大，幽而效果不明显．j角循环确：Iql}卫I+)o、一200C的余热日士能够比简单的朗肯循环和超临界的ORC系统多发电10蟛～s(JV．而啦位发电的成本与超临界ORC系统相同，低于朗肯循珂：．考虑到两相有机流体膨胀中高含量的液体和很低的比焓降，采用双螺杆Lysholm膨胀机最合适．余热源温度高时，膨胀机末端出现干或近干蒸汽，可安装径向进气的透平进一步改进。41．(3)热水循环发电热水循环发电可分为三类：(1)高压热水直接推动转子发电；(2)热水通过扩容膨胀闪燕成蒸汽推动透平发电；(3)将前两种结合起来的全流法(两相膨胀机)．热水循环发电最初是利用地热发电，现已推广到中低温余热回收，达到了实用阶段．利用余热发电已成为一项重要的节能措施．利用余热发电的新趋势是，强化蒸汽朗肯循环的发电效率，采用高参数和多压蒸发，使效率翻番；采用新循环提高中低温余热发电的效率和经济性，扩大低温余热的经济利用温度．五、热泵与热品位变换机1．热泵热泵在工业余热利用中，可看成是一种消耗高品位能量，来提高低品位余热的品位，使其达到应用要求的技术．与"沙里淘金"的余热动力回收相反，热泵起到"浓淡稀释"的作用．按使用的高品位能量的不同，热泵·q分为t压缩热泵和热驱动热泵．热驱动热泵呵分为吸收式、吸附式和化学热泵．压缩热泵可分为电拖动和发动机拖动．与工艺紧密集成的热泵存在较大节能潜力．作为2l世纪能源科技之，发达国家止在研制和开发大型高效热泵集热系统，目前进行MW级的中试，住F世纪初将商业化，其COP达到6～8．为普通热泵的2倍．2．热品位变换机第二类热泵在低温余热利用中具有吸引人的特殊性，故更多地被称为热品位变换机．自80年代以来，为了利用大量的低温余热，(吸收、吸附、化学)热品位变换机得到了积极的发展和应用，其特点是依靠低温余热自身驱动，把部分低温余热升级到高温，满足工业过程的需要．如将90"C的余热的1／3升级到l51c．严转换为有利用价值的热．目前在日本、荷兰．德国等已有几十台MW级的热品位变换机装置在工业过程中成功运行㈣．六、系统化技术把从余热源中回收的热转换成其它能量时。或者只仅仅足热的再利用，或者是转换成动力再利用的系统，统称为余热利用系统．余热利用系统可区分为两夫类：一类是由余热源子系统一热回收子系统一热利用子系统组成的直接热利用采统以及附加热储存子系统的间接热利用系统；另一类是由余热源子系统一热l亘l收子系统一动力回收子系统一动力利用子系统所组成的动力回收利用系统．另外，根据各系统是否使用介质、使用介质的数量及种类，可进一步再细分．根据回收热的利塌形态以及涉及范围的大小，余热利用系统可分为：局部余热利用系统、区域余热利片j系统、总体余热利片j系统．在产生余热的设施(如工艺过程、装置、设备、T厂)内回收热．叉以热或功了J的形式再利用于没旋内的某些部位，这种系统称为局部余热利用系统．将在产生余热设施内叫收的热．向外部系统(小区，区域)供给热和动力，进行综合利用的系统．称为区域余热利Ⅲ系统．总体余热利用系统是指地方或同家一级的余热利用系统．由于规模过大．包含各种备洋的问题．因此4：包括在企业余热利用中．存热源侧和利悄恻间的连接系缆是陶成预热利片j系统的核心，芒以热回收和交换实现热的量弓质的转移，以热输送实现热的空间转咎．以热储存实现热的时例转移，使热源侧的状态符合利用侧的要求和制约．此外，仡利用系统I～．动力凹收系统和动力输送系统也具有问佯的作用．采用佣法可容场地对系统方案的综合利用效率及改进方向进行分析和比较．作为系统优化方法，应录州多目标疗法帮助决策芍选择最终实施方案．最具有典型性的换热M络优化综合设计!"和公目j工程系统的多目标墁汁已趋成熟，其它的如换热器、余热锅炉、动力回收系统和热泵等部已彳丁棚应的优化设汁方法、技术和软件．

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